MẠCH đồ hồ số HIỂN THỊ LED 7 đoạn DÙNG PIC (có code và layout)

ĐỒ ÁN 2
MẠCH ĐỒ HỒ SỐ HIỂN THỊ LED 7 ĐOẠN


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...........................................................................................III
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..................................................................................VI
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ LED 7 ĐOẠN...1
1.1GIỚI THIỆU :

1

1.2NGUYÊN LÝ CHUNG :

1

CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA MẠCH ĐỀ TÀI........................................2
2.1LINH KIỆN CHÍNH TRONG MẠCH:

2

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH......................................................................................12
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

12

3.2SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT

13

3.3NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH:

14

CHƯƠNG 4. THỰC THI PHẦN CỨNG.........................................................................17
4.1MẠCH IN

17

4.2MẠCH ĐỀ TÀI

18

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN...................................................................................................19
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................20
PHỤ LỤC 20


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 2.1: PIC16F877A.......................................................................................................2
HÌNH 2.2: SƠ ĐỒ CHÂN PIC16F877A.............................................................................3
HÌNH 2.3: CẤU HÌNH PIC16.............................................................................................5
CHỨC NĂNG:.......................................................................................................................5
+PORT A:

5

_BAO GỒM 6 CHÂN.DÙNG LẬP TRÌNH ĐỂ THỰC HIỆN CHỨC NĂNG “2
CHIỀU”.XUẤT NHẬP DỮ LIỆU RA VÀO VĐK............................................................5
_INPUT ANALOG CỦA BỘ ADC : CHỨC NĂNG CHUYỂN TỪ ANALOG SANG

DIGITAL

5

_INPUT ĐIỆN THẾ SO SÁNH..........................................................................................5
_INPUT XUNG CLOCK CỦA TIMER 0 TRONG CẤU TRÚC PHẦN
CỨNG:THỰC HIỆN ĐẾM XUNG QUA TIMER 0.........................................................5
_INPUT GIAO TIẾP MSSP(MASTER SYNCHRONOUS SERIAL PORT)..............5
+PORT B:

5

_GỒM CÓ 8 CHÂN.TƯƠNG TỰ PORT A, CÁC CHÂN CỦA PORT B CÓ 2 CHỨC
NĂNG CHÍNH LÀ: OUTPUT VÀ INPUT.VÀ 2 CHỨC NĂNG TRÊN ĐƯỢC ĐIỀU
KHIỂN BỞI THANH GHI TRISTB...................................................................................6
_KHI MUỐN SET CHÂN CỦA PORT B LÀ INPUT THÌ LÀ SET BIT TƯƠNG
ỨNG TRONG TRISTB.........................................................................................................6
_KHI MUỐN LÀ OUTPUT THÌ TA CLEAR BIT TƯƠNG ỨNG TRONG TRISTB.6
_THANH GHI TRISTB ĐƯỢC TÍCH HỢP BỘ ĐIỆN TRỞ KÉO LÊN CÓ THỂ
ĐIỀU KHIỂN ĐƯỢC BẰNG CHƯƠNG TRÌNH............................................................6
+PORT D:

6


_GỒM CÓ 8 CHÂN.CÁC CHÂN CỦA PORT D CÓ 2 CHỨC NĂNG CHÍNH
OUTPUT VÀ INPUT DƯỚI SỰ ĐIỀU KHIỂN THANH GHI TRISTD TƯƠNG TỰ 2
THANH GHI TRÊN..............................................................................................................6
_LÀ PORT XUẤT DỮ LIỆU CHUẨN GIAO TIẾP SONG SONG PSP(PARALLEL
SLAVE PORT).......................................................................................................................6

+PORT C:

6

_PORT C GỒM 8 CHÂN VÀ TƯƠNG TỰ NHƯ CÁC PORT TRÊN THỰC HIỆN 2
CHỨC NĂNG CHÍNH LÀ OUTPUT VÀ INPUT DƯƠI SỰ ĐIỀU KHIỂN CỦA
THANH GHI TRIST C.........................................................................................................6
_TÍCH HỢP CÁC BỘ GIAO TIẾP I2C, SPI, SSP, USART…......................................6
_TRONG CẤU TRÚC PHẦN CỨNG LÀ NGÕ VÀO XUNG CLOCK TIMER 1....6
_NGOÀI RA CÓ BỘ PWM THỰC HIỆN NHIỆM VỤ ĐIỀU XUNG LẬP TRÌNH
ĐƯỢC TẦN SỐ, DUTY CYCLE ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN TỐC
ĐỘ VÀ VỊ TRÍ CỦA ĐỘNG CƠ.........................................................................................6
+PORT E:

