THIẾT bị HIỂN THỊ THỜI GIAN và NHIỆT độ DÙNG PIC và BLUETOOTH (có code và layout)

ĐỒ ÁN 2

THIẾT BỊ HIỂN THỊ THỜI GIAN VÀ NHIỆT
ĐỘ DÙNG PIC VÀ BLUETOOTH

1


MỤC LỤC

2


DANH MỤC HÌNH VẼ

3


DANH MỤC BẢNG BIỂU

4


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
EEPROM

Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

GND

Ground

I2C

Inter-Intergrated Circuit

IC

Integrated Circuit

LCD

Liquid Crystal Display

MSSP

Medium Speed Serial Port

PIC

Programmable Intelligent Computer

RAM

Random Access Memory

RXD

Reveiced Data

SCL

Serial Clock

SDA

Serial Data

TXD

Transmitted Data

5


ĐỒ ÁN 2
Trang 6/30

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Đề tài
“Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC”. Ứng dụng như một đồng hồ vạn niên
và có thể điều chỉnh thời gian nhanh thông qua Bluetooth.
1.2 Yêu cầu đề tài
•
•
•
•
•
•

Tìm hiểu vi điều khiển PIC.

Tìm hiểu giao tiếp Bluetooth.
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch.
Dùng Bluetooth để reset lại thời gian.
Mô phỏng qua proteus mạch “Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC”.
Thi công mạch “Thiết bi hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC”.

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 7/30

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CỦA HỆ THỐNG
2.1 Sơ đồ hệ thống
NGUỒN

5V DC

IC đo nhiệt

5V
DC

Gửi giá trị điện áp

độ

Vi điều
khiển

IC thời

Gửi thông tin ngày giờ

gian thực
Module

Gửi tín hiệu

giao tiếp từ
xa

Hiển
thị

Gửi
kí tự

Khối hiển

Thiết bị điều

thị

khiển
Hình 2-1: Sơ đồ hệ thống

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC

ĐỒ ÁN 2
Trang 8/30

Giải thích sơ đồ khối:
-

Khối nguồn cung cấp nguồn 5V DC cho vi điều khiển PIC 16F877A.
PIC lấy giá trị điện áp ngõ ra từ LM35 từ đó tính toán ra nhiệt độ,
PIC lấy thông tin ngày giờ từ DS1307.
Smartphone gửi kí tự đến Module Bluetooth, sau đó Module Bluetooth gửi thông

-

tin đến PIC.
Từ những thông tin thu được, PIC hiển thị thông tin lên LCD.

2.2 Các linh kiện chính
2.2.1 LM35

Hình 2-2: Sơ đồ chân LM35

LM35 là cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ dựa vào điện áp ngõ ra. LM35 có thông
số kĩ thuật như sau:
•
•
•
•

Nguồn cấp tối đa: +35V.
Nguồn ra tối đa: +6V.

Dòng ra: 10mA.
Đo được điện áp: từ -55 đến +150 độ C.

Các chân LM35:
• Vs: Nguồn cấp cho LM35 hoạt động.
• Vout: Điện áp ngõ ra, dùng để tính toán ra nhiệt độ.
• GND: Nối đất cho LM35.
[1]
2.2.2 DS1307
Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 9/30

Hình 2-3: Sơ đồ chân DS1307

DS1307 là IC dùng để hiển thị ngày giờ, cho hiển thị chính sát về ngày, tháng, năm, giờ,
phút, giây, thứ được lưu vào 7 thanh ghi 8 bit khác nhau. Với các thông số kĩ thuật như
sau:
• Có 56 byte RAM để lưu trữ dữ liệu.
• Tiêu thụ dưới 500nA trong Pin dự phòng khi hoạt động.
• Nhiệt độ hoạt động: -45 đến +85 độ C.
Các chân của DS1307:
•
•
•
•
•
•

X1, X2: Đầu vào giao động. Kết nối với thạch anh 32.768 kHz.
Vbat: Ngồn nuôi IC. Nối với nguồn pin +3V.
GND: Nối đất.
SDA: Chân truyền dữ liệu.
SCL: Chân truyền xung clock.
SQW/OUT: Ngõ ra sóng vuông.

