CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 1.Khảo sát và phân tích bài toán Đồng hồ là một công cụ để đo đạc những mốc thời gian nhỏ hơn một ngày; đối lập với lịch, là một công cụ để đo thời gian dài hơn một ngày. Những loại đồng hồ dùng trong kĩ thuật thường có độ chính xác rất cao và cấu tạo rất phức tạp. Trong khi đó, người ta có thể tạo ra những loại đồng hồ nhỏ để dễ dàng mang theo bên mình (gọi là đồng hồ đeo tay).
Những loại đồng hồ hiện đại (từ thế kỉ 14 trở đi) thường thể hiện ba thông tin: giờ, phút, giây.Cách hiển thị thời gian Đồng hồ cơ: Đồng hồ cơ thể hiện thời gian sử dụng các góc. Mặt đồng hồ có những con số từ 1 đến 12 và sử dụng kim để chỉ giờ và cả phút. Từ một số đến một con số kế cận là 5 phút (đối với kim phút), 1 giờ (đối với kim giờ) hay 5 giây (đối với kim giây). Một loại đồng hồ cơ khác được sử dụng là đồng hồ mặt trời.
Nó hoạt động nhờ theo dọi thường xuyên ánh sáng Mặt Trời, và người ta theo dõi bằng cách nhìn bóng của chúng. Đồng hồ điện tử: Đồng hồ điện tử sử dụng hệ thống số để thể hiện thời gian. Thông thường có 2 cách thể hiện: 24 giờ để đếm giờ từ 00-23 12 giờ với kí hiệu AM / PM (chủ yếu ở Mĩ) Những đồng hồ điện tử sử dụng màn hình LCD hay LED, ống catode để thể hiện hình ảnh những con số. Khi những đồng hồ điện tử thay pin, chúng thường "quên" dữ liệu về thời gian trước đó.
Đồng hồ âm thanh: Để tiện lợi hơn, có một số đồng hồ sử dụng âm thanh để bào hiệu giờ. Âm thanh có thể được sử dụng như ngôn ngữ tự nhiên ("Bây giờ là mười sáu giờ ba mươi phút) hay một mã (số tiếng chuông báo hiệu số giờ). Đồng hồ chữ: Loại đồng hồ này hiện thời gian ở dạng chữ. Nếu như ở đồng hồ điện tử chúng ta đọc được những con số 12:35 thì ở đồng hồ chữ, chúng ta có thể đọc được "Mười hai giờ ba mươi lăm phút".
Một số loại đồng hồ khác sử dụng cơ chế gần đúng khiến người sử dụng cảm thấy dễ chịu hơn khi sử dụng đồng hồ (ví dụ "Khoảng mười hai giờ rưỡi").Mục đích Đồng hồ treo tường được dùng trong nhà và văn phòng, đồng hồ đeo tay được mang trên tay, và những loại đồng hồ lớn được đặt ở những nơi công cộng (nhà thờ hay bến xe). Hầu hết những máy tính và điện thoại di động đều có góc dưới màn hình hiển thị giờ. Tuy nhiên, đồng hồ không phải lúc nào cũng được sử dụng để hiển thị thời gian. Nó còn có thể sử dụng để điều khiển một vật theo thời gian.
Ví dụ như đồng hồ chuông có thể được dùng làm chuông báo tiết học. Nó có thể được gọi chính xác hơn là một hệ thống đếm giờ. 3 Đồ Án Học Phần: Vi Xử Lý GVHS: T.S Chu Đức Toàn Máy tính sử dụng những tín hiệu đồng hồ để đồng bộ quá trình xử lý (mặc dầu có một số nghiên cứu về bộ xử lí không đồng bộ). Máy tính lưu trữ thời gian để báo hiệu hay chỉ là để hiển thị thời gian.
