Đồ án điện tử 2 thiết kế mạch thời gian thực hiển thị LCD i2c điều khiển thiết bị

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 1 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ 2
Họ và tên sinh viên: Hồ Minh Tiến

MSSV: 15141068

Ngành: CNKT Điện Tử - Truyền Thông

Lớp: 15141CLDT2A

Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Trƣơng Ngọc Anh

ĐT: 01643783941

Ngà nhận ề tài:

Ngày nộp ề tài:

1. Tên ề tài: thiết kế và thi công mạch điều khiển đèn theo
thời gian và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm cao
2. Các số liệu, tài liệu ban ầu:
3. Nội dung thực hiện ề tài:
4. Sản phẩm:

Giáo viên hƣớng dẫn

1


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHI

NH N

ỦA GIÁO VI N HƢỚNG

N

Họ và tên Sinh viên: Hồ Minh Tiến ................................................. MSSV: 15141068 ......................
Ngành:CNTK Điện Tử - Truyền Thông................................................................................................
Tên ề tài: thiết kế và thi công mạch điều khiển đèn theo thời gian và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm cao
Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn:Th.S. Trƣơng Ngọc Anh ....................................................................
NH N XÉT
1. Về nội dung ề tài & khối lƣợng thực hiện:
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
2. Ƣu iểm:
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
3. Khuyết iểm:
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
...............................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
...............................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ................................................................................................... )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng 1 năm 2019
Giáo viên hƣớng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

2


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHI

NH N

ỦA GIÁO VI N PHẢN IỆN

Họ và tên Sinh viên: Hồ Minh Tiến .................................................. MSSV: 15141068 ......................
Ngành:CNKT Điện Tử - Truyền Thông................................................................................................
Tên ề tài: thiết kế và thi công mạch điều khiển đèn theo thời gian và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm cao
Họ và tên Giáo viên phản biện: ............................................................................................................
NH N XÉT
1. Về nội dung ề tài & khối lƣợng thực hiện:
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................

2. Ƣu iểm:
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
3. Khuyết iểm:
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
...............................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
...............................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ................................................................................................... )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm 20…
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

3


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp ỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong suốt thời gian từ
khi bắt ầu học tập ở giảng ƣờng ại học ến na , em ã nhận ƣợc rất nhiều sự quan
tâm, giúp ỡ của quý Thầ Cô, gia ình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất em xin
gửi lời cám ơn chân thành nhất ến:
Ban giám hiệu trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kĩ Thuật TPHCM ã tạo iều kiện tốt ể
em học tập và nghiên cứu.
Khoa ào tạo chất lƣợng cao, thƣ viện trƣờng ã cung cấp giáo trình và nhiều tài
liệu tham khảo cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu môn học.
Sự hƣớng dẫn và giúp ỡ chi tiết tận tình của thầy giáo Th.S Trƣơng Ngọc Anh

cùng một số thầ cô giáo khoa ào tạo chất lƣợng cao ã tận tình giảng giải và phân tích
rõ về những vấn ề thắc mắc trong quá tình nghiên cứu và thi công làm mạch.
Cảm ơn các bạn và anh chị khóa trƣớc ã nhiệt tình giúp ỡ.
Mặc dù rất cố gắng trong quá trình tìm hiểu nhƣng do kiến thức còn hạn chế nên
không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong ƣợc sự góp ý, nhận xét ánh giá về nội
dung cũng nhƣ hình thức trình bày của các thầy cô về ồ án của em ể em biết và hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

TP.H M , Ngày …. tháng 1. năm 2019
Sinh viên thực hiện

Hồ Minh Tiến.

4


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ 2......................................................................................... 1
PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN..................................................... 2
PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................ 3
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... 4
MỤC LỤC ............................................................................................................................ 5
DANH MỤC CÁC T

VI T TẮT ...................................................................................... 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ....................................................................... 8
MỤC TIÊU, PHÂN TÍCH YÊU CẦU NHIỆM VỤ VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN . 9
1. Mục tiêu. ..................................................................................................................... 9

2. Yêu cầu và nhiệm vụ của ề tài.................................................................................. 9
3. Phƣơng pháp thực hiện. .............................................................................................. 9
Chƣơng 1 ............................................................................................................................ 10
TỔNG QUAN..................................................................................................................... 10
1.1.

Lý do chọn ề tài................................................................................................... 10

1.2.

Giới hạn ề tài. ...................................................................................................... 10

Chƣơng 2 ............................................................................................................................ 11
CƠ SỞ LÝ THUY T VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN ....................................................... 11
2.1.

Tổng quan về PIC16F887. ................................................................................. 11

2.1.1.