DS1307 được cấu tạo bởi con trỏ, các thanh ghi, mạch nguồn, mạch dao động, mạch điều
khiển logic, mạch I2C.
Cài đặt thời gian cho DS1307 bằng cách ghi thời gian vào 7 thanh ghi của nó và nếu
muốn đọc giá trị thời gian thực thì ta đọc thời gian từ 7 thanh ghi đó.
Thời gian lưu trong DS1307 ở dạng BCD nên khi ghi thời gian thực cần phải chuyển đổi
số thập phân sang BCD.
[2]

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 10/30

DS1307 giao tiếp với Vi điều khiển PIC thông qua giao tiếp I2C. Giao tiếp I2C được đã
được phát triển từ một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây bởi Phillips vào năm 1980. I2C
được sử dụng giao tiếp với nhiều loại vi điều khiển (PIC, 8051,…) .
I2C sử dụng 2 dây: SDA để truyền dữ liệu và SCL truyền xung clock. Hoạt động theo
kiểu Master – Slave.
Nhiều thiết bị có thể kết nối với I2C cùng lúc nhưng vẫn không xảy ra nhầm lẫn giữa các
thiết bị bởi mỗi thiết bị được nhận ra thông qua bởi địa chỉ riêng trong quan hệ MasterSlave. Xung clock chỉ đi một hướng từ Master đên Slave, còn luồng dữ liệu có thể đi theo
cả hai hướng.

Master

SDA

Trasmitter

Slave
Receiver

SCL

Master

SDA
Slave

Receiver

Hình 2-4: Giao tiếp I2C

Trasmitter

SCL

I2C có thể truyền trong 3 chế độ khác nhau là: Standard mode, Fast mode và HighSpeed. Ở mỗi chế cho tốc độ truyền dữ liệu khác nhau.
Mỗi bit dữ liệu sẽ được truyền thông qua mỗi xung clock, tín hiểu của SDA chỉ thay đổi
khi xung clock ở mức thấp và khi xung clock ở mức cao thì nó sẽ ổn định. Khi xung
clock ở mức cao, thiết bị Slave có thể lấy mẩu dữ liệu.
[3]

2.2.3 Module Bluetooth HC-06
Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 11/30

Hình 2-5: Module Bluetooth HC-06

Module Bluetooth HC-06 dùng để giao tiếp với các thiết bị thông qua Bluetooth. Với các
thông số kĩ thuật sau:
•
•
•
•
•

Hoạt động với mức điện áp: 3V3 -> 5V
Bluetooth V2.0
Dòng khi kết nối: 30mA, khi ổn định: 8mA.
Khoảng cách truyền tối đa 20m khi không có vật cản, khoảng 10->15m nếu có vật cản.
Baurdrate UART có thể chọn: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200.

Các chân Module Bluetooth HC-06:

•
•
•
•

VCC: Cấp nguồn cho Module hoạt động.
GND: Nối đất cho Module.
TXD: Chân truyền dữ liệu.
RXD : Chân nhận dữ liệu.

[4]

Công ty Ericsson cho ra đời Bluetooth vào năm 1989, Bluetooth ra đời với mục đích
không dây hóa và chuẩn hóa các giao tiếp serial.
Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 12/30

Bluetooth giao tiếp với nhau thông qua sóng radio với băng tần từ 2.400 đến 2.480 GHz,
Bluetooth không chỉ hoạt động ở một băng tần cố định mà còn có thể thay đổi băng tần
liên tục với từ 2.400 đến 2.480 GHz. Bluetooth giao tiếp với nhau với kiểu giao tiếp
Master-Slave.
Có hai loai Bluetooth thường được sử dụng đó là Classic Bluetooth và Bluetooth BLE.
Classic Bluetooth dùng để giao tiếp dung lượng cao như là truyền hình ảnh, còn
Bluetooth BLE dành cho các ứng dụng mạng. Với một số thông số khác biệt sau
Bảng 2-1: Classic Bluetooth & Bluetooth BLE

