Xây dựng máy tính cá nhân đơn giản sử dụng atemega

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

LOGO

XÂY DỰNG MÁY TÍNH CÁ NHÂN ĐƠN
GIẢN SỬ DỤNG ATEMEGA

Giảng viên hướng dẫn : TS. Ngô Vũ Đức
Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Thành

8/4/20
1


NỘI DUNG
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
2. PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI
3. XÂY DƯNG PHẦN CỨNG

8/4/20
2

LOGO


ĐẶT VẤN ĐỀ

LOGO

 Chiếc máy tính bỏ túi là một đồ vật rất quen thuộc đối với nhiều người.Là một

thiết bị giúp bạn thực hiện các quy tắc toán học như cộng trừ, nhân chia, hay cao
cấp hơn như giải phương trình, tính toán ma trận.
 Chiếc máy tính đầu tiên được phát minh từ 2000 năm trước công nguyên và đến
nay vẫn liên tục được phát triển, cải tiến

Bàn tính

Máy tính pascal
Lịch sử phát triển của máy tính bỏ túi

8/4/20
3

Máy tính fx-9750


ĐẶT VẤN ĐỀ

LOGO

Sự ra đời và áp dụng của vi điều khiển vào máy tính bỏ túi là một bước tiến to lớn, làm
cho máy tính bỏ túi :
 Nhỏ gon hơn
 Tính toán nhanh hơn
 Thực hiện được nhiều chức năng.
 Tiêu tốn ít năng lượng hơn.

8/4/20
4

PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI
 1. Yêu cầu chức năng
1. Thực hiện các phép tính đơn giản như (+, -, * , / , √, ...) và một số hàm
toán học cơ bản ( sin, cos,...)
2. Giá trị hiện thị phạm vi 8 chữ số.
3. Thao tác dễ dàng thuận tiện .
4. Hiện thị rõ ràng trong điều kiện ánh sáng bình thường

8/4/20
5

LOGO


PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI
 2. Yêu cầu phi chức năng
1. Làm việc tốt trong điều kiện nhiệt độ từ 0 tới 60 độ.
2. Kích thước nhỏ gọn (giới hạn kích thước mạch là 10 x15cm) ;
3. Delay phép tính tối đa là 0,1 s
4. Thực hiện các phép tính trong phạm vi 1 tỉ.

8/4/20
6

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG

Sơ đồ hệ thống
Lựa chọn linh kiện
Thiết kế và mô phỏng mạch

8/4/20
7

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Sơ đồ hệ thống
1. Sơ đồ khối 1 máy tính bỏ túi

8/4/20
8

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG

LOGO

 Sơ đồ hệ thống
2. Chức năng các khối:
- Khối nguồn: cung cấp điện áp chuẩn 5V cho atmega hoạt động.
- Khối nhập dữ liệu: nhập số và các phép tính.
- Khối tạo xung: tạo xung dao động cho hệ thống.
- Khối điều khiển: Xử lý các thông tin nhập vào từ khối nhập dữ liệu mã hóa và đưa ra

khối hiển thị.
- Khối hiển thị: hiển thị các kết quả đưa ra từ khối điều khiển.

8/4/20
9


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Lựa chọn linh kiện
1. Khối điều khiển:
Lựa chọn ATMEGA32 do:
- Họ vi điều khiển này có thể dễ mua.
- Giá thành hợp lí.
- Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển
hoạt động độc lập.
- Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch,
các công cụ lập trình .
- Không quá phức tạp trong lập trình.

8/4/20
10

VĐK Atmega 328P

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG

LOGO

 Lựa chọn linh kiện
Thông số kỹ thuật:
+ Kiến trúc: AVR 8bit
+ Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz
+ Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB
+ Bộ nhớ EEPROM: 1KB
+ Bộ nhớ RAM: 2KB
+ Điện áp hoạt động rộng: 1.8V – 5.5V
+ Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16bit
+ Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)

8/4/20
11

Sơ đồ chân ATMEGA328


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Lựa chọn linh kiện
2. Khối hiển thị:

LCD LM016L

8/4/20
12

LOGO

XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Lựa chọn linh kiện
2. Khối hiển thị:

LCD LM016L
8/4/20
13

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Lựa chọn linh kiện
3. Khối nhập dữ liệu:
KEYPAD 4x4 :
• KEYPAD này có 16 nút nhấn được bố trí
dạng ma trận 4 hàng và 4 cột .
• KEYPAD 4x4 sẽ có tổng cộng 8 ngõ ra (4
hàng và 4 cột) .