Sơ lƣợc về PIC16F887. .................................................................................. 11

2.1.2.

Sơ ồ chân. ..................................................................................................... 11

2.3.

Tìm hiểu về IC thời gian thực DS1307. ................................................................ 14

2.3.1.

Giới thiệu về IC thời gian thực DS1307. ........................................................... 14

2.3.2.

Tổ chức thanh ghi trong DS1307. ..................................................................... 15

2.4.

Tổng quan về DHT11. .......................................................................................... 18

2.4.1.

Thông số kỹ thuật. .......................................................................................... 18

2.4.2.

Nguyên lý hoạt ộng: ..................................................................................... 18

Chƣơng 3 ............................................................................................................................ 22
THI T K VÀ MÔ PHỎNG ............................................................................................. 22

5


3.1.

Thiết kế ................................................................................................................. 22

3.2.

Thiết kế phần cứng. ............................................................................................... 24

3.2.1.

Khối nguồn. .................................................................................................... 24

3.2.2.

Khối xử lí trung tâm. ...................................................................................... 25

3.2.3.

Khối thời gian thực......................................................................................... 25

3.2.4.

Khối hiển thị. .................................................................................................. 26

3.2.5.

Khối iều khiển. ............................................................................................. 26

3.2.6.

Sơ ồ khối nút nhấn. ...................................................................................... 26

3.2.7.

Sơ ồ iều khiển toàn mạch. .......................................................................... 27

3.2.8.

Mạch in. .......................................................................................................... 29

3.3.

3.4.

Thiết kế phần mềm................................................................................................ 29

3.3.1.

Lƣu ồ thuật toán toàn mạch. ......................................................................... 29

3.3.2.

Lƣu ồ thuật toán iều khiển èn và chuông. ................................................ 31

3.3.3.

Lƣu ồ khối nút nhấn. .................................................................................... 33

Kết quả ạt ƣợc. ..................................................................................................... 36

4.1. Kết quả ạt ƣợc. ..................................................................................................... 39
4.2. Hƣớng phát triển của ề tài. ..................................................................................... 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 40
PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 41

1. Phụ lục 1: Datasheet Pic16F887 ............................................................................... 41
2. Phụ lục 2: Datasheet ds1307 .................................................................................... 41
3. Phụ lục 3: Datasheet c1815 ...................................................................................... 41
4. Phụ lục 3: Datasheet moc3020 ................................................................................. 41

6


ANH MỤ

Á

VI

IC: Integrated Circuit.
V: Volt
Hz: Hertz
AC: Alternating Current
A: Ampe
uF: Micro Fara
RTC: Read time clock

7


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂ ĐỒ
Hình 1: Sơ ồ chân PIC 16F887
Bảng 1: Chức năng các chân LCD 20*4
Hình 2: Sơ ồ chân LCD 16x2
Hình 3: cấu tạo của DS1307

Hình 4: tổ chức thanh ghi trong DS1307
Hình 5: Cảm biến nhiệt ộ, ộ ẩm DHT11
Hình 6: Sơ ồ nguyên lý DHT11
Hình 7: Quá trình giao tiếp
Hình 9: quá trình truyền dữ liệu của DHT11
Hình 10: sơ ồ khối toàn mạch
Hình 11: Sơ ồ mạch nguồn 5V
Hình 12: Khối thời gian thực
Hình 13: Khối hiển thị
Hình 14: khối iều khiển
Hình 15: khối nút nhấn
Hình 16: Sơ ồ nguyên lí toàn mạch

8


MỤC TIÊU, PHÂN TÍCH YÊU CẦU NHIỆM VỤ VÀ PHƢƠNG PHÁP HỰC
HIỆN
1. Mục tiêu.
Hoàn thành ƣợc ề tài ƣợc giao theo úng êu cầu và thời gian qu ịnh, sản
phẩm phải gọn nhẹ, hiệu quả ứng dụng cao và kinh tế, dễ lắp ráp và thay thế. Qua ó
có thể hiểu biết thêm về các linh kiện cũng nhƣ ứng dụng của chúng vào thực tế.
2. Yêu cầu và nhiệm vụ của đề tài.
Thiết kế và thi công mạch iều khiển èn theo thời gian và cảnh báo nhiệt ộ cao
sử dụng các linh kiện có sẵn trên thị trƣờng, thi công phân tích nguyên lí hoạt ộng
của mạch. Từ ó ƣa vào thực tế.
3. Phƣơng pháp thực hiện.
Trƣớc hết phải phân tích yêu cầu của ề tài ƣợc giao. Nắm bắt rõ ƣợc mục ích
và yêu cầu của ề tài. Để từ ó có cơ cở bắt ta vào tìm tòi và sƣu tầm mạch của một
số anh chị khóa trƣớc cũng nhƣ tìm hiểu thêm trên mạng internet ể từ ó làm cơ sở