6

_CÓ 3 CHÂN.THANH GHI TRISTE ĐIỀU KHIỂN XUẤT NHẬP............................6
_CÁC CHÂN PORTE LÀ NGÕ VÀO ANALOG............................................................6
_CÁC CHÂN PORT E ĐIỀU KHIỂN CHUẨN GIAO TIẾP PSP( PARALLEL
SLAVE

6

PORT).

6

HÌNH 2.4:RTC DS1307.........................................................................................................7
HÌNH 2.5 ĐIỆN TRỞ...........................................................................................................8
HÌNH 2.6 LED 7 ĐOẠN......................................................................................................8

HÌNH 2.7:THẠCH ANH 20MHZ VÀ 32.768KHZ...........................................................9
HÌNH 3.1 : SƠ ĐỒ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A...........................................14
HÌNH 3.2 : SƠ ĐỒ KHỐI RTC DS1307..........................................................................15


_ IC RTC DS1307 SỬ DỤNG THẠNH ANH GIAO ĐỘNG 32.768KHZ . CÁC ĐIỆN
TRỞ R8 VÀ R6 LÀ ĐIỆN TRỞ KÉO LÊN CỦA GIAO TIẾP I2C. GIAO TIẾP VỚI
VĐK PIC THEO CHUẨN I2C.DÙNG PIN 3V NUÔI NGUỒN CHO DS1307 VẪN
CHẠY GIỜ KHI MẤT NGUỒN.......................................................................................15
_NGÕ SCL(SERIAL CLOCK) LÀ ĐƯỜNG TRUYỀN XUNG CLOCK ĐỂ ĐỒNG
BỘ VÀ CHỈ THEO HƯỚNG.............................................................................................15
_NGÕ SDA(SERIAL DATA) LÀ ĐƯỜNG TRUYỄN DỮ LIỆU 2 HƯỚNG.............15
_MỖI DÂY SCL VÀ SDA ĐỀU ĐƯỢC NỐI VỚI ĐIỆN ÁP DƯƠNG CỦA NGUỒN
CẤP QUA MỘT ĐIỆN TRỞ KÉO LÊN..........................................................................15
HÌNH 3.3: KHỐI LED 7 ĐOẠN.......................................................................................16
HÌNH 4.1 : PCB MẠCH ĐỀ TÀI......................................................................................17
18


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
VDK
PCB

Vi Điều Khiển
Printed Circuit Board

IC

Intergrated Circuit

ĐỒ ÁN 2
Trang 1/29

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ LED 7
ĐOẠN
1.1 Giới thiệu :
• Tính cần thiết của đồng hồ báo thức
_Hiện nay trong cuộc sống hàng ngày hầu như ai cũng cần 1 cái đồng hồ để hẹn giờ
báo thức, để mỗi sáng không bị trễ giờ khi có 1 cuộc hẹn 1 lịch trình trong tuần vì
thế rất cần thiết khi mỗi người phải sở hữu 1 đồng hồ số để hẹn giờ báo thức khởi
động 1 ngày hoàn hảo
• Mục đích
_Để có thể hẹn giờ báo thức như chúng ta muốn.
• Ứng dụng thực tế
-Sản phẩm đồng số dùng để báo thức
1.2 Nguyên lý chung :
_Mạch được sử dụng PIC VĐK PIC16F877A làm bộ xử lý trung tâm. Vi xử lý đọc
và ghi thời gian vào IC thời gian thực RTC DS1307 thông qua chuẩn giao thức I2C.
Khi mới cấp nguồn vi xử lý khởi tạo IC thời gian thực sau đó sẽ đọc thời gian từ IC
xuất dữ liệu vừa đọc được sẽ hiển thị trên những con LED 7 đoạn và cũng đồng thời
quét các nút nhấn để kiểm tra khi ta nhấn nút. Mã BCD được VĐK xuất ra trực tiếp
cấp đồng thời cho LED 7 đoạn. Quá trình quét LED VĐK cấp một mã BCD cho 1
LED tương ứng rồi sau đó khối đệm đảo Transitor sẽ được kích hoạt và dẫn cấp
nguồn cho một LED tương ứng đó. Sau khoảng thời gian tạo trễ thì ngừng cấp
nguồn cho LED và chuyển mã sang cho LED tiếp theo.
_ Để cập nhật thời gian VĐK đọc thời gian từ IC thời gian thực với một khoảng
300ms cho một lần đọc. VĐK sẽ ngưng việc đọc thời gian từ IC thời gian thực lúc
ta chỉnh thời gian, và khi ta đã hoàn thành việc chỉnh thời gian thì VĐK sẽ ghi thời
gian đã chỉnh ngược vào IC để lưu lại thời gian chỉnh. Các nút nhấn đang ở trạng

