Đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
1




Môn vi xử lý

Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307


I, Chức năng của mạch điện:
- Hiển thị : giờ ,phút,giây, ngày , tháng,năm,thứ trong tuần
- giao tiếp với 4 phím : status-mode-increase-decrease. Phím status dùng để chuyển chế độ từ hiển thị
giờ ,phút ,giây,thứ sang ngày ,tháng, năm. Phím mode dùng để điều chỉnh ngày, tháng, năm và giờ
,phút ,giây,thứ

II, Mô tả mạch:
-Mạch sử dụng IC thời gian thực DS 1307 giao tiếp I2C với Pic.

Pic16F877A

- Dùng 8 led 7 thanh loại 4 led/1 con.
- Dùng 8 Tranzito để điều khiển việc đóng ngắt các led.
- Vi điều khiển được dùng là PIC 16F877A
- Dùng thạch anh 20MHz để tạo dao động cho PIC.
- Dùng một mạch tiny Bootloaderđể kết nối giữa pic và máy tính , nạp chương trình trực tiếp từ
máy tính vào PIC mà không cần thông qua mạch nạp cho PIC.
III/ Cơ bản về tiny bootloader:

Đây là bootloader cho các vi điều khiển Microchip PIC
* Nó là bootloader có kích thước nhỏ nhất, ít hơn 100 word bộ nhớ chương trình
* Nó là bootloader duy nhất hỗ trợ tất cả các dòng PIC: 16F, 18F, dsPIC (những dòng
có hỗ trợ chế độ self-programming - tự nạp lại).
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
2


Đặc điểm của firmware:
* Kích thước chỉ có khoảng 100word (cho tất cả các dòng 16F, 18F, dsPIC, thực ra là nó ít hơn
100 word);
* Có thể ghi vào flash, eeprom, và có thể ghi vào các bytes cài đăt (configuration bytes) của
dòng 18F
* Khi reset, đợi 1 giây để nhận chương trình nạp, nếu không nhận được thì chuyển qua chạy
chương trình
* File .asm của bootloader rất dễ để chỉnh sửa lại,cho phù hợp với từng chip, tốc độ truyền
nhận.

Đặc điểm của phần mềm trên máy tính
* Có thể tải chương trình vào flash (trong phiên bản này của bootloader, cho phép cài đặt các
byte cài đặt (configuration bytes) và có thể thay đổi dễ dàng theo từng loại PIC)
* Làm việc với tất cả các dòng PIC đã nêu trên; tự động nhận ra nội dung file HEX và dòng PIC
* Ghi nhớ cài đặt cuối (thuận tiện cho người dùng khi thao tác với một loại PIC)
* Trong trường hợp lỗi, nó sẽ truyền một tín hiệu ngược lại cho máy tính để tái đồng bộ giữa
máy tính và PIC;
* Chế độ giao tiếp có thể được thay đổi, có thể dùng bất kỳ cổng COM nào với tốc độ baud nào

Khái niệm chung về bootloader Một bootloader là một chương trình nằm trong vi điều khiển, và

giao tiếp với máy tính (thông qua giao tiếp nối tiếp). Bootloader nhận một chương trình (đã được
dịch ra thành file HEX) từ máy tính và ghi nó vào bộ nhớ flash của vi điều khiển thông qua một
phần mềm trên máy tính, sau đó chạy chương trình đó trên vi điều khiển. Bootloader chỉ có thể
được dùng với những vi điều khiển nào cho phép ghi vào bộ nhớ flash thông qua phần mềm trên
máy tính. Bản thân bootloader phải được ghi vào trong bộ nhớ flash bằng một mạch nạp khác. Để
bootloader hoạt động, sau khi nhấn reset, một lệnh "goto bootloader" phải nằm ở địa chỉ đầu tiên
của chương trình vi điều khiển. Có 2 loại bootloader, một số loại đôi khi cần người dùng đặt lại địa
chỉ các dòng lệnh đầu, một số khác thì tự bản thân nó đặt những dòng lệnh đầu của người dùng vào
một địa chỉ khác khi mà bootloader đã nằm sẵn ở đó, và quay trở lại chương trình của người dùng
khi kết thúc đoạn chương trình bootloader.
Trong trường hợp này, tiny bootloader tự động đem các vị trí đầu của chương trình người viết, và
đặt ở phía dưới cùng với chương trình bootloader (thực ra đoạn chương trình này chỉ tối đa có 4
dòng lệnh). địa chỉ 0x0004 đã là địa chỉ bắt đầu ngắt. Chính vì vậy, nếu lập trình từ vị trí 0x0000
thì cũng chỉ viết được tối đa 4 dòng lệnh, sau đó phải nhảy đến chương trình chính. Như vậy, tiny
bootloader sẽ thực hiện thao tác, cắt 4 dòng đầu tiên từ 0x0000 đến 0x0003 , thay bằng dòng lệnh
GOTO BOOTLOADER. Và nó tự động đặt 4 dòng lệnh nằm ngay phía trên chương trình
bootloader .Sau đó, chạy chương trình tinybootloader phía bên dưới. Rồi nó quay lên chạy 4 dòng
lệnh . Kết thúc 4 dòng này, nó lại trở về vị trí chương trình chạy bình thường ở bên trên. .
phiên
bản mới nhất của tiny bootloader cho phép reset trên máy tính, không cần phải bấm reset
nữa.
Đây là một loại tiny bootloader : max232
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
3



