Đề tài gắn liền với đời sống thực tế nên trang thiết bị cho phần chuẩn bị dễ dàng tìm kiếm cũng như phần kiến thức thiếu sót để hoàn thành sản phẩm và trên hết kiến thức về STM32F4 đang
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Sơ đồ khối hệ thống
Hình 2 1 Sơ đồ khối hệ thống
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ tổng thể bắt đầu khi điện áp được cung cấp cho khối nguồn của vi điều khiển, kích hoạt chương trình bên trong Bộ tạo xung dao động tạo ra xung nhịp với tần số 12MHz cho vi điều khiển hoạt động IC thời gian thực ghi và nhận dữ liệu, nhận diện các điều kiện START và STOP khi bắt đầu hoặc kết thúc truyền dữ liệu Các thanh ghi của IC thời gian thực sẽ nhận giá trị thời gian thực (giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm) và gửi đến vi điều khiển, nơi vi điều khiển gán giá trị tương ứng và xuất ra khối hiển thị.
IC ghi dịch trong khối điều khiển gửi tín hiệu đến khối hiển thị, trong khi các nút ấn trong khối điều khiển giúp điều chỉnh thời gian Ngoài ra, khối Reset có chức năng đưa hệ thống trở về trạng thái ban đầu.
Khối điều khiển trung tâm Điều khiển
Khối hiển thị Khối nguồn
Nguyên nhân chọn thiết bị
STM32F4 là phần cứng lý tưởng cho quá trình học tập, giúp nhóm củng cố kiến thức cũ và tiếp thu kiến thức mới qua thực hành trực tiếp Việc lựa chọn thiết bị này không chỉ mang lại trải nghiệm thực tế mà còn nâng cao khả năng ứng dụng kiến thức vào thực tiễn.
DS1307 là một thiết bị hiển thị thời gian thực với độ chính xác cao, dễ dàng lập trình và vận hành, rất phù hợp cho sinh viên Đây là thiết bị phổ biến nhất được sử dụng trong việc thi công mô hình đồng hồ.
Nhóm đã chọn thiết bị Led 8*8 tương tự LCD vì có sẵn thư viện hỗ trợ thi công Qua quá trình học, nhóm đã tiếp xúc với nhiều thiết bị tương tự, giúp việc vận hành trở nên dễ dàng và nhanh chóng Điều này đã tiết kiệm thời gian đáng kể cho việc hoàn thành báo cáo.
STM32F407 Discovery
Board STM32F407 Discovery được phát triển dựa trên vi điều khiển họ ST,
STM32F407VGT6, core là ARM Cortex M4 32 bit
Trên board được tích hợp các chức năng sau:
- Mạch nạp code/ debug theo chuẩn ST-LINK/V2
- Khối cảm biến gia tốc 3 trục xyz, ST MEMS digital accelerometer
- Khối ST MEMS digital microphone
- Một cảm biến audio chuyển từ tín hiệu âm thanh sang tín hiệu số
- 04 LEDs cho người dùng lập trình
- Một pushbuttons lập trình được và một push button reset
- USB OTG micro-AB connector
Thông số kỹ thuật cơ bản board STM32F4 DISCOVERY:
- 1 MB of Flash memory, 192KB of RAM in an LQFP100 package
- Board power supply: through USB bus or from an external 5V supply voltage
- External application power supply : 3V and 5V
- I/O: PORTA→ PORTE, 16 Pin/PORT + PH0 và PH1
- MP45DT02, ST MEMS audio sensor, omnidirectional digital microphone
- CS43L22, audio DAC with integrated class D speaker driver.
Real Time Clock RTC DS1307
- Đồng hồ thời gian thực (RTC) được sử dụng để theo dõi ngày và giờ hiện tại
- Nó thường được sử dụng trong máy tính, máy tính xách tay, điện thoại di động, thiết bị ứng dụng hệ thống nhúng, …
Trong nhiều hệ thống nhúng, việc ghi dữ liệu như giá trị cảm biến và tọa độ GPS yêu cầu phải có dấu thời gian chính xác Để thực hiện điều này, chúng ta cần sử dụng đồng hồ thời gian thực (RTC) nhằm đảm bảo tính chính xác của thông tin ghi nhận.
Một số vi điều khiển như LPC2148 và LPC1768 được tích hợp sẵn RTC trên chip, trong khi các vi điều khiển khác như PIC và ATMega 16/32 không có tính năng này Do đó, việc sử dụng chip RTC bên ngoài là cần thiết để bổ sung chức năng đồng hồ thời gian thực cho các vi điều khiển không hỗ trợ.
