[You must be registered and logged in to see this link.]
Mạch đồng hồ hiển thị giờ phút
giây ,có khả năng lưu giờ khi mất điện .Thích hợp cho những ai
muốn tự tay làm cho riêng mình ,hoặc tặng bạn bè.
Mạch
sử dụng chip thời gian thực DS 1307 hoạt động ở tần số
32768kHZ được nuôi bằng nguồn dự phòng 3V có thể hoạt động
trong thời gian 5 năm khi k có nguồn điện
I, Nói qua về chuẩn giao tiếp I2c
Giao
thức ưu tiên truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips
Semiconductor và được gọi là bus I2C. Vì nguồn gốc nó được thiết kế là
để điều khiển liên thông IC (Inter-Intergrated Circuit) nên nó được đặt
tên là I2C. Tất cả các chip có tích hợp và tương thích với I2C đều có
thêm một giao diện tích hợp trên Chip để truyền thông trực tiếp với các
thiết bị tương thích I2C khác. Việc truyền dữ liệu nối tiếp theo hai
hướng 8 bit được thực thi theo 3 chế độ sau: Chuẩn (Standard)—100
Kbits/sec Nhanh (Fast)—400 Kbits/sec Tốc độ cao (High speed)—3.4
Mbits/sec Đường bus thực hiện truyền thông nối tiếp I2C gồm hai đường là
đường truyền dữ liệu nối tiếp SDA và đường truyền nhịp xung đồng hồ nối
tiếp SCL. Vì cơ chế hoạt động là đồng bộ nên nó cần có một nhịp xung
tín hiệu đồng bộ. Các thiết bị hỗ trợ I2C đều có một địa chỉ định nghĩa
trước, trong đó một số bit địa chỉ là thấp có thể cấu hình. Đơn vị hoặc
thiết bị khởi tạo quá trình truyền thông là đơn vị Chủ và cũng là đơn vị
tạo xung nhịp đồng bộ, điều khiển cho phép kết thúc quá trình truyền.
Nếu đơn vị Chủ muốn truyền thông với đơn vị khác nó sẽ gửi kèm thông tin
địa chỉ của đơn vị mà nó muốn truyền trong dữ liệu truyền. Đơn vị Tớ
đều được gán và đánh địa chỉ thông qua đó đơn vị Chủ có thể thiết lập
truyền thông và trao đổi dữ liệu. Bus dữ liệu được thiết kế để cho phép
thực hiện nhiều đơn vị Chủ và Tớ ở trên cùng Bus. Quá trình truyền thông
I2C được bắt đầu bằng tín hiệu start tạo ra bởi đơn vị Chủ. Sau đó đơn
vị Chủ sẽ truyền đi dữ liệu 7 bit chứa địa chỉ của đơn vị Tớ mà nó muốn
truyền thông, theo thứ tự là các bit có trọng số lớn nhất MSB sẽ được
truyền trước. Bit thứ tám tiếp theo sẽ chứa thông tin để xác định đơn vị
Tớ sẽ thực hiện vai trò nhận (0) hay gửi (1) dữ liệu. Tiếp theo sẽ là
một bit ACK xác nhận bởi đơn vị nhận đã nhận được 1 byte trước đó hay
không. Đơn vị truyền (gửi) sẽ truyền đi 1 byte dữ liệu bắt đầu bởi MSB.
Tại điểm cuối của byte truyền, đơn vị nhận sẽ tạo ra một bit xác nhận
ACK mới. Khuôn mẫu 9 bit này (gồm 8 bit dữ liệu và 1 bit xác nhận) sẽ
được lặp lại nếu cần truyền tiếp byte nữa. Khi đơn vị Chủ đã trao đổi
xong dữ liệu cần nó sẽ quan sát bit xác nhận ACK cuối cùng rồi sau đó sẽ
tạo ra một tín hiệu dừng STOP để kết thúc quá trình truyền thông. I2C
là một giao diện truyền thông đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng truyền
thông giữa các đơn vị trên cùng một bo mạch với khoảng cách ngắn và tốc
độ thấp. Ví dụ như truyền thông giữa CPU với các khối chức năng trên
cùng một bo mạch như EEPROM, cảm biến, đồng hồ tạo thời gian thực... Hầu
hết các thiết bị hỗ trợ I2C hoạt động ở tốc độ 400Kbps, một số cho phép
hoạt động ở tốc độ cao vài Mbps. I2C khá đơn giản để thực thi kết nối
nhiều đơn vị vì nó hỗ trợ cơ chế xác định địa chỉ.
II, Sơ lược về chip thời gian thực Ds1307
DS1307
là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời
gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người
đang sử dụng, tình bằng giây, phút, giờ… DS1307 là một sản phẩm của
Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip
này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong
tuần), ngày, tháng, năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển
ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM. DS1307 xuất hiện ở
2 gói SOIC và DIP có 8 chân
[You must be registered and logged in to see this link.]
Các
chân của DS1307 được mô tả như sau: • X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1
thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động cho chip. • VBAT: cực dương
của một nguồn pin 3V nuôi chip. • GND: chân mass chung cho cả pin 3V và
Vcc. • Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi
điều khiển. Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp
thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được). • SQW/OUT:
một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của
xung được tạo có thể được lập trình. Như vậy chân này hầu như không liên
quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ
trống chân này khi nối mạch. • SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và
dữ liệu của giao diện I2C. • Có thể kết nối DS1307 bằng một mạch điện
đơn giản như sau:
[You must be registered and logged in to see this link.]