Thông số
Khoảng cách hoạt động
Tốc độ
Số lượng Slave
Mã hóa
Độ trễ

Tiêu thụ năng lượng

Classic Bluetooth
100 mét
1 đến 3 Mbit/s
7
56/128 bit
100 ms
1W

Bluetooth BLE
Trên 100 mét
1 Mbit/s
Tùy thuộc vào ứng dụng
128 bit
6 ms
Dưới 0.5 W

Bluetooth được ứng dụng trong:
•
•
•
•

Tai nghe, chuột, bàn phím, máy in không dây.
Mạng không dây giữa các máy tính trong trường hợp băng thông ít.
Điều khiển từ xa (xe điều khiển).
Truyền giữ liệu không dây giữa các thiết bị.

[5]

2.2.4 LCD

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 13/30

Hình 2-6: LCD 20x4

LCD là thiết bị hiển thị, được ứng dụng rất nhiều cùng với Vi điều khiển. LCD có khả
năng hiển thị đa dạng (chữ, số, kí tự đặc biệt).
Các chân của LCD:
•
•
•
•
•
•
•

VSS: Chân nối đất cho LCD.
VDD: Chân cấp nguồn cho LCD.
VEE: Chân dùng để điều chỉnh độ tương phản cho LCD.
RS: Chân chọn thanh ghi.
R/W: Chân chọn chế độ đọc/ghi cho LCD.
E: Chân cho phép.
DB0 đến DB7: 8 đường bus dữ liệu.

[6]

2.2.5 PIC 16F877A

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 14/30

Hình 2-7: Sơ đồ chân PIC 16F877A

PIC thuộc một họ của vi điều khiển RISC với PIC 1650 là dòng PIC đầu tiên. Về sau,
PIC được nghiên cứu, phát triển và hình thành dòng Vi điều khiển PIC.
PIC có thể ứng dụng xử lý nhiều tác vụ như: điều khiển thiết bị qua Bluetooth, hiển thị
LCD, đo nhiệt độ độ ẩm, báo hiệu qua sim,…
PIC có các thông số kỹ thuật sau:

Bảng 2-2: Thông số kỹ thuật của PIC 16F877A

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 15/30

Thông số
Tần số hoạt động
Bộ nhớ Flash
Bộ nhớ dữ liệu
Bộ nhớ EEPROM
Ngắt

Cổng xuất/nhập
Timer
Giao tiếp nối tiếp
Giao tiếp song song

Giá trị
20MHz
8K
368 bytes
256
15
Cổng A, B, C, D, E
3
MSSP, USART
PSP

Các chân của PIC 16F877A:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

•
•
•

Chân MCLR: Reset tích cực mức thấp.
Các chân RA/RB/RC/RD/RE: Xuất/nhập giá trị.
Các chân AN: Ngõ vào dựa vào kênh.
Chân VREF-: Ngõ vào điện áp chuẩn thấp.
Chân VREF+: Ngõ vào điện áp chuẩn cao.
Chân CVREF+: Ngõ vào điện áp chuẩn cao.
Chân TOCK1: Ngõ vào xung clock cho Timer 0.
Chân C1OUT: Ngõ ra bộ so sánh 1.
Chân C2OUT: Ngõ ra bộ so sánh 2.
Chân SS: Ngõ vào chọn lựa SPI.
Chân INT: Ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài.
Chân PGM: Lập trình điện áp thấp.
Chân PGC: Gỡ rối xung clock.
Chân T1OCO: Ngõ vào của bộ giao động Timer1.
Chân T1CK1: Ngõ vào của xung clock bên ngoài Timer1.
Chân SCK/SCL: Ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ chế độ SPI/ Ngõ vào xung

•
•
•
•
•
•
•

clock nối tiếp đồng bộ chế độ I2C.

Chân SDO: Dữ liệu ra SPI.
Chân TX/CK: Truyền bất đồng bộ USART/ Xung đồng bộ USART.
Chân RX/DT: Nhận bất đồng bộ USART.
Chân PSP0->7: Dữ liệu port song song.
Chân RD: Điều khiển đọc port song song.
Chân WD: Điêu khiển ghi port song song.
Chân CS: Chân chọn điều khiển port song song.