IV/ Cơ chế hoạt động và chức năng của DS1307:

Vcc: nối với nguồn
X1,X2: nối với thạch anh 32,768 kHz
Vbat: đầu vào pin 3V
GND: đất
SDA: chuỗi data
SCL: dãy xung clock
SQW/OUT: xung vuông/đầu ra driver

· DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian và
ngày tháng với 56 bytes SRAM. Địa chỉ và dữliệu được truyền nối tiếp qua 2 đường bus
2 chiều. Nó cung cấp thông tin về giờ,phút,giây ,thứ,ngày ,tháng, năm.Ngày cuối tháng
sẽ tự động được điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày,bao gồm cả việc tự động nhảy
năm. Đồng hồ có thể hoạt động ở dạng 24h hoặc 12h với chỉ thị AM/PM. DS1307 có
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
4

một mạch cảm biến điện áp dùng để dò các điện áp lỗi và tự động đóng ngắt với nguồn
pin cung cấp.

· DS 1307 hoạt động với vai trò slave trên đường bus nối tiếp. Việc truy cập được thi hành
với chỉ thị START và một mã thiết bị nhất định được cung cấp bởi địa chỉ các thanh ghi.
Tiếp theo đó các thanh ghi sẽ được truy cập liên tục đến khi chỉ thị STOP được thực thi.

Sơ đồ khối của DS1307:

Mô tả hoạt động của các chân:
· Vcc,GND: nguồn một chiều được cung cấp tới các chân này. Vcc là đầu vào 5V. Khi 5
V được cung cấp thì thiết bị có thể truy cập hoàn chỉnh và dữ liệu có thể đọc và viết.
Khi pin 3 V được nối tới thiết bị này và Vcc nhỏ hơn 1,25Vbat thì quá trình đọc và viết
không được thực thi,tuy nhiên chức năng timekeeping không bị ảnh hưởng bởi điện áp
vào thấp. Khi Vcc nhỏ hơn Vbat thì RAM và timekeeper sẽ được ngắt tới nguồn cung
cấp trong (thường là nguồn 1 chiều 3V)
· Vbat: Đầu vào pin cho bất kỳ một chuẩn pin 3V . Điện áp pin phải được giữ trong
khoảng từ 2,5 đến 3V để đảm bảo cho sự hoạt động của thiết bị.
· SCL(serial clock input): SCL được sử dụng để đồng bộ sự chuyển dữ liệu trên đường
dây nối tiếp.
· SDA(serial data input/out): là chân vào ra cho 2 đường dây nối tiếp. Chân SDA thiết kế
theo kiểu cực máng hở , đòi hỏi phải có một điện trở kéo trong khi hoạt động.
· SQW/OUT(square wave/output driver)- khi được kích hoạt thì bit SQWE được thiết lập
1, chân SQW/OUT phát đi 1 trong 4 tần số (1Hz,4kHz,8kHz,32kHz). Chân này cũng
được thiết kế theo kiểu cực máng hở vì vậy nó cũng cần có một điện trở kéo trong. Chân
này sẽ hoạt động khi cả Vcc và Vbat được cấp.
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
5

· X1,X2: được nối với một thạch anh tần số 32,768kHz.Là một mạch tạo dao động ngoài ,
để hoạt động ổn định thì phải nối thêm 2 tụ 33pF

· Cũng có DS1307 với bộ tạo dao động trong tần số 32,768kHz, với cấu hình này thì chân
X1 sẽ được nối vào tín hiệu dao động trong còn chân X2 thì để hở.