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 2/29

thái bình thường sẽ là mức cao,và khi ta nhấn nút thì VĐK quét nhận thấy nút nhấn
xuống mức thấp thì thực hiện lệnh tương ứng với nút đã được nhấn.

CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA MẠCH ĐỀ TÀI
2.1 Linh kiện chính trong mạch:
• PIC16F877A

Hình 2.1: PIC16F877A
 PIC16F877A bao gồm 40 chân và được chia ra thành 5 port xuất nhập khác
nhau, có 2 chân dùng để cấp nguồn, 2 chân GND, 1 chân dùng Reset Vi
điều khiển và 2 chân thạch anh.
 Có 5 port xuất/ nhập.
+PORT A: 6 chân
+PORT B: 8 chân
+PORT C: 8 chân
+PORT D: 8 chân
+PORT E: 3 chân
 Trình bày sơ đồ chân 16F877A:

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2

Trang 3/29

Hình 2.2: Sơ đồ chân Pic16F877a
Bảng 2.1 Bảng đặc điểm PIC16F877A:
Đặc điểm

PIC16F877A

Tần số hoạt động

DC- 20MHz

Reset (và Delay)

POR, BOR (PWRT, OST)

Bộ nhớ chương trình Flash (14-bit

8K

word)
Bộ nhớ dữ liệu (byte)

368

Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (byte)

256

Các nguồn ngắt

15

Các port xuất nhập

Các port A, B, C, D, E

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 4/29

Timer

3

Các module capture/compare/

2 PWM

Giao tiếp nối tiếp

MSSP, USART

Giao tiếp song song

PSP

Module A/D 10bit

8 kênh ngõ vào

Bộ so sánh tương tự

2

Tập lệnh
Số chân

35 lệnh

• 40 chân PDIP
• 44 chân PLCC
• 44 chân TQFP
• 44 chân QFN

 Cấu hình minh họa PIC 16:

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 5/29

Hình 2.3: Cấu hình PIC16

 Chức năng:
+PORT A:
_Bao gồm 6 chân.Dùng lập trình để thực hiện chức năng “2

chiều”.Xuất nhập dữ liệu ra vào VĐK.
_Input Analog của bộ ADC : chức năng chuyển từ Analog sang
Digital
_Input điện thế so sánh.
_Input xung Clock của Timer 0 trong cấu trúc phần cứng:Thực hiện
đếm xung qua Timer 0.
_Input giao tiếp MSSP(Master Synchronous Serial Port)
+PORT B:

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 6/29

_Gồm có 8 chân.Tương tự PORT A, các chân của PORT B có 2 chức
năng chính là: output và input.Và 2 chức năng trên được điều khiển bởi
thanh ghi TRISTB.
_Khi muốn set chân của PORT B là input thì là set bit tương ứng
trong TRISTB.
_Khi muốn là output thì ta clear bit tương ứng trong TRISTB.
_Thanh ghi TRISTB được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều
khiển được bằng chương trình.
+PORT D:
_Gồm có 8 chân.Các chân của PORT D có 2 chức năng chính output
và input dưới sự điều khiển thanh ghi TRISTD tương tự 2 thanh ghi trên.
_Là port xuất dữ liệu chuẩn giao tiếp song song PSP(Parallel Slave
Port)
+PORT C:
_PORT C gồm 8 chân và tương tự như các port trên thực hiện 2 chức

năng chính là output và input dươi sự điều khiển của thanh ghi TRIST C.
_Tích hợp các bộ giao tiếp I2C, SPI, SSP, USART…
_Trong cấu trúc phần cứng là ngõ vào xung clock Timer 1.
_Ngoài ra có bộ PWM thực hiện nhiệm vụ điều xung lập trình được
tần số, duty cycle được ứng dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của
động cơ.
+PORT E:
_Có 3 chân.Thanh ghi TRISTE điều khiển xuất nhập.
_Các chân PORTE là ngõ vào analog.
_Các chân PORT E điều khiển chuẩn giao tiếp PSP( Parallel Slave
Port).
 RTC DS1307