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 16/30

• Các chân VDD/VSS: Cấp nguồn cho PIC.
[7]

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 17/30

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CHI TIẾT
3.1 Mạch thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC

Hình 3-8: Schematic mạch thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC

Giải thích:
Chân số 2 của PIC nhận giữ liệu điện áp ra từ LM35, sau đó tính toán ra giá trị nhiệt độ

hiển thị lên LCD thông qua các chân từ RB1 đến RB7.
Chân 18 và chân 23 của PIC giao tiếp I2C với DS1307 để lấy giá trị ngày giờ và thời
gian, sau đó hiển thị giá trị ngày giờ và thời gian lên LCD thông qua các chân từ RB1 đến
RB7.

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 18/30

Chân 25 và chân 26 của PIC giao tiếp vơi module Bluetooth HC-06, khi HC-06 nhận
được ký tự từ điện thoại truyền sang, nó sẽ gửi đến PIC để xử lý, yêu cầu PIC reset ngày
giờ và thời gian.

Hình 3-9: Layout mạch thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 19/30

CHƯƠNG 4. THI CÔNG
4.1 Kết quả thi công
Mạch sau khi thi công:

Hình 4-10: Mặt trước của mạch

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC

ĐỒ ÁN 2
Trang 20/30

Hình 4-11: Mặt sau của mạch

Khi cấp nguồn cho mạch hoạt động, mạch hiển thị thông tin ngày, giờ và nhiệt độ như
sau:

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 21/30

Hình 4-12: Mạch hoạt động khi được cấp nguồn

Thiết lập phím dữ liệu trên smartphone với các ký tự “1”, “2” và “3” tương ứng với
chuyển vị trí, tăng và giảm giá trị.

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 22/30

Hình 4-13: Thiết lập các phím dữ liệu trên smartphone

Sau đó có thể dùng smartphone để điều chỉnh thông tin về ngày giờ hiển thị trên thiết bị.

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 23/30

Hình 4-14: Thông tin ngày giờ đã thay đổi sau khi điều chỉnh

4.2 So sánh yêu cầu và kết quả thi công
Yêu cầu thi công và kết qua thi công được tổng hợp trong bảng 4.1

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 24/30

Bảng 4-3: So sánh yêu cầu và kết quả thi công

Yêu cầu thi công
Sử dụng DS1307 để hiển thị ngày giờ và
thời gian lên LCD.
Sử dụng IC LM35 để hiển thị nhiệt độ lên
LCD.
Reset ngày giờ và nhiệt độ thông qua
Bluetooth.

Kết quả thi công
Đã sử dụng DS1307 hiển thị được ngày

giờ và thời gian lên LCD.
Đã sử dụng IC LM35 lấy điện áp ngõ ra
sau đó tính toán hiển thị nhiệt độ ra LCD.
Đã có thể dùng điện thoại Android gửi ký
tự đến Module Bluetooth HC-06 sau đó
đến PIC để điều chỉnh thông tin ngày giờ
tùy ý.

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC


ĐỒ ÁN 2
Trang 25/30

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN
Thành quả đạt được của Đồ án này là: sử dụng được phần mềm MikroC đễ lập trình cho
PIC, sử dụng phần mềm Pickit2 và mạch nạp Pickit2 nạp code thành công cho PIC
16F877A, hiển thị được ngày giờ thời gian và nhiệt độ lên LCD bằng việc sử dụng
DS1307 và IC LM35, sử dụng Module Bluetooth HC-06 để điều chỉnh được thiết bị.
Cũng như tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện chính và có thể hiểu được hoạt
động của mạch “Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt dộ dùng PIC”.
Từ Đồ án này, có thể phát triển thành đồng hồ vạn niên với nhiều chức năng hơn hoặc có
thể điều khiển bằng điện thoại thông qua tin nhắn.
Sau Đồ án 2, đã học và hiểu hơn về Vi xử lý, hiểu thêm về hoạt động của các linh kiện
điện tử và được rèn luyện kỹ năng thi công mạch điện tử.

Thiết bị hiển thị thời gian và nhiệt độ dùng PIC