Cấu
tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch dao
động, mạch điều khiển logic, mạch giao diện I2C, con trỏ địa chỉ và các
thanh ghi (hay RAM). Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi
của chip này. Vì thế có 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và
cách truy xuất các thanh ghi này thông qua giao diện I2C. Như đã trình
bày, bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa chỉ từ 0
đến 63 (từ 00H đến 3FH theo hệ HexaDecimal). Tuy nhiên, thực chất chỉ có
8 thanh ghi đầu là dùng cho chức năng “đồng hồ” (RTC) còn lại 56 thanh
ghi bỏ trống có thể được dùng chứa biến tạm như RAM nếu muốn. Bảy thanh
ghi đầu tiên chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm: giây
(SECONDS), phút (MINUETS), giờ (HOURS), thứ (DAY), ngày (DATE), tháng
(MONTH) và năm (YEAR). Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tương đương
với việc “cài đặt” thời gian khởi động cho RTC. Việc đọc giá trị từ 7
thanh ghi là đọc thời gian thực mà chip tạo ra. Ví dụ, lúc khởi động
chương trình, chúng ta ghi vào thanh ghi “giây” giá trị 42, sau đó 12s
chúng ta đọc thanh ghi này, chúng ta thu được giá trị 54. Thanh ghi thứ 8
(CONTROL) là thanh ghi điều khiển xung ngõ ra SQW/OUT (chân 6). Tuy
nhiên, do chúng ta không dùng chân SQW/OUT nên có thề bỏ qua thanh ghi
thứ 8. Tổ chức bộ nhớ của DS1307 được trình bày trong hình 3. Vì 7 thanh
ghi đầu tiên là quan trọng nhất trong hoạt động của DS1307, chúng ta sẽ
khảo sát các thanh ghi này một cách chi tiết. Trước hết hãy quan sát tổ
chức theo từng bit của các thanh ghi này như trong hình
[You must be registered and logged in to see this link.]
Tổ
chức các thanh ghi thời gian Thanh ghi giây (SECONDS): thanh ghi này là
thanh ghi đầu tiên trong bộ nhớ của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00. Bốn
bit thấp của thanh ghi này chứa mã BCD 4-bit của chữ số hàng đơn vị của
giá trị giây. Do giá trị cao nhất của chữ số hàng chục là 5 (không có
giây 60) nên chỉ cần 3 bit (các bit SECONDS 6:4) là có thể mã hóa được
(số 5 =101, 3 bit). Bit cao nhất, bit 7, trong thanh ghi này là 1 điều
khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), nếu bit này được set bằng 1
bộ dao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động. Vì vậy,
nhất thiết phải reset bit này xuống 0 ngay từ đầu. Thanh ghi phút
(MINUTES): có địa chỉ 01H, chứa giá trị phút của đồng hồ. Tương tự thanh
ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã BCD của
phút, bit 7 luôn luôn bằng 0. Thanh ghi giờ (HOURS): có thể nói đây là
thanh ghi phức tạp nhất trong DS1307. Thanh ghi này có địa chỉ 02H.
Trước hết 4-bits thấp của thanh ghi này được dùng cho chữ số hàng đơn vị
của giờ. Do DS1307 hỗ trợ 2 loại hệ thống hiển thị giờ (gọi là mode) là
12h (1h đến 12h) và 24h (1h đến 24h) giờ, bit6 (hình 4) xác lập hệ
thống giờ. Nếu bit6=0 thì hệ thống 24h được chọn, khi đó 2 bit cao 5 và 4
dùng mã hóa chữ số hàng chục của giá trị giờ. Do giá trị lớn nhất của
chữ số hàng chục trong trường hợp này là 2 (=10, nhị phân) nên 2 bit 5
và 4 là đủ để mã hóa. Nếu bit6=1 thì hệ thống 12h được chọn, với trường
hợp này chỉ có bit 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của giờ, bit 5 (màu
orange trong hình 4) chỉ buổi trong ngày, AM hoặc PM. Bit5 =0 là AM và
bit5=1 là PM. Bit 7 luôn bằng 0. Thanh ghi thứ (DAY – ngày trong tuần):
nằm ở địa chỉ 03H. Thanh ghi DAY chỉ mang giá trị từ 1 đến 7 tương ứng
từ Chủ nhật đến thứ 7 trong 1 tuần. Vì thế, chỉ có 3 bit thấp trong
thanh ghi này có nghĩa. Các thanh ghi còn lại có cấu trúc tương tự, DATE
chứa ngày trong tháng (1 đến 31), MONTH chứa tháng (1 đến 12) vàYEAR
chứa năm (00 đến 99). Chú ý, DS1307 chỉ dùng cho 100 năm, nên giá trị
năm chỉ có 2 chữ số, phần đầu của năm do người dùng tự thêm vào (ví dụ
20xx). Ngoài các thanh ghi trong bộ nhớ, DS1307 còn có một thanh ghi
khác nằm riêng gọi là con trỏ địa chỉ hay thanh ghi địa chỉ (Address
Register). Giá trị của thanh ghi này là địa chỉ của thanh ghi trong bộ
nhớ mà người dùng muốn truy cập.
[You must be registered and logged in to see this link.]
III,AT89S52: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ CHÂN
Vi
điều khiển 8051 được Intel cho ra đời vào năm 1980 thuộc vi điều khiển
đầu tiên của họ MCS-51. Hiện tại rất nhiều nhà sản xuất như Siemens,
Advanced Micro Devices, Fusisu và Philips tập trung phát triển các sản
phẩm trên cơ sở 8051.Atmel là hãng đã cho ra đời các chip 89C51, 52, 55
và sau đó cải tiến thêm, hãng cho ra đời 89S51, 89S52, 89S8252… Cấu hình
89S52: + 8KB bộ nhớ chương trình. + Dao động bên ngoài với thạch anh
<24MHz. Thông thường, VĐK 89S52 chạy với thạch anh 12MHz. + 256 Byte
Ram nội. + 4 Port xuất nhập. + 3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2.