cho việc xây dựng và thiết kế ề tài cho mình.
Khi có cơ sở thì bắt tay vào công việc xây dựng lên mạch trên mô hình vừa tìm
hiểu, chọn lọc và thiết kế theo nhiều phƣơng án ể tìm ra phƣơng án tối ƣu nhất cho
việc thiết kế và thi công sau này.
Sau khi ã xâ dựng mạch chạ ƣợc trên mô hình thì bắt tay vào xây dựng mạch
thực tế sao cho hiệu quả kinh tế nhất.

9


hƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1.

Lý do chọn đề tài.

Ngày nay ngành kỹ thuật iện tử có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con
ngƣời. Các hệ thống iện tử ngày nay rất a dạng và ang tha thế các công việc hàng
ngày của con ngƣời từ những công việc từ ơn giản ến phức tạp. Với sự phát triển không
ngừng của công nghệ, nhiều sản phẩm ƣợc tạo ra nhằm giảm bớt công việc cho con
ngƣời, giúp cho chất lƣợng cuộc sống của con ngƣời ƣợc nâng cao hơn nhƣ các trò chơi
giải trí cho trẻ em, các thiết bị tự ộng giúp việc cho những ngƣời nội trợ trong gia ình…
Cùng với sự phát triển của công nghệ là sự ra ời các vi mạch tích hợp có tốc ộ
xử lý nhanh, chính xác, ứng dụng trong các thiết bị chuyên dùng của con ngƣời. Với xu
hƣớng hiện ại hóa và sự phát triển vƣợc bật của khoa học kĩ thuật thì các thiết bị tự ộng
ngày càng hữu dụng trong ời sống hiện nay. Bên cạnh ó thì việc cảnh báo nhiệt ộ
không khí cao có thể dẫn ến hoả hoạn nên nó hữu ích với cuộc sống hiện nay của chúng
ta.
Xuất phát từ thực tế hiện nay và những kiến thức ã ƣợc học trong nhà trƣờng thì
em quyết ịnh lựa chọn ề tài “thiết kế và thi công mạch điều khiển đèn theo thời gian

và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm cao”.
1.2.

Giới hạn đề tài.

Thiết kế và thi công mạch iều khiển èn theo thời gian và cảnh báo nhiệt ộ cao.
Có khả năng cảnh báo khi nhiệt ộ hoặc ộ ẩm nằm ngoài ngƣỡng cho phép và iều khiển
tự ộng tắt mở èn theo khung thời gian ã cài ặt có thể iều chỉnh khung thời gian ặt
và các linh kiện có sẵn trên thực tế thi công và phân tích nguyên lý hoạt ộng của mạch.

10


hƣơng 2
Ơ SỞ LÝ THUY T VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN
2.1. Tổng quan về PIC16F887.
2.1.1. Sơ lƣợc về PIC16F887.
PIC16F887 thuộc họ vi iều khiển 16Fxxx có các ặt tính sau:
 Ngôn ngữ lập trình ơn giản với 35 lệnh có ộ dài 14 bit.
 Tất cả các câu lệnh thực hiện trong 1 chu kì lệnh ngoại trừ 1 số câu lệnh rẽ
nhánh thực hiện trong 2 chu kì lệnh. Chu kì lệnh bằng 4 lần chu kì dao
ộng của thạch anh.
 Khả năng ngắt (lên tới 14 nguồn cả ngắt trong và ngắt ngoài).
 Ngăn nhớ Stack ƣợc chia làm 8 mức.
 Truy cập bộ nhớ bằng ịa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
 Dải iện thế hoạt ộng rộng: 2.0 ến 5.5V.
 Nguồn sử dụng 25mA.
 Công suất tiêu thụ thấp:
 <0.6mA với 5V, 4MHz
 20µA với nguồn 3V, 32 kHz.

 Có 3 timer: timer0, 8 bit chức năng ịnh thời và bộ ếm với hệ số tỷ lệ
trƣớc.Timer1, 16 bit chức năng bộ ịnh thời, bộ ếm với hệ số tỷ lệ trƣớc,
kích hoạt chế ộ Sleep.Timer2, 8 bit chức năng ịnh thời và bộ ếm với
hệ số tỷ lệ trƣớc và sau.
 Có 2 kênh Capture/ so sánh iện áp (Compare)/ iều chế ộ rộng xung
PWM 10 bit / (CCP).
 Có 8 kênh chuyển ổi ADC 10 bit.
 Cổng truyền thông nối tiếp SSP với SPI phƣơng thức chủ và I2C
(chủ/phụ).Bộ truyền nhận thông tin ồng bộ, dị bộ (USART/SCL) có khả
năng phát hiện 9 bit ịa chỉ.
 Cổng phụ song song (PSP) với 8 bit mở rộng, với R , WR và CS iều
khiển.
Trong quá trình thực hiện
PIC16F887 ể xuất nhập dữ liệu.