1, Sơ đồ địa chỉ RAM và RTC:



00h






07h
08h

3Fh

· Thông tin về thời gian và ngày tháng được lấy ra bằng cách đọc các byte thanh ghi thích
hợp. thời gian và ngày tháng được thiết lập cũng thông qua các byte thanh ghi này bằng
cách viết vào đó những giá trị thích hợp. nội dung của các thanh ghi dưới dạng mã
BCD(binary coded decreaseimal). Bit 7 của thanh ghi seconds là bit clock halt(CH),khi bit
này được thiết lập 1 thì dao động disable,khi nó được xoá về 0 thì dao động được enable.
Chú ý là phải enable dao động trong suốt quá trình cấu hình thiết lập (CH=0). Thanh ghi
thời gian thựuc được mô tả như sau:
Seconds
Minutes
Hours
Day
Date
Month
Year

Control
Ram 58x8
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
6



· DS1307 có thể chạy ở chế độ 24h cũng như 12h. Bit thứ 6 của thanh ghi hours là bit chọn
chế độ 24h hoặc 12h. khi bit này ở mức cao thì chế độ 12h được chọn. ở chế độ 12h thì bit
5 là bit AM/PM với mức cao là là PM. ở chế độ 24h thì bit 5 là bit chỉ 20h(từ 20h đến 23h).
· Trong quá trình truy cập dữ liệu, khi chỉ thị START được thực thi thì dòng thời gian được
truyền tới một thanh ghi thứ 2,thông tin thời gian sẽ được đọc từ thanh ghi thứ cấp
này,trong khi đó đồng hồ vẫn tiếp tục chạy.

Trong DS1307 có một thanh ghi điều khiển để điều khiển hoạt động của chân SQW/OUT

Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0
OUT X X SQWE X X RS1 RS0

· OUT(output control):bit này điều khiển mức ra của chân SQW/OUT khi đầu ra xung vuông
là disable. Nếu SQWE=0 thì mức logic ở chân SQW/OUT sẽ là 1 nếu OUT=1,và =0 nếu
OUT=0
· SQWE(square wave enable): bit này được thiết lập 1 sẽ enable đầu ra của bộ tạo dao động.
Tần số của đầu ra sóng vuông phụ thuộc vào giá trị của RS1 và RS0


RS1 RS0 tần số đầu ra SQW
0 0 1Hz

0 1 4,096kHz
1 0 8,192kHz
1 1 32,768kHz


DS1307 hỗ trợ bus 2 dây 2 chiều và giao thức truyền dữ liệu. thiết bị gửi dữ liệu lên bus được
gọi là bộ phát và thiết bị nhận gọi là bộ thu. thiết bị điều khiển quá trình này gọi là master. thiết bị
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
7

nhận sự điều khiển của master gọi là slave. Các bus nhận sự điều khiển của master,là thiết bị phát
ra chuỗi xung clock(SCL),master sẽ điều khiển sự truy cập bus,tạo ra các chỉ thị START và STOP

Sự truyền nhận dữ liệu trên chuỗi bus 2 dây



Tuỳ thuộc vào bit R/
w
mà 2 loại truyền dữ liệu sẽ được thực thi:
· truyền dữ liệu từ master truyền và slave nhận: Master sẽ truyền byte đầu tiên là địa chỉ của
slave. Tiếp sau đó là các byte dữ liệu . slave sẽ gửi lại bit thông báo đã nhận được (bit
acknowledge) sau mỗi byte dữ liệu nhận được. dữ liệu sẽ truyền từ bit có giá trị nhất (MSB).
· truyền dữ liệu từ slave và master nhận: byte đầu tiên (địa chỉ của slave) được truyền tới slave
bởi master. Sau đó slave sẽ gửi lại master bit acknowledge. tiếp theo đó slave sẽ gửi các byte
dữ liệu tới master. Master sẽ gửi cho slave các bit acknowledge sau mỗi byte nhận được trừ
byte cuối cùng,sau khi nhận được byte cuối cùng thì bit acknowledge sẽ không được gửi .