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 7/29

Hình 2.4:RTC DS1307
Thông số kỹ thuật DS1307
_Điện áp 5V DC và dùng chung với vi điều khiển
_Dòng điện 2mA
_Sử dụng pin 3v để đề phòng khi bị mất điện
_Dùng thạch anh 32.768 Khz làm bộ tạo dao động
Bảng 2: Đặc điểm RTC DS1307
Chân

Tên

Chức năng

1

X1

Kết nối đến thạch anh 32.768Khz làm nguồn dao động

2

X2

cho chip

3

VBat

Kết nối đến cực dương của Pin 3v dự phòng, có điện
áp định mức khoảng 3V

4

GND

Nối mass

5

SDA

Chân dữ liệu khi kết nối đến giao tiếp I2C

6

SCL

Chân nhận xung clock đồng bộ khi kết nối I2C

7

SQW/OUT

Ngõ xuất tín hiệu xung vuông, tần số có thể lập trình
để thay đổi từ 1Hz, 4Khz, 8 Khz, 32 Khz

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 8/29

8

VCC

Nguồn cấp khoảng 5VDC

 Điện trở

Hình 2.5 Điện trở
_Điện trở dùng để hạn chế dòng điện đi qua giúp điều chỉnh được điện áp và
dòng điện theo người dùng.
 LED 7 ĐOẠN

Hình 2.6 LED 7 đoạn
Thông số kỹ thuật Led 7 đoạn
_Điện áp giữa Vcc và mass không được cao hơn 3v, tuy nhiên phải lớn hơn 1.3v.
 THẠCH ANH 20MHZ

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 9/29

Hình 2.7:Thạch anh 20Mhz và 32.768Khz
Thông số kỹ thuật về Thạch anh 20Mhz:
_Tần số 20Mhz
_Dung sai tần số: ±20ppm
_Đều cho ra tần số ổn định, sử dụng tốt nhất trong đồng hồ
Thông số kỹ thuật về Thạch anh 32.768Khz:
_Tần số 32.768Khz
_Dung sai tần số: ±30ppm
_ Đều cho ra tần số ổn định
 Transistor A1015

Hình 2.8: A1015
Thông số kỹ thuật:
_Vcb: -50V

_Vce: -50V
_Veb: -5v
_Ic: 150mA

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 10/29

 Tụ điện

Hình 2.9:Tụ gốm 104
Thông số kỹ thuật về tụ gốm:
_Trong mạch đồng hồ tụ gốm ở đây sẽ trở thành tụ lọc với dòng điện DC.
_Điện dung:0.1uf
_Điện áp: 50V
_Lọc nhiễu cho ra tần số ổn định hơn
 Pin 3v lithium

Hình 2.10: pin3v
Thông số kỹ thuật:
_Thời gian lưu trữ không bị giảm của pin là 7 năm
_Dòng xung: 15mA
_Dòng điện hoạt động ổn định: .2mA
_Điện áp định mức: 3V
_Nuôi nguồn RTC DS1307 khi bị mất điện.

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn

ĐỒ ÁN 2
Trang 11/29

 Còi Buzzer 5VDC

Hình 2.11:Còi Buzzer 5VDC
Thông số kỹ thuật:
_Nguồn:3.5v-5v
_Dòng tiêu thụ: <25mA
_Tần số cộng hưởng: 2300Hz ± 500Hz
_Biên độ âm thanh: >80dB.

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 12/29

CHƯƠNG 3.