Timer 2 có các chức năng Capture/Compare. + 8 nguồn ngắt. + Nạp chương
trình song song hoặc nạp nối tiếp qua đường SPI
[You must be registered and logged in to see this link.]
Về
cơ bản thì các chip nêu trên giống nhau, chỉ có một số tính năng được
cải tiến thêm. Các phiên bản về sau càng có nhiều khối tính năng đặc
biệt hơn. Chúng ta xem bảng so sánh một số loại phổ biến như dưới đây.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Chức
năng các chân 89S52 • P0,1,2,3 có chức năng cơ bản xuất/nhập. • Riêng
P0, P2 còn có chức năng kết nối bộ nhớ mở rộng, sẽ được khảo sát trong
phần mở rộng bộ nhớ. • P1: Chân T2 và T2EX dùng cho timer/ counter 2.
Hai chức năng này sẽ khảo sát trong phần Timer. Chân SS\, MOSI, MISO,
SCK truyền dữ liệu theo chuẫn SPI đồng thời có chức năng kết nối với
mạch nạp chương trình. Xem hình
[You must be registered and logged in to see this link.]
Mạch nạp :
[You must be registered and logged in to see this link.]
Chân
ALE, PSEN, WR\, RD\ dùng để kết nối bộ nhớ mở rộng. • Chân EA\ có chức
năng chọn bộ nhớ chương trình: EA\=GND: Chọn bộ nhớ ngoại, EA\=VCC chọn
bộ nhớ nội. • Chân Xtal1 và Xtal2 gắn với thạch anh
IV, THUẬT TOÁN GIAO TIẾP I2C VỚI VI ĐIỀU KHIỂN 89S52
Điều
kiện START and STOP START và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có
khi một thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó
trong mạng I2C. START là điều kiện khởi đầu, báo hiệu bắt đầu của giao
tiếp, còn STOP báo hiệu kết thúc một giao tiếp. Hình 11 mô tả điều kiện
START và điều kiện STOP khi giao tiếp I2C giữa DS1307 với Vi Điều Khiển.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Ban
đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL đều
ở mức cao (SDA = SCL = HIGH). Lúc này bus I2C được coi là “rỗi” (“bus
free”), sẵn sàng cho một giao tiếp. Hai điều kiện START và STOP là không
thể thiếu trong việc giao tiếp giữa các thiết bị I2C, tất nhiên là
trong giao tiếp này cũng không ngoại lệ. • Điều kiện START: một sự
chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp trên đường SDA trong khi đường
SCL đang ở mức cao (cao = 1; thấp = 0) báo hiệu một điều kiện START •
Điều kiện STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên
đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao. • Cả hai điều kiện START
và STOPđều được tạo ra bởi thiết bị chủ. Sau tín hiệu START, bus I2C coi
như đang trong trạng thái làm việc (busy). Bus I2C sẽ rỗi, sẵn sàng cho
một giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ. • Sau khi có
một điều kiện START, trong qua trình giao tiếp, khi có một tín hiệu
START được lặp lại thay vì một tín hiệu STOP thì bus I2C vẫn tiếp tục
trong trạng thái bận. Tín hiệu START và lặp lại START đều có chức năng
giống nhau là khởi tạo một giao tiếp.
Chế độ hoạt động
[You must be registered and logged in to see this link.]
Chế
độ hoạt động của I2C DS1307 có thể hoạt động ở 2 chế độ sau: • Ở 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 1 truyền 1 chuỗi, nhận dạng địa chỉ được
thực hiện bởi phần cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave và bit một
chiều. • 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 chuyền ngược lại. Chuỗi dữ liệu được phat đi
trên SDA bởi DS1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL
Để
làm việc với DS1307, ta thực hiện các bước như sau: • START I2C • Ghi:
0DxH (Đây là địa chỉ của DS1307 do nhà sản xuất quy định trong giao tiếp
I2C) với: x=0: Ghi dữ liệu vào DS1307 x=1: Đọc dữ liệu vào DS1307 • Ghi
tham số x này vào, có nghĩa là việc tiếp theo là chúng tag hi hay đọc
dữ liệu từ con DS1307 tùy vào giá trị x=0 (ghi dữ liệu) hay x=1 (đọc dữ
liệu). • Ghi vào địa chỉ thanh ghi cần ghi hoặc cần đọc (bảng đồ thanh
ghi của DS1307 này đã được giớ thiệu ở hình 3 & hình 4). • Ghi hoặc
đọc dữ liệu. • STOP I2C
Một ví dụ minh họa cho việc đọc ghi •
Thanh ghi có địa chỉ 01H chứa Data về “phút”, muốn set phút vào DS1307
chúng ta làm theo quy trình: START→Ghi: 0D0H→Ghi tiếp: 01H→Ghi tiếp: →Ghi tiếp hoặc STOP nếu chỉ muốn cài đặt thời gian cho phút.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Nếu
muốn Ghi vào địa chỉ 01H rồi kế tiếp Ghi vào địa chỉ 04H chẳng hạn thì
chúng ta phải START lại từ đầu→Ghi vào 0D0H (để xác định sẽ Ghi vào
DS1307 _ hướng giao tiếp là Ghi vào) →Ghi tiếp 04H→Ghi dữ liệu của thanh
ghi cần cài đặt→STOP I2C. • Tương tự, nếu chúng ta muốn đọc thì trước
hết chúng ta phải ghi vào địa chỉ cần đọc: tức là vẫn tiếp tục tiến hành
3 thủ tục START→Ghi 0D0H→Ghi vào địa chỉ (địa chỉ của thanh ghi mà ta
muốn đọc dữ liệu). Sau đó, mới START lại rồi ghi lại 0D1H (lúc này mới
thông báo là ta sẽ đọc từ DS1307), tiếp theo cứ đọc bình thường (thanh
ghi đọc được sẽ là thanh ghi có địa chỉ ta mới vừa ghi vào), tiếp tục
đọc thì địa chỉ cần đọc sẽ tự động tăng lên cho đến khi STOP I2C.
V, SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MẠCH ĐỒNG HỒ
[You must be registered and logged in to see this link.]
Dựa
vào sơ đồ khối của giao tiếp trên, điều cơ bản là chúng ta phải viết
một phần mềm khởi tạo DS1307, thực ra là chương trình giao tiếp I2C, đọc
giá trị trong Ram của con DS1307 lưu tạm thời vào trong Ram của 89S52.
Sau đó, viết thêm một phần mềm để đọc nội dung trong Ram này đưa ra hiển
thị bằng phương pháp quét. Để đơn giản, việc đọc dữ liệu từ DS1307 lưu
vào trong Ram của 89S52 và hiển thị giờ_phút_giây, được chia ra làm 2
chương trình con nhỏ, nếu có phím nhấn thì sẽ nhảy đến chương trình con
xử lý phím nhấn riêng.
Sơ đồ nguyên lý:
[You must be registered and logged in to see this link.]
Sơ đồ mạch in:
[You must be registered and logged in to see this link.]
VI,THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Như
đã trình bày trong phần thuật toán gaio tiếp và sơ đồ khối tổng quát,
thì chương trình MAIN của chúng ta sẽ gồm 3 mục chính được mô tả cụ thể
trong lưu đồ của chương trình MAIN ỏ hình
[You must be registered and logged in to see this link.]
Giải
thích lưu đồ chính này: Bắt đầu, chương trình sẽ gọi chương trình con
đọc dữ liệu từ con DS1307 với chuẩn giao tiếp I2C bằng phương pháp đã
được trình bày cụ thể ở mục 4 (thuật toán giao tiếp), sau đó, sẽ gọi
chương trình con để quét Led 7 đoạn hiện thị 6 số: 2 số hiển thị giá trị
của Giờ, 2 số hiển thị giá trị của Phút, 2 số hiển thị giá trị của
Giây. Nếu phím MODE (chọn chế độ cài đặt) không được nhấn thì vòng lặp
của chương trình này sẽ chạy vô tận. Nếu phím MODE được nhấn, nó sẽ nhảy
tới chương trình con cài đặt giờ hay phút còn tùy thuộc vào số lần nhấn
phím MODE. Sau đây ta đi vào chi tiết của tùng khối nhỏ:
ĐỌC DỮ
LIỆU TỪ DS1307 LƯU VÀO TRONG RAM CỦA 89S52 Xem lưu đồ chương trình như
hình dưới. Ở đây, các chương trình con nhỏ hơn, chẳng hạn như: CTC
SEND_START, SEND_STOP, SEND_BYTE, v.v. đã được đề cập đến trong mục 4
(thuật toán giao tiếp đã được đề cập ở trên).
[You must be registered and logged in to see this link.]
VII, HIỂN THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUÉT LED 7 ĐOẠN
[You must be registered and logged in to see this link.]
VIII, CÀI ĐẶT THỜI GIAN
Trong lưu đồ giải thuật trên hình trên[You must be registered and logged in to see this link.],
cho chúng ta thấy, vòng lặp của chương trình sẽ chạy vô tận cho đến khi
có phím MODE được ấn xuống. Khi đó, nó nhảy đến CTC để giải quyết việc
cài đặt thời gian. Lưu đồ giải thuật của CTC xử lý cài đặt phím được thể
hiện ở hình
[You must be registered and logged in to see this link.]
Lưu
đồ CTC cài đặt giờ CTC cài đặt phút cũng có nguyên tắc tương tự như cài
đặt giờ nên không được nói ra ở đây. Nhìn vào lưu đồ chúng ta thấy,
ThanhGhi=02H, là địa chỉ của thanh ghi Giở trong con DS1307, như vậy,
mục đích của việc định nghĩa ô nhớ ThanhGhi là để xác định địa chỉ thay
đổi giá trị trong ô nhớ RAM của con DS1307. CTC cài đặt giờ sẽ lặp vô
tận và CTC hiển thi giờ sẽ chỉ cho hiển thị 2 Led 7 đoạn, chỉ hiển thị
giờ trong khi cài đặt, tất cả các đèn Led còn lại đều tắt hết. Trong khi
CTC cài đặt đang chạy vô tận, nếu có phím INC hoặc DEC được nhấn thì nó
sẽ nhảy đến CTC tăng hoặc giảm tùy vào phím được nhấn. CTC tăng giờ
được chỉ ra ở hinh 22 bên dưới đây, nguyên tắc của CTC giảm giờ cũng như
vậy.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Lưu đồ CTC tăng giờ Nếu nhấn phím tăng quá 23, thì chương trình sẽ đặt thời gian lại giá trị là 00h.
the and!
Video sản phẩm:
Tham khảo code: [You must be registered and logged in to see this link.]