Bên trong máy tính có một đồng hồ được nuôi bằng pin. Máy tính vẫn có thể hoạt động ngay cả khi đồng hồ trong máy bị chết nhưng khi khởi động máy lại, đồng hồ của máy tính sẽ được khởi động lại. Thời gian là một khái niệm cơ bản trong môn vật lý. Do đó, chế tạo dụng cụ đo thời gian chính xác có ý nghĩa quan trọng trong các thí nghiệm.
Đồng hồ điện tử Đồng hồ điện tử trên một lò vi sóng 1.Các công nghệ chip ứng dụng trong thiết kế thời gian thực có mặt trên thị trường Do yêu cầu về thời gian thực nên chúng ta sẽ không xét tới các mạch điện thiết kế đồng hồ sử dụng các mạch điện tương tự và các IC số thông thường, chúng ta sẽ xét tới việc sử dụng IC thời gian thực, vi điều khiển, cách thức hiển thị thời gian thực. IC thời gian thực: Hiện nay trên thị trường có 2 loại IC thời gian thực phồ biến là DS1307 và DS12887. Các IC này đều có chức năng chạy thời gian thực và lưu giờ khi mất điện, với DS1307 cần có thêm nguồn nuôi là một pin cmos 3V, với DS12887 có sẵn pin tích hợp ở bên trong. Thực hiện giao tiếp với vi điều khiển để hiện thị thời gian và cài đặt giờ… Trên cơ sở đó thì chúng ta có thể sử dụng cả 2 loại IC này, nhưng với nhóm em thì việc lựa chọn sẽ là DS1307 vì nó cũng thực hiện được yêu cầu mà giá thành thì rẻ hơn.
4 Đồ Án Học Phần: Vi Xử Lý GVHS: T.S Chu Đức Toàn Vi điều khiển: Có rất nhiều loại vi điều khiển khác nhau có thể sử dụng trong mạch đồng hồ này như vi điều khiển pic, avr, 8051… Các loại vi điều khiển pic hay avr có nhiều ưu điểm hơn so với 8051 như hỗ trợ kết nối ngoại vi tốt hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn, lập trình đơn giản hơn. Nhưng giá thành thì lại cao hơn nhiều so với 8051 mà trong mạch này chúng em sử dụng AT89C51. Việc sử dụng quá tốn kém cho 1 mạch là không cần thiết trong khi đó một chip cũng có thể làm được điều này mà giá thành rẻ hơn thì đó là lựa chọn tối ưu hơn. Hiển thị: Chúng ta có 2 cách hiển thị đó là : sử dụng led 7 thanh và sử dụng lcd.
Led 7 thanh : Ưu điểm: hiển thị rõ ràng và thu hút được sự chú ý vì có thể nhìn ở xa. Nhược điểm: mạch điện phức tạp cần thêm các IC chốt. LCD 16x2: Ưu điểm: hiển thị dễ dàng, có thể linh động hơn trong việc hiển thị thời gian,kết nối đơn giản mạch điện không phức tạp… Nhược điểm: không thu hút được sự chú ý bằng led 7 thanh,giá thành cao… Xét trên điều kiện để làm mạch này thì số led 7 thanh tương đối nhiều và cần thêm các IC chốt do đó về giá cả thì sẽ tương đương với một LCD 16x2. Thêm nữa khi sử dụng LCD chúng ta sẽ không phải mắc phức tạp.