Hình 2 4 Sơ đồ chân của DS1307
- Định dạng theo kiểu BCD (Binary Coded Decimal value)
- Có tổng cộng 8 thanh ghi để đọc thời gian, tháng, năm và điều khiển
Sau khi thiết lập giá trị cho các thanh ghi, chúng sẽ tự động cập nhật, cho phép người dùng đọc các thanh ghi này để nhận thông tin giá trị mới nhất.
Led Ma Trận 8x8 + MAX7219
Mạch hiển thị 4 LED ma trận sử dụng IC MAX7219, cho phép điều khiển hiệu quả 4 LED ma trận MAX7219 là một giải pháp tối ưu cho các ứng dụng LED Driver, tương tự như 74HC595 nhưng được thiết kế đặc biệt để đáp ứng nhu cầu hiển thị LED.
Mạch hiển thị 4 LED ma trận sử dụng ngõ vào tín hiệu nối tiếp và chỉ cần 3 GPIO để điều khiển, giúp tiết kiệm chân kết nối IC MAX7219 đi kèm với bộ đệm Static RAM 8×8, nâng cao độ mượt mà trong hiển thị Ngoài ra, mạch còn cho phép nối tiếp thêm nhiều mạch khác thông qua cổng tín hiệu đầu ra.
- Tín hiệu : nối tiếp Serial ba chân DIN, CS,CLK, mức tín hiệu TTL
- Ma trận: 4 Led ma trận 8x8 màu đỏ
Hình 2 6 4 LED ma trận 8x8 + MAX7219.
Nút nhấn
Nút nhấn hoạt động tương tự như công tắc đóng/mở, nhưng có cấu trúc khác biệt với 4 chân được chia thành 2 cặp Trong mỗi cặp, các chân được nối với nhau, trong khi các chân thuộc cặp khác thì không Khi nhấn nút, tất cả 4 chân sẽ kết nối, cho phép dòng điện từ một chân có thể đi tới 3 chân còn lại.
Phần mềm hỗ trợ lập trình
STM32CubeMX là công cụ hỗ trợ cấu hình và tạo mã cho vi điều khiển STM32, giúp đơn giản hóa quá trình lập trình Tất cả các thao tác cấu hình và nâng cấp được thực hiện qua giao diện đồ họa, từ đó rút ngắn thời gian nghiên cứu và phát triển.
Hiện nay có khá nhiều trình biên dịch ngôn ngữ C cho 8051 như Mikro C,
IAR and SDCC are integrated development environments (IDEs) that support the C programming language, featuring compilers and debugging tools Developed by Keil Software, this platform is commonly referred to as Keil C, providing a comprehensive solution for software development.
THIẾT KẾ
Thống kê I/O
Dựa vào sơ đồ nguyên lý nhóm em có thống kê về các I/O ngõ vào và ngõ ra của vi xử lý :
+ SDA và SCL là ngõ vào của DS1307 nối với chân PB6(SCL) và PB7(SDA) của vi xử lý
+ INPUT: Nút Mode, nút Mode1, nút Up, nút Down được nối lần lượt với PA1, PA0, PB1 và PB2 của vi xử lý
- Ngõ ra : PA2,PA3,PA4 được nối vào Led ma trận.
Cấu hình CubeMX
Hình 3 2 Khai báo ngõ ra và ngõ vào
Hình 3 3 Cài đặt tần số
Sơ đồ giải thuật
Hình 3 4 Sơ đồ giải thuật hệ thống.
Viết code cho hệ thống
Hình 3 5 Hàm chống rung nút nhấn
Hình 3 6 Hàm hiển thị thời gian cài đặt
Hình 3 7 Hàm cài đặt giờ
Hình 3 8 Hàm cài đặt phút
Hình 3 9 Hàm hiển thị thời gian và cấu hình đồng hồ
Mạch thực tế
KẾT QUẢ
Kết quả của thuật toán
Hình 4 1 Kết quả của thuật toán.
Hình ảnh sản phẩm
Hình 4 2 Hình ảnh sản phẩm chạy thử
Chức năng của mô hình
4.3.1 Hiển thị giờ, phút lên màn hình
Hình 4 3 Hiển thị thời gian giờ, phút lên màn hình
4.3.2 Hiển thị ngày, tháng, năm lên màn hình
Hình 4 4 Hiển thị thời gian ngày,tháng,năm lên màn hình
4.3.3 Cài đặt thời gian khi thời gian bị sai
Hình 4 5 Cài đặt giờ,phút.
Hạn chế
Chưa có hàm cài đặt ngày,tháng, năm