Mạch đồng hồ hiển thị giờ phút
giây ,có khả năng lưu giờ khi mất điện .Thích hợp cho những ai
muốn tự tay làm cho riêng mình ,hoặc tặng bạn bè.
Mạch
sử dụng chip thời gian thực DS 1307 hoạt động ở tần số
32768kHZ được nuôi bằng nguồn dự phòng 3V có thể hoạt động
trong thời gian 5 năm khi k có nguồn điện
I, Nói qua về chuẩn giao tiếp I2c
Giao
thức ưu tiên truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips
Semiconductor và được gọi là bus I2C. Vì nguồn gốc nó được thiết kế là
để điều khiển liên thông IC (Inter-Intergrated Circuit) nên nó được đặt
tên là I2C. Tất cả các chip có tích hợp và tương thích với I2C đều có
thêm một giao diện tích hợp trên Chip để truyền thông trực tiếp với các
thiết bị tương thích I2C khác. Việc truyền dữ liệu nối tiếp theo hai
hướng 8 bit được thực thi theo 3 chế độ sau: Chuẩn (Standard)—100
Kbits/sec Nhanh (Fast)—400 Kbits/sec Tốc độ cao (High speed)—3.4
Mbits/sec Đường bus thực hiện truyền thông nối tiếp I2C gồm hai đường là
đường truyền dữ liệu nối tiếp SDA và đường truyền nhịp xung đồng hồ nối
tiếp SCL. Vì cơ chế hoạt động là đồng bộ nên nó cần có một nhịp xung
tín hiệu đồng bộ. Các thiết bị hỗ trợ I2C đều có một địa chỉ định nghĩa
trước, trong đó một số bit địa chỉ là thấp có thể cấu hình. Đơn vị hoặc
thiết bị khởi tạo quá trình truyền thông là đơn vị Chủ và cũng là đơn vị
tạo xung nhịp đồng bộ, điều khiển cho phép kết thúc quá trình truyền.
Nếu đơn vị Chủ muốn truyền thông với đơn vị khác nó sẽ gửi kèm thông tin
địa chỉ của đơn vị mà nó muốn truyền trong dữ liệu truyền. Đơn vị Tớ
đều được gán và đánh địa chỉ thông qua đó đơn vị Chủ có thể thiết lập
truyền thông và trao đổi dữ liệu. Bus dữ liệu được thiết kế để cho phép
thực hiện nhiều đơn vị Chủ và Tớ ở trên cùng Bus. Quá trình truyền thông
I2C được bắt đầu bằng tín hiệu start tạo ra bởi đơn vị Chủ. Sau đó đơn
vị Chủ sẽ truyền đi dữ liệu 7 bit chứa địa chỉ của đơn vị Tớ mà nó muốn
truyền thông, theo thứ tự là các bit có trọng số lớn nhất MSB sẽ được
truyền trước. Bit thứ tám tiếp theo sẽ chứa thông tin để xác định đơn vị
Tớ sẽ thực hiện vai trò nhận (0) hay gửi (1) dữ liệu. Tiếp theo sẽ là
một bit ACK xác nhận bởi đơn vị nhận đã nhận được 1 byte trước đó hay
không. Đơn vị truyền (gửi) sẽ truyền đi 1 byte dữ liệu bắt đầu bởi MSB.
Tại điểm cuối của byte truyền, đơn vị nhận sẽ tạo ra một bit xác nhận
ACK mới. Khuôn mẫu 9 bit này (gồm 8 bit dữ liệu và 1 bit xác nhận) sẽ
được lặp lại nếu cần truyền tiếp byte nữa. Khi đơn vị Chủ đã trao đổi
xong dữ liệu cần nó sẽ quan sát bit xác nhận ACK cuối cùng rồi sau đó sẽ
tạo ra một tín hiệu dừng STOP để kết thúc quá trình truyền thông. I2C
là một giao diện truyền thông đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng truyền
thông giữa các đơn vị trên cùng một bo mạch với khoảng cách ngắn và tốc
độ thấp. Ví dụ như truyền thông giữa CPU với các khối chức năng trên
cùng một bo mạch như EEPROM, cảm biến, đồng hồ tạo thời gian thực... Hầu
hết các thiết bị hỗ trợ I2C hoạt động ở tốc độ 400Kbps, một số cho phép
hoạt động ở tốc độ cao vài Mbps. I2C khá đơn giản để thực thi kết nối
nhiều đơn vị vì nó hỗ trợ cơ chế xác định địa chỉ.
II, Sơ lược về chip thời gian thực Ds1307
DS1307
là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời
gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người
đang sử dụng, tình bằng giây, phút, giờ… DS1307 là một sản phẩm của
Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip
này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong
tuần), ngày, tháng, năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển
ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM. DS1307 xuất hiện ở
2 gói SOIC và DIP có 8 chân
[You must be registered and logged in to see this link.]
Các
chân của DS1307 được mô tả như sau: • X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1
thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động cho chip. • VBAT: cực dương
của một nguồn pin 3V nuôi chip. • GND: chân mass chung cho cả pin 3V và
Vcc. • Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi
điều khiển. Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp
thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được). • SQW/OUT:
một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của
xung được tạo có thể được lập trình. Như vậy chân này hầu như không liên
quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ
trống chân này khi nối mạch. • SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và
dữ liệu của giao diện I2C. • Có thể kết nối DS1307 bằng một mạch điện
đơn giản như sau:
[You must be registered and logged in to see this link.]