Master phát ra tất cả các chuỗi xung clock và các chỉ thị START và STOP. sự truyền sẽ kết
thúc với chỉ thị STOP hoặc chỉ thị quay vòng START. Khi chỉ thị START quay vòng thì sự truyền
chuỗi dữ liệu tiếp theo được thực thi và các bus vẫn chưa được giải phóng. Dữ liệu truyền luôn bắt
đầu bằng bit MSB.

2, DS1307 có thể hoạt động ở 2 chế độ sau:
· chế độ slave nhận( chế độ DS1307 ghi):chuỗi dữ liệu và chuỗi xung clock sẽ được nhận
thông qua SDA và SCL. Sau mỗi byte được nhận thì 1 bit acknowledge sẽ được truyền.
các điều kiện START và STOP sẽ được nhận dạng khi bắt đầu và kết thúc một truyền 1
chuỗi. nhận dạng địa chỉ được thực hiện bởi phần cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave
và bit chiều. Byte địa chỉ là byte đầu tiên nhận được sau khi điều kiện START được phát
ra từ master. Byte địa chỉ có chứa 7 bit địa chỉ của DS1307, là 1101000, tiếp theo đó là bit
chiều (R/
w
) cho phép ghi khi nó bằng 0. sau khi nhận và giải mã byte địa chỉ thì thiết bị sẽ
phát đi 1 tín hiệu acknowledge lên đường SDA. Sau khi DS1307 nhận dạng được địa chỉ
và bit ghi thì master sẽ gửi một địa chỉ thanh ghi tới DS1307 , tạo ra một con trỏ thanh ghi
trên DS1307 và master sẽ truyền từng byte dữ liệu cho DS1307 sau mỗi bit acknowledge
nhận được. sau đó master sẽ truyền điều kiện STOP khi việc ghi hoàn thành.

Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
8



· chế độ slave phát ( chế độ DS1307 đọc): byte đầu tiên slave nhận được tương tự như chế
độ slave ghi. Tuy nhiên trong chế độ này thì bit chiều lại chỉ chiều truyền ngược lại. Chuỗi
dữ liệu được phát đi trên SDA bởi DS 1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL.

Các điều kiện START và STOP được nhận dạng khi bắt đầu hoặc kết thúc truyền một
chuỗi. byte địa chỉ nhận được đầu tiên khi master phát đi điều kiện START. Byte địa chỉ
chứa 7 bit địa chỉ của slave và 1 bit chiều cho phép đọc là 1. sau khi nhận và giải mã byte
địa chỉ thì thiết bị sẽ nhận 1 bit acknowledge trên đường SDA. Sau đó DS1307 bắt đầu gửi
dữ liệu tới địa chỉ con trỏ thanh ghi thông qua con trỏ thanh ghi. nếu con trỏ thanh ghi
không được viết vào trước khi chế độ đọc được thiết lập thì địa chỉ đầu tiên được đọc sẽ là
địa chỉ cuối cùng chứa trong con trỏ thanh ghi .DS1307 sẽ nhận được một tín hiệu Not
Acknowledge khi kết thúc quá trình đọc.

Đọc dữ liệu-chế độ slave phát

· thời gian thực hiện việc đọc,ghi dữ liệu của DS1307:

sơ đồ đồng bộ:
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
9


đặc tính và thời gian thực hiện:







V/ Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A:

Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
10


PIC 16F877A trong mạch là loại có 40 chân,với 5 cổng vào ra la Port A(RA0÷RA5),Port
B(RB0÷RB7),Port C(RC0÷RC7),Port D(RD0÷RD7),Port E(RE0÷RE2). Có 3 bộ định thời là
timer0,timer1,timer2.
8K bộ nhớ chương trình flash.

Tổ chức bộ nhớ :
Có 3 khối bộ nhớ trong pic16F877A: bộ nhớ chương trình ,bộ nhớ dữ liệu và khối bộ nhớ
EEPROM. bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu có đường bus riêng vì vậy có thể truy cập vào
từng bộ nhớ một cách riêng rẽ.
Bộ đếm chương trình có 13 bit vì vậy không gian địa chỉ sẽ là 8k word x 8bit. Truy cập ngoài vùng
không gian trên sẽ gây lỗi.
Bộ nhớ dữ liệu được chia thành 4 bank (Bank0÷Bank3) ,trong các bank chứa các thanh ghi thường
và các thanh ghi chức năng đặc biệt. Bank được chọn phụ thuộc vào bit RP1 và RP0 (bit thứ 6 và
bit thứ 5) của thanh ghi trạng thái status.