ề tài, em chỉ tìm hiểu về các Port I/O của con

2.1.2. Sơ đồ chân.

11


Hình 1: Sơ ồ chân PIC 16F887
PIC16F887 có 5 Port I/O:







PortA: có 6 chân(chân 2 ến chân 7)
PortB: có 8 chân(chân 33 ến chân 40)
PortC: có 8 chân
PortD: có 8 chân
PortE: có 3 chân
Chân RA6/OSC1/CLKIN(13) và chân RA7/OSC2/CLKOUT(14): kết nối với dao
ộng thạch anh, là ngõ vào/ra của xung clock. Khi dùng dao ộng nội thì sử dụng 2
chân RA6, RA7 sử dụng giống các chân RA1, RA2,….
 Chân ̅̅̅̅̅̅̅̅ /VPP(1):
 ̅̅̅̅̅̅̅̅ : ngõ vào reset tích cực mức thấp.
 VPP: khi lập trình cho PIC thì óng vai trò nhận iện áp lập trình.
 Chân VDD(11-32) và VSS(12-31): cấp nguồn cho PIC.

2.2.

Giới thiệu LCD 20*4.

12


LCD 20*4 là LCD hiển thị ƣợc 2 hàng mỗi hàng hiển thị ƣợc 16 kí tự.
Thông số :






Kích thƣớc hiển thị : 20x4 dòng

Màu hiển hiển thị : en trắng
Chế ộ giao tiếp : 8 hoặc 4 bit
Cỡ chữ hiển thị : 5x7 hoặc 5x10
Số chân : 16

Chân
số

Tên

Chức năng

1

VSS

Chân nối ât cho LCD, khi thiết ta nối chân này với GND của vi
iều khiểu

2

VDD

Chấn cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế ta nối chân này VCC = 5V
của iều khiển

3

VEE

Dung ể iều chỉnh ọ tƣơng phản cho LCD

4

RS

Chân chọn thanh ghi (register seclect). Nối chân RS xuống mức
logic „0‟ (GND) ha „1‟ (VDD) ể chọn thanh ghi.
 Mức „0‟ : Bus D0-D7 sẽ nối với thanh ghi lệch của LCD (ở
chế ộ „ghi‟ – write) hoặc nối với bộ ếm ịa chỉ của LCD
(ở chế ộ „ ọc‟- read).
 Mức „1‟ :Bus D0-D7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR trong
LCD

5

R/W

6

E

Chân chọn chế ộ ọc/ghi (Read/Write). Mối chân R/S xuống mức
logic „0‟ dể LCD hoạt ộng ở chế ộ ghi hoặc nối R/S lên mức
logic „1‟ ể LCD hoạt ộng ở chế ọ ọc.
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tin hiệu ƣợc ặt lên
D0-D7. Các lệnh chỉ ƣợc chấp nhận khi có một xung cho
phép của chân E.
 Ở chế ộ ghi : dữ liệu ở bus sẽ ƣợc LCD chu ển vào
(chấp nhận) thanh ghi ở bên trong nó khi xuất hiện một

xung cạnh xuống (từ cao xuống thấp) của chân tín hiệu E.
 Ở chế ộ ọc : dữ liệu sẽ ƣợc LCD xuất ra D0-D7 khi
phát hiện cạnh lên ở chân E và dữ liệu sẽ ƣợc giữ ở D0-

13


7-14

D0-D7

15

A

D7 cho tới khi nào chân E xuống mức thấp
Tám ƣờng của bus dữ liệu dùng ể trao ổi thông tin với MPU.
Có hai chế ộ sử dụng 8 ƣờng bus nà :
 Chế ộ 8 bit : dữ liệu ƣợc tru ền trên cả 8 ƣờng nà , bit
MSB với là bit D7.
 Chế ộ 4 bit : dữ liệu ƣợc tru ền trên 4 ƣờng D4 –D7,
bit MSB với là bit D7.
Điều Khiển bật LCD (lên mức 1)

16

K

Nối GND
Bảng 1: Chức năng các chân LCD 20*4

 Sơ ồ chân LCD 16*2

Hình 2: Sơ ồ chân LCD 16x2
Kết nối LCD :
 Chân VDD lên mức 5V.
 Chân VSS xuống mức 0V.
 Chân V0 vào một biến trở 10K.
 Chân RS, RW và E tƣơng ứng RD0, RD1 và RD2.
 Chân 4→ 7 ƣợc kết nối tƣơng ứng RD4→RD7.
 Sử dụng chế ộ ghi dữ liệu 4 bit và 4 hàng.
2.3. Tìm hiểu về IC thời gian thực DS1307.
2.3.1. Giới thiệu về IC thời gian thực DS1307.