Cấu
tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch dao
động, mạch điều khiển logic, mạch giao diện I2C, con trỏ địa chỉ và các
thanh ghi (hay RAM). Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi
của chip này. Vì thế có 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và
cách truy xuất các thanh ghi này thông qua giao diện I2C. Như đã trình
bày, bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa chỉ từ 0
đến 63 (từ 00H đến 3FH theo hệ HexaDecimal). Tuy nhiên, thực chất chỉ có
8 thanh ghi đầu là dùng cho chức năng “đồng hồ” (RTC) còn lại 56 thanh
ghi bỏ trống có thể được dùng chứa biến tạm như RAM nếu muốn. Bảy thanh
ghi đầu tiên chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm: giây
(SECONDS), phút (MINUETS), giờ (HOURS), thứ (DAY), ngày (DATE), tháng
(MONTH) và năm (YEAR). Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tương đương
với việc “cài đặt” thời gian khởi động cho RTC. Việc đọc giá trị từ 7
thanh ghi là đọc thời gian thực mà chip tạo ra. Ví dụ, lúc khởi động
chương trình, chúng ta ghi vào thanh ghi “giây” giá trị 42, sau đó 12s
chúng ta đọc thanh ghi này, chúng ta thu được giá trị 54. Thanh ghi thứ 8
(CONTROL) là thanh ghi điều khiển xung ngõ ra SQW/OUT (chân 6). Tuy
nhiên, do chúng ta không dùng chân SQW/OUT nên có thề bỏ qua thanh ghi
thứ 8. Tổ chức bộ nhớ của DS1307 được trình bày trong hình 3. Vì 7 thanh
ghi đầu tiên là quan trọng nhất trong hoạt động của DS1307, chúng ta sẽ
khảo sát các thanh ghi này một cách chi tiết. Trước hết hãy quan sát tổ
chức theo từng bit của các thanh ghi này như trong hình
[You must be registered and logged in to see this link.]
Tổ
chức các thanh ghi thời gian Thanh ghi giây (SECONDS): thanh ghi này là
thanh ghi đầu tiên trong bộ nhớ của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00. Bốn
bit thấp của thanh ghi này chứa mã BCD 4-bit của chữ số hàng đơn vị của
giá trị giây. Do giá trị cao nhất của chữ số hàng chục là 5 (không có
giây 60) nên chỉ cần 3 bit (các bit SECONDS 6:4) là có thể mã hóa được
(số 5 =101, 3 bit). Bit cao nhất, bit 7, trong thanh ghi này là 1 điều
khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), nếu bit này được set bằng 1
bộ dao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động. Vì vậy,
nhất thiết phải reset bit này xuống 0 ngay từ đầu. Thanh ghi phút
(MINUTES): có địa chỉ 01H, chứa giá trị phút của đồng hồ. Tương tự thanh
ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã BCD của
phút, bit 7 luôn luôn bằng 0. Thanh ghi giờ (HOURS): có thể nói đây là
thanh ghi phức tạp nhất trong DS1307. Thanh ghi này có địa chỉ 02H.
Trước hết 4-bits thấp của thanh ghi này được dùng cho chữ số hàng đơn vị
của giờ. Do DS1307 hỗ trợ 2 loại hệ thống hiển thị giờ (gọi là mode) là
12h (1h đến 12h) và 24h (1h đến 24h) giờ, bit6 (hình 4) xác lập hệ
thống giờ. Nếu bit6=0 thì hệ thống 24h được chọn, khi đó 2 bit cao 5 và 4
dùng mã hóa chữ số hàng chục của giá trị giờ. Do giá trị lớn nhất của
chữ số hàng chục trong trường hợp này là 2 (=10, nhị phân) nên 2 bit 5
và 4 là đủ để mã hóa. Nếu bit6=1 thì hệ thống 12h được chọn, với trường
hợp này chỉ có bit 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của giờ, bit 5 (màu
orange trong hình 4) chỉ buổi trong ngày, AM hoặc PM. Bit5 =0 là AM và
bit5=1 là PM. Bit 7 luôn bằng 0. Thanh ghi thứ (DAY – ngày trong tuần):
nằm ở địa chỉ 03H. Thanh ghi DAY chỉ mang giá trị từ 1 đến 7 tương ứng
từ Chủ nhật đến thứ 7 trong 1 tuần. Vì thế, chỉ có 3 bit thấp trong
thanh ghi này có nghĩa. Các thanh ghi còn lại có cấu trúc tương tự, DATE
chứa ngày trong tháng (1 đến 31), MONTH chứa tháng (1 đến 12) vàYEAR
chứa năm (00 đến 99). Chú ý, DS1307 chỉ dùng cho 100 năm, nên giá trị
năm chỉ có 2 chữ số, phần đầu của năm do người dùng tự thêm vào (ví dụ
20xx). Ngoài các thanh ghi trong bộ nhớ, DS1307 còn có một thanh ghi
khác nằm riêng gọi là con trỏ địa chỉ hay thanh ghi địa chỉ (Address
Register). Giá trị của thanh ghi này là địa chỉ của thanh ghi trong bộ
nhớ mà người dùng muốn truy cập.
[You must be registered and logged in to see this link.]
III,AT89S52: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ CHÂN
Vi
điều khiển 8051 được Intel cho ra đời vào năm 1980 thuộc vi điều khiển
đầu tiên của họ MCS-51. Hiện tại rất nhiều nhà sản xuất như Siemens,
Advanced Micro Devices, Fusisu và Philips tập trung phát triển các sản
phẩm trên cơ sở 8051.Atmel là hãng đã cho ra đời các chip 89C51, 52, 55
và sau đó cải tiến thêm, hãng cho ra đời 89S51, 89S52, 89S8252… Cấu hình
89S52: + 8KB bộ nhớ chương trình. + Dao động bên ngoài với thạch anh
<24MHz. Thông thường, VĐK 89S52 chạy với thạch anh 12MHz. + 256 Byte
Ram nội. + 4 Port xuất nhập. + 3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2.
Timer 2 có các chức năng Capture/Compare. + 8 nguồn ngắt. + Nạp chương
trình song song hoặc nạp nối tiếp qua đường SPI
[You must be registered and logged in to see this link.]
Về
cơ bản thì các chip nêu trên giống nhau, chỉ có một số tính năng được
cải tiến thêm. Các phiên bản về sau càng có nhiều khối tính năng đặc
biệt hơn. Chúng ta xem bảng so sánh một số loại phổ biến như dưới đây.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Chức
năng các chân 89S52 • P0,1,2,3 có chức năng cơ bản xuất/nhập. • Riêng
P0, P2 còn có chức năng kết nối bộ nhớ mở rộng, sẽ được khảo sát trong
phần mở rộng bộ nhớ. • P1: Chân T2 và T2EX dùng cho timer/ counter 2.
Hai chức năng này sẽ khảo sát trong phần Timer. Chân SS\, MOSI, MISO,
SCK truyền dữ liệu theo chuẫn SPI đồng thời có chức năng kết nối với
mạch nạp chương trình. Xem hình
[You must be registered and logged in to see this link.]
Mạch nạp :
[You must be registered and logged in to see this link.]
Chân
ALE, PSEN, WR\, RD\ dùng để kết nối bộ nhớ mở rộng. • Chân EA\ có chức
năng chọn bộ nhớ chương trình: EA\=GND: Chọn bộ nhớ ngoại, EA\=VCC chọn
bộ nhớ nội. • Chân Xtal1 và Xtal2 gắn với thạch anh
IV, THUẬT TOÁN GIAO TIẾP I2C VỚI VI ĐIỀU KHIỂN 89S52
Điều
kiện START and STOP START và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có
khi một thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó
trong mạng I2C. START là điều kiện khởi đầu, báo hiệu bắt đầu của giao
tiếp, còn STOP báo hiệu kết thúc một giao tiếp. Hình 11 mô tả điều kiện
START và điều kiện STOP khi giao tiếp I2C giữa DS1307 với Vi Điều Khiển.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Ban
đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL đều
ở mức cao (SDA = SCL = HIGH). Lúc này bus I2C được coi là “rỗi” (“bus
free”), sẵn sàng cho một giao tiếp. Hai điều kiện START và STOP là không
thể thiếu trong việc giao tiếp giữa các thiết bị I2C, tất nhiên là
trong giao tiếp này cũng không ngoại lệ. • Điều kiện START: một sự
chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp trên đường SDA trong khi đường
SCL đang ở mức cao (cao = 1; thấp = 0) báo hiệu một điều kiện START •
Điều kiện STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên
đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao. • Cả hai điều kiện START
và STOPđều được tạo ra bởi thiết bị chủ. Sau tín hiệu START, bus I2C coi
như đang trong trạng thái làm việc (busy). Bus I2C sẽ rỗi, sẵn sàng cho
một giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ. • Sau khi có
một điều kiện START, trong qua trình giao tiếp, khi có một tín hiệu
START được lặp lại thay vì một tín hiệu STOP thì bus I2C vẫn tiếp tục
trong trạng thái bận. Tín hiệu START và lặp lại START đều có chức năng
giống nhau là khởi tạo một giao tiếp.
Chế độ hoạt động
[You must be registered and logged in to see this link.]
Chế
độ hoạt động của I2C DS1307 có thể hoạt động ở 2 chế độ sau: • Ở 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 1 truyền 1 chuỗi, nhận dạng địa chỉ được
thực hiện bởi phần cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave và bit một
chiều. • 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 chuyền ngược lại. Chuỗi dữ liệu được phat đi
trên SDA bởi DS1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL
Để
làm việc với DS1307, ta thực hiện các bước như sau: • START I2C • Ghi:
0DxH (Đây là địa chỉ của DS1307 do nhà sản xuất quy định trong giao tiếp
I2C) với: x=0: Ghi dữ liệu vào DS1307 x=1: Đọc dữ liệu vào DS1307 • Ghi
tham số x này vào, có nghĩa là việc tiếp theo là chúng tag hi hay đọc
dữ liệu từ con DS1307 tùy vào giá trị x=0 (ghi dữ liệu) hay x=1 (đọc dữ
liệu). • Ghi vào địa chỉ thanh ghi cần ghi hoặc cần đọc (bảng đồ thanh
ghi của DS1307 này đã được giớ thiệu ở hình 3 & hình 4). • Ghi hoặc
đọc dữ liệu. • STOP I2C
Một ví dụ minh họa cho việc đọc ghi •
Thanh ghi có địa chỉ 01H chứa Data về “phút”, muốn set phút vào DS1307
chúng ta làm theo quy trình: START→Ghi: 0D0H→Ghi tiếp: 01H→Ghi tiếp: →Ghi tiếp hoặc STOP nếu chỉ muốn cài đặt thời gian cho phút.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Nếu
muốn Ghi vào địa chỉ 01H rồi kế tiếp Ghi vào địa chỉ 04H chẳng hạn thì
chúng ta phải START lại từ đầu→Ghi vào 0D0H (để xác định sẽ Ghi vào
DS1307 _ hướng giao tiếp là Ghi vào) →Ghi tiếp 04H→Ghi dữ liệu của thanh
ghi cần cài đặt→STOP I2C. • Tương tự, nếu chúng ta muốn đọc thì trước
hết chúng ta phải ghi vào địa chỉ cần đọc: tức là vẫn tiếp tục tiến hành
3 thủ tục START→Ghi 0D0H→Ghi vào địa chỉ (địa chỉ của thanh ghi mà ta
muốn đọc dữ liệu). Sau đó, mới START lại rồi ghi lại 0D1H (lúc này mới
thông báo là ta sẽ đọc từ DS1307), tiếp theo cứ đọc bình thường (thanh
ghi đọc được sẽ là thanh ghi có địa chỉ ta mới vừa ghi vào), tiếp tục
đọc thì địa chỉ cần đọc sẽ tự động tăng lên cho đến khi STOP I2C.
V, SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MẠCH ĐỒNG HỒ
[You must be registered and logged in to see this link.]
Dựa
vào sơ đồ khối của giao tiếp trên, điều cơ bản là chúng ta phải viết
một phần mềm khởi tạo DS1307, thực ra là chương trình giao tiếp I2C, đọc
giá trị trong Ram của con DS1307 lưu tạm thời vào trong Ram của 89S52.
Sau đó, viết thêm một phần mềm để đọc nội dung trong Ram này đưa ra hiển
thị bằng phương pháp quét. Để đơn giản, việc đọc dữ liệu từ DS1307 lưu
vào trong Ram của 89S52 và hiển thị giờ_phút_giây, được chia ra làm 2
chương trình con nhỏ, nếu có phím nhấn thì sẽ nhảy đến chương trình con
xử lý phím nhấn riêng.
Sơ đồ nguyên lý:
[You must be registered and logged in to see this link.]
Sơ đồ mạch in:
[You must be registered and logged in to see this link.]
VI,THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Như
đã trình bày trong phần thuật toán gaio tiếp và sơ đồ khối tổng quát,
thì chương trình MAIN của chúng ta sẽ gồm 3 mục chính được mô tả cụ thể
trong lưu đồ của chương trình MAIN ỏ hình
[You must be registered and logged in to see this link.]
Giải
thích lưu đồ chính này: Bắt đầu, chương trình sẽ gọi chương trình con
đọc dữ liệu từ con DS1307 với chuẩn giao tiếp I2C bằng phương pháp đã
được trình bày cụ thể ở mục 4 (thuật toán giao tiếp), sau đó, sẽ gọi
chương trình con để quét Led 7 đoạn hiện thị 6 số: 2 số hiển thị giá trị
của Giờ, 2 số hiển thị giá trị của Phút, 2 số hiển thị giá trị của
Giây. Nếu phím MODE (chọn chế độ cài đặt) không được nhấn thì vòng lặp
của chương trình này sẽ chạy vô tận. Nếu phím MODE được nhấn, nó sẽ nhảy
tới chương trình con cài đặt giờ hay phút còn tùy thuộc vào số lần nhấn
phím MODE. Sau đây ta đi vào chi tiết của tùng khối nhỏ:
ĐỌC DỮ
LIỆU TỪ DS1307 LƯU VÀO TRONG RAM CỦA 89S52 Xem lưu đồ chương trình như
hình dưới. Ở đây, các chương trình con nhỏ hơn, chẳng hạn như: CTC
SEND_START, SEND_STOP, SEND_BYTE, v.v. đã được đề cập đến trong mục 4
(thuật toán giao tiếp đã được đề cập ở trên).
[You must be registered and logged in to see this link.]
VII, HIỂN THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUÉT LED 7 ĐOẠN
[You must be registered and logged in to see this link.]
VIII, CÀI ĐẶT THỜI GIAN
Trong lưu đồ giải thuật trên hình trên[You must be registered and logged in to see this link.],
cho chúng ta thấy, vòng lặp của chương trình sẽ chạy vô tận cho đến khi
có phím MODE được ấn xuống. Khi đó, nó nhảy đến CTC để giải quyết việc
cài đặt thời gian. Lưu đồ giải thuật của CTC xử lý cài đặt phím được thể
hiện ở hình
[You must be registered and logged in to see this link.]
Lưu
đồ CTC cài đặt giờ CTC cài đặt phút cũng có nguyên tắc tương tự như cài
đặt giờ nên không được nói ra ở đây. Nhìn vào lưu đồ chúng ta thấy,
ThanhGhi=02H, là địa chỉ của thanh ghi Giở trong con DS1307, như vậy,
mục đích của việc định nghĩa ô nhớ ThanhGhi là để xác định địa chỉ thay
đổi giá trị trong ô nhớ RAM của con DS1307. CTC cài đặt giờ sẽ lặp vô
tận và CTC hiển thi giờ sẽ chỉ cho hiển thị 2 Led 7 đoạn, chỉ hiển thị
giờ trong khi cài đặt, tất cả các đèn Led còn lại đều tắt hết. Trong khi
CTC cài đặt đang chạy vô tận, nếu có phím INC hoặc DEC được nhấn thì nó
sẽ nhảy đến CTC tăng hoặc giảm tùy vào phím được nhấn. CTC tăng giờ
được chỉ ra ở hinh 22 bên dưới đây, nguyên tắc của CTC giảm giờ cũng như
vậy.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Lưu đồ CTC tăng giờ Nếu nhấn phím tăng quá 23, thì chương trình sẽ đặt thời gian lại giá trị là 00h.
the and!
Video sản phẩm:
Tham khảo code: [You must be registered and logged in to see this link.]