Với đồng hồ để sử dụng cho cá nhân này thì chúng ta có thể cần dùng LCD là đủ. Lựa chọn giải pháp 1.Giải pháp công nghệ Qua phân tích ở trên, nhóm chúng em đưa ra giải pháp xây dựng đồng hồ dựa trên IC thời gian thực. Đọc giờ từ IC thời gian thực, hiển thị thời gian liên tục và có thể cài đặt được giờ, lưu giờ khi mất điện và sai lệch thời gian là ít nhất (theo quảng cáo của nhà sản xuất : với một pin lithium 48mAh hoặc lớn hơn sẽ lưu giờ cho DS1307 khoảng hơn 10 năm khi không có nguồn điện cung cấp cho mạch ở điều kiện +25°C ).Giải pháp thiết kế Việc lựa chọn giải pháp thường được xem xét trên nhiều phương diện nhưng quan trọng là giải pháp có khả thi không? Có phù hợp với với thực tế và thỏa mãn yêu cầu về kinh tế? Đồng hồ thời gian thực với bộ não điều khiển là AT89C51 và các linh kiện khác: LCD hiển thị, IC ổn áp7805, IC thời gian thực DS1307. AT89C51 có các ưu điểm: tính năng và tốc độ đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật trong ứng dụng không đòi hỏi cao;giá thành thấp hơn họ vi điều khiển khác; có hỗ trợ lập trình điều khiển bằng cả hợp ngữ và C.
IC DS1307 là IC chuyên dụng, cho khả năng chính xác về thời gian. LCD hiển thị một cách rõ ràng, linh động. IC ổn áp 7805 được sử dụng rộng rãi trong các bộ nguồn. Vì vậy giải pháp thiết kế đồng hồ thời gian thực dùng các linh kiện trên có nhiều ưu thế hơn so với những giải pháp khác.
Đồng thời đảm bảo được yêu cầu về kinh tế. Trong thực tế hiện nay lịch vạn niên là một sản phẩm tương tự đồng hồ thời gian thực và rất gần gũi với mọi người. 5 Đồ Án Học Phần: Vi Xử Lý GVHS: T.S Chu Đức Toàn 1.Các yêu cầu Với sản phẩm đồng hồ thời gian thực đòi hỏi các yêu cầu: Hiển thị đúng thời gian:ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây. Điều chỉnh và thay đổi được thời gian.
Đảm bảo đúng về thời gian sau khi mất điện. Khả năng thực thi:Thời gian đáp ứng, độ chính xác… Đảm bảo về kích thước và trọng lượng cho phép. Độ an toàn, khả năng chống lại sự phá hoại hay xâm nhập… 1.Giới hạn cho hệ thống Sử dụng nguồn điện 5V. Làm việc liên tục.
Kích thước phù hợp với người sử dụng. Hệ thống nhỏ gọn. Hệ thống lưu được thời gian khi mất nguồn cấp (có nguồn dự trữ). Nguồn nuôi (pin CMOS) cho IC thời gian thực đảm bảo.
Làm việc trong điều kiện môi trường bình thường. 6 Đồ Án Học Phần: Vi Xử Lý GVHS: T.S Chu Đức Toàn CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2. Sơ đồ tổng quát Khối nguồn Khối hiển Khối Khối Xử thị thời lý gian thực Khối giao tiếp phím bấm Khối Nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thống. Khối Thời gian thực: lưu trữ thời gian thực, thời gian cài đặt.
Khối Xử lý: Dùng vi điều khiển AT89C51 để lấy dữ liệu từ khối thời gian thực, lưu trữ và đưa ra khối hiển thị và nhận tín hiệu từ khối giao tiếp. Khối Hiển thị: lấy tín hiệu ra từ vi điều khiển, thực hiện giao tiếp với vi điều khiển để hiển thị giờ và ngày. Khối giao tiếp: là khối bàn phím, thực hiện cài đặt giờ để vi điều khiển lưu dữ liệu vào trong khối thời gian thực. 7 Đồ Án Học Phần: Vi Xử Lý GVHS: T.S Chu Đức Toàn 2.
Sơ đồ Call graph Chương trình điều khiển chính Module xử lý thời gian thực Module xử lý chương trình IC thời gian thực Bàn phím Hiển thị 2. Sơ đồ đặc tả Có ngắt & Thời gian trong RTC Cài đặt ấn phím Đọc Xử lý Ghi Kiểm tra ngắt ngoài 0 Hiển thị 8 Đồ Án Học Phần: Vi Xử Lý GVHS: T.S Chu Đức Toàn 2.