THIẾT KẾ MẠCH

3.1 Sơ đồ khối

BẮT ĐẦU

KHỞI TẠO DS1307
S

KHÔN
G
CHỈNH

Đ

TG
ĐỌC THỜI GIAN TỪ DS1307

TẠO VÒNG LẶP QUÉT LED VÀ
PHÍM NHẤN
THỜI GIAN KHOẢNG 300mS

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 13/29

3.2 Sơ đồ giải thuật

BẮT ĐẦU

THIẾT LẬP NGẮT TIMER1 PHỤC VỤ CÒI BÁO

THIẾT LẬP CÁC NGÕ VÀO RA CHO PIC

KHỞI TẠO DS1307

ĐỌC THỜI GIAN BÁO THỨC TỪ RTC

Đ

S

KHÔNG

CHỈNH GIỜ

CHỈNH TG
S

Đ
ĐỌC THỜI GIAN TỪ DS1307

CHỈ ĐỌC GIỜ, PHÚT, GIÂY, TỪ DS1307

SO SÁNH THỜI GIAN ĐỂ BÁO THỨC

TẠO VÒNG LẶP QUÉT LED VÀ PHÍM NHẤN
THỜI GIAN KHOẢNG 600mS

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 14/29

3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch:
• Khối điều khiển

Hình 3.1 : Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A
- Ta sử dụng PIC16F877A làm bộ vi xử lý trung tâm .Sử dụng thạch anh 20Mhz làm
bộ tạo xung giao động chính cho VĐK. Hai tụ C1 và C2 phụ trợ giao động tăng
tính ổn định cho thạch anh. Tụ C3 tự reset khi mới cấp nguồn. Nút SW1 dùng
để reset mạch. Ta sử dụng các chân ngõ ra từ A-H kết nối đến các con LED 7
đoạn.Các chân 1-6 nối đến bộ đệm dòng quét LED. Ngõ SLC và SDA kết nối giao
tiếp I2C của IC DS1307.Các ngõ BT1-BT4 kết nối 4 chân nút nhấn.Và ngõ RE0 nối
đến còi báo buzzer 5VDC.

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 15/29

• Khối RTC DS 1307

Hình 3.2 : Sơ đồ khối RTC DS1307
_ IC RTC DS1307 sử dụng thạnh anh giao động 32.768Khz . Các điện trở R8 và R6
là điện trở kéo lên của giao tiếp I2C. Giao tiếp với VĐK PIC theo chuẩn I2C.Dùng
Pin 3V nuôi nguồn cho DS1307 vẫn chạy giờ khi mất nguồn.
_Ngõ SCL(Serial Clock) là đường truyền xung Clock để đồng bộ và chỉ theo
hướng.
_Ngõ SDA(Serial Data) là đường truyễn dữ liệu 2 hướng.
_Mỗi dây SCL và SDA đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp qua một
điện trở kéo lên.

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn

ĐỒ ÁN 2
Trang 16/29

• Khối hiển thị

Hình 3.3: Khối led 7 đoạn
- Ta có 6 con LED 7 đoạn Anode chung kết nối song song các ngõ ABCDEFG.
Nhưng có các chân Anode của các LED riêng biệt được cấp nguồn từ Transistor
được kích hoạt dẫn cấp nguồn. Các LED được quét theo thứ tự với mã BCD được
cấp trước cho tất cả các LED tương ứng sẽ được cấp nguồn. Quá trình quét LED
hoàn thành sau 6 lần chuyển mã, mỗi lần chỉ cấp nguồn cho chỉ một LED tương
ứng.

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 17/29

CHƯƠNG 4.

THỰC THI PHẦN CỨNG

4.1 Mạch in
Thiết kế PCB mạch đề tài

Hình 4.1 : PCB mạch đề tài

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn

ĐỒ ÁN 2
Trang 18/29

4.2 Mạch đề tài

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn


ĐỒ ÁN 2
Trang 19/29

CHƯƠNG 5.

KẾT LUẬN

• Ưu điểm
_Tiện lợi cho việc quan sát giờ bằng LED 7 đoạn.
_Có thể đặt giờ báo thức theo ý muốn bằng việc điều chỉnh bằng các nút nhấn.
• Khuyết điểm
_Vẫn còn điều chỉnh thủ công qua các nút bấm và vẫn không tiện lợi bằng các smart
phone ngày nay.
• Hướng phát triển
_Tìm hiểu thêm về kiến thức để tích hợp nhìu công dụng cảm biến nhiệt độ, thời
tiết, đếm giờ, báo cáo lịch trình…
_Có thể sử dụng điều khiển từ xa để điều chỉnh.

Đồng hồ số hiển thị led 7 đoạn