14


DS1307 là chip thời gian thực ha RTC (Read time clock). Đâ là một IC tích
hợp cho thời gian bởi vì tính chính xác về thời gian tu ệt ối cho thời gian: Thứ,
ngà ,tháng, năm, giờ, phút, giâ . DS1307 là chế tạo bởi Dallas. Chip nà có 7 thanh
ghi 8 bit mỗi thanh ghi nà chứa : Thứ , ngà , tháng, năm, giờ , phút, giây. Ngoài ra
DS1307 còn chứa 1 thanh ghi iều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống các thanh
ghi nà có thể dùng nhƣ là R M. S1307 ƣợc ọc thông qua chuẩn tru ền thông 2C nên
do ó ể ọc ƣợc và ghi từ DS1307 thông qua chuẩn tru ền thông nà . o nó ƣợc giao
tiếp chuẩn I2C nên cấu tạo bên ngoài nó rất ơn giản.

Hình 3: cấu tạo của DS1307
Chip nà có 8 chân và các chân nó ƣợc mô tả nhƣ sao:
 X1 và X2 là ầu vào dao ộng cho DS1307. Cần dao ộng thạch anh
32.768Khz.

 Vbat là nguồn nuôi cho chip. Nguồn này từ ( 2V- 3.5V) ta lấy pin có
nguồn 3 . Đâ là nguồn cho chip hoạt ộng liên tục khi không có nguồn
Vcc mà DS1307 vẫn hoạt ộng theo thời gian.
 Vcc là nguồn cho giao tiếp 2C. Điện áp cung cấp là 5V chuẩn và ƣợc
dùng chung với vi xử lý. Nếu mà Vcc không có mà Vbat có thì DS1307
vẫn hoạt ộng bình thƣờng nhƣng mà không ghi và ọc ƣợc dữ liệu.
 GND là nguồn Mass chung cho cả Vcc và Vbat.
 SQW/OUT là một ngõ ra phụ tạo xung dao ộng (xung vuông).
 SCL và SDA là hai bus dữ liệu của DS1307. Thông tin truyền và ghi ều
ƣợc truyền qua 2 ƣờng truyền này theo chuẩn I2C.
2.3.2. Tổ chức thanh ghi trong DS1307.

15


Hình 6: tổ chức thanh ghi trong DS1307
Cấu tạo bên trong của DS1307 bao gồm mạch nguồn, dao ộng, logic và con trỏ
,thanh ghi thực hiện việc ghi ọc. o trong các bài toán chúng ta thƣờng sử dụng
S1307 cho ồng hồ thời gian thực nên do ó chúng ta chỉ quan tâm ến việc ghi ọc
các thanh ghi cần thiết (sec, min, hour…) thông qua chuẩn tru ền thông I2C còn các
thanh ghi khác thì chúng ta có thể tìm hiểu kỹ trong datasheet! Vì các thanh ghi ó
ƣợc coi nhƣ là R M lƣu trữ. Nên do ó tôi chỉ giới thiệu các thanh ghi có chức năng
thời gian thực phục vụ cho bài toán thời gian.
Trong bộ nhớ của DS1307 có tất cả 64 thanh ghi ịa chỉ từ 0 ến 63 và ƣợc bắt
ầu từ 0x00 ến 0x3F nhƣng trong ó chỉ có 8 thanh ghi ầu là thanh ghi thời gian thực
nên chúng ta sẽ i sâu vào 8 thanh ghi ( chức năng và ịa chỉ thanh ghi thời gian thực
nà ). Nhìn vào bảng thanh ghi trong datasheet ta sẽ thấ nhƣ sau:
Nhìn vào hình trên chúng ta thấ các thanh ghi thời gian thực nó ƣợc sắp sếp theo
thứ tự: giâ , phút, giờ, thứ, ngà , tháng, năm và bắt ầu từ thanh ghi Giâ (0x00) và
kết thúc bằng thanh ghi năm (0x06). Riêng thanh ghi Control dùng ể iều khiển ngõ