RP1:RP0 Bank
00 0
01 1
10 2
11 3
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
11

Các thanh ghi chức năng đặc biệt được CPU và bộ ngoại vi sử dụng để điều khiển các thiết bị. các
thanh ghi này hoạt động như một thanh RAM tĩnh.
Thanh ghi trạng thái chứa trạng thái số học của ALU,trạng thái Reset và các bit chọn bank ở bộ
nhớ dữ liệu.
R/W-0 R/W-0 R/W-0 R-1 R-1 R/W-x R/W-x R/W-x
IRP RP1 RP0

TO


PD

Z DC C
Bit 7 bit 0
Các cổng vào ra của pic:
Port A: có 6 bit (tương ứng với 6 chân RA0÷RA5) các chân của cổng A có tích hợp một số chức
năng ngoại vi,nếu một thiết bị ngoại vi được enable thì cổng này sẽ không hoạt động như một cổng
vào ra .
Bình thường Port A sẽ là một cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi xác đinh chiều tương ứng của các
chân port A là thanh ghi TrisA. Các bit ở thanh ghi TrisA bằng 1 sẽ xác định các chân ở port A là
đầu vào ngược lại sẽ là đầu ra.
Port B: rộng 8 bit(tương ứng với 8 chân RB0÷RB7),là một cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi qui đinh
chiều của cổng B là thanh ghi Tris B. thiết lập các bit ở thanh ghi TrisB bằng 1 sẽ làm cho cổng B
là cổng vào ngược lại sẽ là cổng ra.
Port C: rộng 8 bit(tương ứng với các chân RC0÷RC7),bình thường nó là một cổng vào ra 2 chiều,
thanh ghi qui định chiều của cổng là thanh ghi TrisC. Các chân RC3,RC4 dùng để kết nối truyền
nhân thông tin với các thiết bị ngoại vi.
Port D: rộng 8 bit (RD0÷RD7),nó có thể là cổng vào hoặc cổng ra. Port D có thể được cấu hình

như một cổng vi xử lý rộng 8 bit (cổng slave song song) bằng cách thiêt lập bit điều khiển
PSPSTATUS (TrisE.4). ở chế độ này thì đầu vào la tín hiệu TTL.
Port E: rộng 3 bit(RE0÷RE2), được cấu hình là đầu ra hoặc đầu vào. Port E có thể là đầu vào điều
khiển I/O khi bit PSPSTATUS (TrisE.4) được thiết lập.
Từ hình vẽ ta có thể thấy, pic16F877A có 2 chân Vcc và 2 chân GND, để pic có thể hoạt động
được ta phải cấp nguồn cho tất cả các chân này.
Ngoài cấp nguồn cung cấp ta phải cấp nguồn xung dao động để cho vi điều khiển hoạt động. ta sẽ
dùng một thạch anh 20MHz để cấp xung dao động. nguồn dao động được cấp thông qua 2 chân 13
và 14 của pic.
Mạch reset cho vi điều khiển là một công tắc để hở thông qua chân MCLR của vi điều khiển. mạch
sẽ thực hiện reset khi chân này từ mức logic 1 xuống logic 0. khi công tắc để hở thì chân này luôn
mang mức logic 1 do luôn được nối với nguồn thông qua một điện trở hạn dòng R1, điện trở này
phải có giá trị nhỏ hơn 40k để đảm bảo điện áp cung cấp cho vi điều khiển.
Đề tài : đồng hồ thời gian thực dùng DS 1307

Page
12


mạch reset của pic16f877a

VI/ Khối hiển thị:
- Khối hiển thị dùng 8 led
+,ở chế độ hiển thị ngày tháng năm:2 led để hiện thị ngày ,2 led hiển thị tháng ,4 led hiển thị
năm .
+,ở chế độ hiển thị giờ ,phút, giây: 2 led dùng để hiển thị giờ,2 led dùng để hiển thị phút, 2 led
dùng để hiển thị giây, 1 led dùng hiển thị thứ trong tuần (chủ nhật led hiện giá trị 1,thứ 2 hiện
giá trị 2…thứ 7 hiện giá trị 7)
Tất cả các led chung đường tín hiệu a,…,g còn các chân điều khiển thì mắc với các khoá điện
tử (8 Tranzito A1015) để điều khiển việc đóng ngắt các led.

- việc cấp nguồn cho các led dựa trên thuật quét led.


Sơ đồ thuật quét led: