Thiết Kế Mạch Chuông Báo Tiết Học

Yêu cầu của đề tài

- Hiển thị thời gian lên màn hình LCD.

- Đọc nhiệt độ từ cảm biến và hiển thị lên màn hình LCD.

- Điều chỉnh thời gian.

- Báo chuông khi đến giờ vào lớp.

- Chuông vào lớp và ra chơi khác nhau để sinh viên phân biệt.

Phân tích thiết kế

Linh kiện

Vi điều khiển ATmega16

Xem tại: Giới Thiệu Về ATmega16

Màn hình LCD1602

Hình 1: Màn hình LCD1602

Giới thiệu

LCD 1602 (Liquid Crystal Display) được dùng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD 1602 có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác như: khả năng hiển thị kí tự đa dạng (kí tự đồ họa, chữ, số, ); đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau dễ dàng , tiêu tốn rất ít tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ,…

Thông số kỹ thuật

- Điện áp MAX : 7V

- Điện áp MIN : - 0,3V

- Điện áp ra mức thấp : <0.4V

- Điện áp ra mức cao : > 2.4

- Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V

- Dòng điện cấp nguồn : 350uA - 600uA

- Nhiệt độ hoạt động : - 30 - 75 độ C

Chức năng từng chân của LCD1602

- Chân số 1 - VSS : chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển.

- Chân số 2 - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều khiển.

- Chân số 3 - VE : điều chỉnh độ tương phản của LCD.

- Chân số 4 - RS : chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1":

· Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read).

· Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.

- Chân số 5 - R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic “0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc.

- Chân số 6 - E : chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này như sau:

· Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E.

· Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.

- Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là: Chế độ 8 bit (dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) và Chế độ 4 bit (dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7).

- Chân số 15 - A : nguồn dương cho đèn nền.

- Chân số 16 - K : nguồn âm cho đèn nền.

IC 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 được đọc và ghi thông qua giao diện nối tiếp I2C nên cấu tạo bên ngoài rất đơn giản. DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân.

Hình 2: IC DS1307

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.

Hình 3: Mạch ứng dụng đơn giản của DS1307

Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao điện I2C, con trỏ địa chỉ và các thanh ghi (hay RAM). Do đa số các thành phần bên trong DS1307 là thành phần “cứng” nên chúng ta không có quá nhiều việc khi sử dụng DS1307. Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của chip này. Vì thế cần hiểu rõ 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. Phần này chúng ta tìm hiểu cấu trúc các thanh ghi trước và cách truy xuất chúng sẽ tìm hiểu trong phần 2, điều khiển DS1307 bằng PIC.
Bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa chỉ từ 0 đến 63 (từ 0x00 đến 0x3F 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 trông 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 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.

Relay 5 VDC

Hình 4: Relay 5V

Relay hay còn gọi là rơ – le là tên gọi theo tiếng Pháp, là một công tắc (khóa K) điện từ được vận hành bởi một dòng điện tương đối nhỏ có thể bật hoặc tắt một dòng điện lớn hơn nhiều. Bản chất của relay là một nam châm điện (một cuộn dây trở thành một nam châm tạm thời khi dòng điện chạy qua nó) và hệ thống các tiếp điểm đóng cắt có thiết kế module hóa dễ dàng lắp đặt. Bạn có thể nghĩ relay sẽ như một loại đòn bẩy điện vậy, khi chúng ta kích nó bằng một dòng điện nhỏ thì nó sẽ bật “đòn bẩy” một thiết bị nào đó đang sử dụng dòng điện lớn hơn nhiều.

Điện áp và dòng điện được relay chuyển mạch sẽ rất khác so với tín hiệu được sử dụng để kích hoạt hoặc cấp điện cho relay. Nói tóm lại rơ-le hay relay là một thiết bị thông dụng, gọn nhẹ, giá thành dễ tiếp cận và được sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày của chúng ta.

Hình 6: Sơ đồ chân của Relay 5V

Thông số kỹ thuật:
• Điện áp kích hoạt (điện áp trên cuộn dây): 5 VDC
• Dòng kích hoạt (dòng điện danh định): 70mA
• Dòng tải AC tối đa: 10A – 250/125 VAC
• Dòng tải DC tối đa: 10A – 30/28 VDC
• Thời gian hoạt động: 10ms
• Chuyển mạch tối đa: 300 lần/phút

Các chức năng chính

- Hiển thị thời gian lên màn hình LCD.

- Đọc nhiệt độ từ cảm biến và hiển thị lên màn hình LCD.

- Điều chỉnh thời gian bằng nút nhấn.

- Báo chuông khi đến giờ vào lớp.

- Chuông vào lớp và ra chơi khác nhau để sinh viên phân biệt.

Cảm biến nhiệt độ LM35

Hình 7: Cảm biến nhiệt độ LM35

LM35 là một cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi. Nó hiển thị các giá trị dưới dạng điện áp đầu ra thay vì độ C.
LM35 hiển thị giá trị điện áp cao hơn cặp nhiệt điện và có thể không cần khuếch đại điện áp đầu ra.
Điện áp đầu ra của LM35 tỷ lệ với nhiệt độ C. Hệ số thang đo là 0,01 V / ° C.

Một đặc điểm quan trọng nhất là nó chỉ lấy 60 micromps từ nguồn và có khả năng tự gia nhiệt thấp.
Cảm biến nhiệt độ LM35 có nhiều gói khác nhau như gói giống transistor kim loại T0-46, gói giống transistor nhựa TO-92, gói dán 8 chân SO-8.

Thông số kỹ thuật:
• Điện áp đầu vào tối thiểu và tối đa lần lượt là 35V và -2V.
• Có thể đo nhiệt độ từ -55 ° C đến 150 ° C
• Điện áp đầu ra tỷ lệ thuận (tuyến tính) với nhiệt độ tức là sẽ có mức tăng 10mV (0,01V) cho mỗi lần tăng nhiệt độ 1 ° C.
• Độ chính xác ± 0,5 ° C
• Dòng cực máng nhỏ hơn 60uA

Triển khai

Thiết kế phần cứng

Sơ đồ nguyên lý

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý

Thiết kế phần mềm

- Hệ thống sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng và vẽ mạch.

Xem thêm: Hướng Dẫn Cài Đặt & Crack Proteus 8.8

- Lập trình và biên dịch code trên phần mềm PIC C Complier.

Xem thêm: Hướng Dẫn Cài Đặt & Crack PIC CCS5.025

Xem video vận hành hệ thống:

Download Project:

PROJECT: Tại đây

Chúc Các Bạn Thành Công!

[AVR] Thiết Kế Mạch Chuông Báo Tiết Học + Nhiệt Độ | ATmega16