ra của chân SQW/OUT nên trong thực tế nên không mấ ai sử dụng thanh ghi nà
trong thời gian thực nên chúng ta bỏ qua thanh ghi này!
Do 7 thanh ghi ầu tiên là khá quan trọng cho thời gian thực và là thanh ghi quan
trọng nhất trong con DS1307 nên chúng ta phải hiểu ƣợc cách tổ chức thanh ghi này
trong DS1307.
Thanh ghi giây (0x00) : Đâ là thanh ghi giây của DS1307. Nhìn trên hình trên ta thấ
ƣợc từ bit 0 ến bit 3 là dùng ể mã hóa số BC hàng ơn vị của giâ . Tiếp theo từ bit 4 ến
bit 6 dùng ể mã hóa BCD hàng chục của giây. Tại sao nó chỉ sử dụng có 3 bit này là do giây
của chúng ta lớn nhất chỉ ến 59 nên hang chục lớn nhất là 5 nên chỉ cần 3 thanh ghi này
là cũng ủ mã hóa rồi! Còn bit thứ 7 có tên là “C ” theo tôi nó có nghĩa là “ Clock alt –
Treo ồng hồ” o ó nếu mà bit 7 này mà ƣợc ƣa lên 1 tức là khóa ồng hồ nên do ó nó

16


vô hiệu hóa chip và chip không hoạt ộng. Nên do vậ lúc nào cũng phải cho bit 7 này luôn
xuống 0 từ lúc ầu( cái này sử dụng lệnh end với 0x7F)
Thanh ghi phút (0x01) : Đâ là thanh ghi phút của S1307. Cũng nhìn trên hình ta
thấ thanh ghi nà ƣợc tổ chức nhƣ thanh ghi giâ . Cũng là 3 bit thấp dùng ể mã hóa
BCD chữ số hàng ơn vị và số hàng trục chỉ lớn nhất là 5 nên do ó chỉ cần dùng từ bit
4 ến bit 6 ể mã hóa BCD tiếp chữ số hàng chục. Nhƣng thanh ghi nà có sự khác biệt
với thanh ghi giâ là bit 7 nó ã mặc ịnh bằng 0 rồi nên do ó chúng ta không phải
làm gì với bit 7.
hanh ghi giờ (0x02) : Đâ là thanh ghi giờ của DS1307. Trƣớc tiên chúng ta
thấ ƣợc rằng từ bit 0 ến bit 3 nó dùng ể mã hóa BCD của chữ số hàng ơn vị của
giờ. Nhƣng mà giờ nó còn có chế ộ 24h và 12h nên do ó nó phức tạp ở các bit cao
(bit 4 ến bit 7) và sự chọn chế ộ 12h và 24h nó lại nằm ở bit 6. Nếu bit 6=0 thì ở chế
ộ 24h thì do chữ số hàng trục lớn nhất là 2 nên do ó nó chỉ dùng 2 bit ( bit 4 và bit 5 )
ể mã hóa BCD chữ số hàng trục của giờ. Nếu bit 6 =1 thì chế ộ 12h ƣợc chọn
nhƣng do chữ số của hàng trục của giờ trong chế ộ nà chỉ lớn nhất là 1 nên do ó bit

thứ 4 là ủ ể mã hóa BCD chữ số hàng trục của giờ rồi nhƣng mà bit thứ 5 nó lại dùng
ể chỉ buổi sáng ha chiều, nếu mà bit 5 = 0 là AM và bit 5 =1 là PM. Trong cả 2 chế
ộ 12h và 24h thì bit 7 =0 nên ta ko cần chú ý ến thanh ghi này.
hanh ghi thứ (0x03): Đâ là thanh ghi thứ trong tuần của DS1307 và thanh ghi
nà khá là ơn giản trong DS1307. Nó dùng số ể chỉ thứ trong tuần nên do ó nó chỉ
lấ từ 1 ến 7 tƣơng ƣơng từ thứ hai ến chủ nhật. Nên do ó nó dùng 3 bit thấp
(bit 0 ến bit 2) ể mã hóa BCD ra thứ trong ngà . Còn các bit từ 3 ến 7 thì nó mặc
ịnh bằng 0 và ta không làm gì với các bit nà .
Thanh ghi ngày (0x04) : Đâ là thanh ghi ngà trong tháng của DS1307. Do
trong các tháng có số ngà khác nhau nhƣng mà nằm trong khoảng từ 1 ến 31 ngà .
do ó thanh ghi nà các bit ƣợc tổ chức khá là ơn giản. Nó dùng 4 bit thấp (bit0 ến
bit 3) dùng ể mã hóa BCD ra chữ số hàng ơn vị của ngà trong tháng. Nhƣng do
chữ số hàng trục của ngà trong tháng chỉ lớn nhất là 3 nên chỉ dùng bit 4 và bit 5 là
ủ mã hóa BCD rồi. Còn bit 6 và bit 7 chúng ta không làm gì và nó mặc ịnh bằng 0.
Thanh ghi tháng (0x05) : Đâ là thanh ghi tháng trong năm của DS1307.
Tháng trong năm chỉ có từ 1 ến 12 tháng nên việc tổ chức trong bit cũng tƣơng tự
nhƣ ngà trong tháng nên do cũng 4 bit thấp (từ bit 0 ến bit 3) mã hóa BCD hàng ơn
vị của tháng. Nhƣng do hàng chục chỉ lớn nhất là 1 nên chỉ dùng 1 bit thứ 4 ể mã hóa
BCD ra chữ số hàng trục và các bit còn lại từ bit 5 ến bit 7 thì bỏ trống và nó mặc
ịnh cho xuống mức 0.

17


Thanh ghi năm (0x06): Đâ là thanh ghi năm trong D S1307. D S1307 chỉ có 100 năm
thôi tƣơng ƣơng với 00 ến 99 nên nó dung tất cả các bit thấp và bit cao ể mã hóa BC ra
năm
hanh ghi điều khiển (0x07): Đâ là thanh ghi iều khiển quá trình ghi của
DS1307 và Quá trình ghi phải ƣợc kết thúc bằng ịa chỉ 0x93.
2.4. Tổng quan về DHT11.

2.4.1. Thông số kỹ thuật.
DHT11 có cấu tạo 4 chân nhƣ hình. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1
dây.
Thông số kỹ thuật:
+ Đo ộ ẩm: 20%-95%
+ Nhiệt ộ: 0-50ºC
+ Sai số ộ ẩm ±5%
+ Sai số nhiệt ộ: ±2ºC

Hình 5: Cảm biến nhiệt ộ, ộ ẩm DHT11
2.4.2. Nguyên lý hoạt ộng:
Sơ ồ kết nối vi xử lý:

18


Hình 6: Sơ ồ nguyên lý DHT11
Nguyên lý hoạt ộng:
Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bƣớc:
+ Gửi tin hiệu muốn o (Start) tới DHT11, sau ó DHT11 xác nhận lại.
+ Khi ã giao tiếp ƣợc với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt ộ o
ƣợc.
Bƣớc 1: gửi tín hiệu Start:

Hình 7: Quá trình giao tiếp

19


MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời

gian >18ms. Trong Code mình ể 25ms. Khi ó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn o giá trị
nhiệt ộ và ộ ẩm.
MCU ƣa chân DATA lên 1, sau ó thiết lập lại là chân ầu vào
Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp. Nếu >40us mà chân
DATA ko ƣợc kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp ƣợc với DHT11. Chân DATA sẽ ở
mức thấp 80us sau ó nó ƣợc DHT11 kéo nên cao trong 80us. Bằng việc giám sát chân
DATA, MCU có thể biết ƣợc có giao tiếp ƣợc với DHT11 ko. Nếu tín hiệu o ƣợc
DHT11 lên cao, khi ó hoàn thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT.
Bƣớc 2: ọc giá trị trên DHT11
DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt ộ và ộ ẩm về dƣới dạng 5 b te. Trong ó :
+ Byte 1: giá trị phần nguyên của ộ ẩm (RH%)
+ Byte 2: giá trị phần thập phân của ộ ẩm (RH%)
+ Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt ộ (TC)
+ Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt ộ (TC)
+ Byte 5 : kiểm tra tổng
Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị ộ ẩm và nhiệt ộ
là chính xác, nếu sai thì kết quả o không có nghĩa. Đọc dữ liệu: Sau khi giao tiếp ƣợc
với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tƣơng ứng chia thành 5 byte
kết quả của Nhiệt ộ và ộ ẩm.

Hình 9: quá trình truyền dữ liệu của DHT11

20


Sau khi tín hiệu ƣợc ƣa về 0, ta ợi chân DATA của MCU ƣợc DHT11 kéo lên
1. Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, còn nếu tồn tại 70us là 1. Do ó
trong lập trình ta bắt sƣờn lên của chân DATA, sau ó dela 50us. Nếu giá trị o ƣợc là
0 thì ta ọc ƣợc bit 0, nếu giá trị o ƣợc là 1 thì giá trị o ƣợc là 1. Cứ nhƣ thế ta ọc
các bit tiếp theo.

21


hƣơng 3
THI T K VÀ MÔ PHỎNG
3.1. Thiết kế
 Sơ ồ nguyên lí toàn mạch

Khối cảm biến
(DHT11)

Khối thời gian
thực (DS1307)

Khối xử lí trung
tâm

Khối nút nhấn

Khối hiển thị
(LCD)

Khối điều khiển
(đèn,buzzer)

22


Khối cảm biến

(DHT11)

Khối xử lí trung
tâm

Khối thời gian
thực (DS1307)
Khối nguồn
Khối điều khiển
(đèn,buzzer)

Khối hiển thị
(LCD)

Khối nút nhấn

Hình 10: sơ ồ khối toàn mạch
Chức năng từng khối:
Khối nguồn: là khối cung cấp nguồn ổn ịnh cho toàn hệ thống.

23


Khối xử lý: khối này có nhiệm vụ là xử lí các tín hiệu nhận ƣợc từ IC thời gian
thực và cảm biến nhiệt ộ ể ƣa ến khối hiển thị ể hiển thị và thực thi công việc nếu
tới ngƣỡng cài ặt.
Khối thời gian thực: có nhiệm vụ là ƣa thông tin cho khối xử lí.
Khối cảm biến: có nhiệm vụ là o nhiệt ộ, ộ ẩm và ƣa giá trị cho khối xử lí.
Khối hiển thị: hiển thị các kết quả mà khối xử lí ƣa ến.
Khối iều khiển: có nhiệm vụ là thực thi các công việc mà khối xử lí ƣa ến.

Khối nút nhấn: dung ể iều chỉnh khoảng thời gian cài ặt.
3.2. Thiết kế phần cứng.
3.2.1. Khối nguồn.
Chức năng chính là tạo nguồn cho toàn mạch, ảm bảo dòng làm việc ổn ịnh.
Nguồn iện cung cấp cho chúng ta là nguồn iện 1 pha xoay chiều 220V. Ta không thể sử
dụng trực tiếp nguồn iện này. Vì thế ta cần sử dụng biến áp nguồn ể hạ áp dòng xoay
chiều xuống. Do mạch khuếch ại nhƣ thiết kế thì ta sẽ dùng nguồn 1 chiều 5V nên chúng
ta sẽ dùng biến áp nguồn 9V-1A hạ áp từ nguồn xoay chiều 220V xuống dòng xoay chiều
9V-1A.
Để chuyển ổi dòng xoay chiều thành dòng iện 1 chiều có nhiều cách. Nhƣng ở
â ta sẽ dùng mạch chỉnh lƣu sử dụng diode cầu do nó có hiệu suất cao. Ta sẽ sử dụng
thêm tụ mắc song song ở ngõ ra ể lọc phẳng iện áp sau chỉnh lƣu.

Hình 11: Sơ ồ mạch nguồn 5V
Chọn các tụ 10 µF, 0.1 µF, 100 µF.
Dùng IC ổn áp 7805 có dòng ra là 1A.

24


3.2.2. Khối xử lí trung tâm.
Khối nà có nhiệm vụ là giao tiếp với khối thời gian thực và khối cảm biến
nhiệt ộ ể hiển thị nhiệt ộ và iều khiển các thiết bị một các tự ộng theo
ngƣỡng với các giá trị ƣợc ặt trƣớc. Ở khối nà nhóm em chọn vi iều khiển là
PIC16F887.
3.2.3. Khối thời gian thực.
Nhiệm vụ của khối thời gian thực là o thời gian gửi về vi iều khiển. Ở
khối nà thì nhóm em chọn DS1307 ể o thời gian thực và giao tiếp với vi iều
khiển theo chuẩn giao tiếp I2C.
DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng ể cập nhật

thời gian và ngà tháng với 56 b tes SR M. Địa chỉ và dữ liệu ƣợc tru ền nối
tiếp qua 2 ƣờng bus 2 chiều. Nó cung cấp thông tin về giờ, phút, giâ , thứ,
ngà , tháng, năm. Ngà cuối tháng sẽ tự ộng ƣợc iều chỉnh với các tháng nhỏ
hơn 31 ngà , bao gồm cả việc tự ộng nhả năm. Đồng hồ có thể hoạt ộng ở
dạng 24h hoặc 12h với chỉ thị AM/PM
Để không phải iều chỉnh lại thời gian vào những lúc bị mất nguồn, có thể
nối thêm 1 pin khoảng 3V vào chân SQW/OUT của IC DS1307 (sao cho chân +
của pin nối vào IC và chân – của pin nối xuống ất). Hai chân 1 và 2 (X1,X2)
của DS1307 ƣợc nối vào bộ dao ộng thạch anh có tần số 32,768KHz ể tạo
dao ộng cho IC hoạt ộng.

Hình 12: Khối thời gian thực

25