8/4/20
14

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Lựa chọn linh kiện
3. Khối nhập dữ liệu:

Nguyên lý họat động:
Giả sử nhút '2' được nhấn, khi đó đường C
và 2 được nối với nhau. Giả sử đường 2 được
nối với GND (mass, 0V) thì C cũng sẽ là
GND.
Sử dụng kỹ thuật "quét" KEYPAD để
phân biệt nút '1',= hay nút '2' hay nút '3' hay
nút  '-' được nhấn.

8/4/20
15

LOGO


LOGO

XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Lựa chọn linh kiện

Phân chia chức năng các nút bấm trên keypad

sin

cos

tan

Căn
hai

7

8

9

:

arcsin

arcco
s

Arctan

E

4

5

6

*

exp

ln

Log10

Pi

1

2

3

-

A

B

C

D

On/of

0

=

+

Keypad 1

8/4/20
16

Keypad 2


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Lựa chọn linh kiện
Phân chia chức năng các nút bấm trên keypad
• Các phím số 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 nhập giá trị .
• Phím on/off dùng để xóa màn hình .
• Phím hàm sin, cos,… đêt thực hiện tính hàm .
• Phím + - * : để thực hiện các phép tính .
• Phím E PI để lấy giá trị hằng số e và pi .
• Phím A B C D để lưu giá trị vào các biến tạm thời .

8/4/20
17

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Thiết kế và mô phỏng mạch
Sơ đồ khối

8/4/20
18

LOGO

XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Thiết kế và mô phỏng mạch
1. Khối nguồn:

8/4/20
19

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Thiết kế và mô phỏng mạch
Nguyên lý hoạt động
•

Sử dụng IC7805

• Input: DC 7-15 V
• Output: DC +5V
• Đầu vào qua JACK cắm DC là điện áp xoay
chiều.
• Qua bộ chỉnh lưu cầu không điều khiển để
cho ra dòng điện một chiều (7- 10V).
•

Qua qua IC ổn áp 7805 sẽ tạo ra nguồn điện
áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch

8/4/20
20

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Thiết kế và mô phỏng mạch
2. Khối điều khiển:
Nguyên lý hoạt động

• Khối điều khiển là nơi thực thi chương trình
điều khiển mà ta nạp vào cho nó. Xử lý các
thông tin nhập vào từ bàn phím, tính toán và
xuất tín hiệu ra các chân RD4 đến RD7 để
hiển thị ra LCD.
• Sử dụng vi điều khiển Atmega 32 được lập
trình để thực hiện các chức năng của mạch

8/4/20
21

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Thiết kế và mô phỏng mạch
3. Khối reset:
Nguyên lý hoạt động
•

Khối RESET có tác dụng đưa vi điều khiển
về trạng thái ban đầu.

•

Khi nút Reset được ấn điện áp +5V từ nguồn
được nối vào chân Reset của vi điều khiển được
chạy thẳng xuống đất lúc này điện áp tại chân vi
điều khiển thay đổi đột ngột về 0, VĐK nhận
biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng
thái ban đầu cho hệ thống.

8/4/20
22

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Thiết kế và mô phỏng mạch
4. Khối tạo dao động ngoài:
Nguyên lý hoạt động

• Đây là bộ dao động thạch anh cấu tạo chính là
thạch anh 20MHz có tác dụng tạo xung nhịp
với tần số 20MHz cho PIC hoạt động làm cho
mạch chạy ổn định hơn. Hai đầu O1 và O2
được nối vào 2 chân OSC1 và OSC2 của VĐK.

8/4/20
23

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Thiết kế và mô phỏng mạch
5. Khối hiển thị:
Nguyên lý hoạt động

• Khối hiển thị là LCD 16x2 được dùng để hiển
thị kết quả, được sử dụng ở chế độ 4bit vì vậy
mà 4 bit cao được nối với PIC để nhận tín hiệu,
còn 4 bit thấp được nối đất để chống nhiễu.
• Chân V0 của biến trở được nối với chân Vee
của LCD có tác dụng điều chỉnh độ tương phản.

8/4/20
24

LOGO


XÂY DƯNG PHẦN CỨNG
 Thiết kế và mô phỏng mạch
6. Khối nhập dữ liệu:
Nguyên lý hoạt động

• Khối nhập dữ liệu gồm các đầu ra

bao gồm 4 đầu ra hàng của bàn
phím là A B C D tương ứng với
các chân RB0 đến RB3 của VĐK
và 4 đầu ra cột của bàn phím 01
02 03 04 tương ứng với các chân
RB4 đến RB7 của VĐK.

8/4/20
25

LOGO