JU MJEOVITA SREDNJA ELEKTROTEHNIKA KOLSKA GODINA

KOLA TUZLA 2013./2014.

MATURSKI RAD

Predmet: MikroraunariTema: Mikroraunarski sistem RTC DS2323MENTOR: UENIK:

Salih Saraevi,dipl. ing. el.teh. Mustafa DaniRazred: IVT1TUZLA, maj, 2014.god.

Sadraj

1.Uvod12.Openito o mikrokontrolerima3 2.1.Historija mikroraunara3 2.2.Upotreba mikroraunara4 2.2.Budunost mikroraunara43.Mikroraunarski sistem RTC DS32325 3.1.Karakteristike (osobine) DS32326 3.2.Blok ema7 3.2.1. 32kHz TCXO7 3.2.2. Upravljanje napajanjem8 3.2.3. Real time clock (RTC)8 3.2.4. SRAM8 3.2.5. Sat i kalendar8 3.2.6. Alarmi9 3.2.7. Mapa adresa (lokacija)10 3.3.Spajanje DS3232 integralnog kola11 3.4.Registri u DS323212 3.4.1. Kontrolni registar (0Eh)12 3.4.2. Control/status registar (0Fh)13 3.4.3. Temperaturni registar (11h-12h)15 4.I2C sabirnica15 4.1.Opis sabirnice15 5.Zakljuak17 6.Literatura18

1. Uvod

Vrijeme je fizika veliina. Ona spada u osnovne veliine. Po SI sistemu jedninica za vrijeme je sekunda (1 s). Sekundu definiemo kao 86400-ti dio srednjeg sunevog dana. Oznaka za vrijeme je t.

Ljudi od davnina imaju potrebu mjerenja vremena i ravnanja po istom.Vrijeme su mjerili razliitim spravama i nazvali su ih zajednikim imenom sat.

Sat je jedan od najstarijih izuma. Izumljen je kako bi mjerio vremenske jedinice manje od dana, mjeseca i godine. Prije izuma sata ljudi su se ravnali po Suncu - kada je izalo, budili su se, a kada je zalo, odlazili su na poinak.

Sunani sat izumljen je prije oko 5000 godina u Egiptu. Sastojao se od kamene ploe s oznakama za sate i pokazivaa. Za sunanog dana, taj je tap stvarao sjenu koja se pomicala sa Suncem i tako pokazivala brojke.

Slika 1.0 Jedan od prvih sunanih satova iz EgiptaVodeni sat je najvjerojatnije najstarija naprava za mjerenje vremena; pretpostavlja se da najraniji potjeu iz Mezopotamije, Indije i Kine. Rad sata se zasniva na vremenu koje je potrebno da odreena koliina voda istee iz posude kroz rupicu. Vodene satove unaprijedili su Rimljani i Grci.

Pjeani satovi izumljeni su u srednjem vijeku. Imali su jednostavno naelo rada - odreena koliina pijeska tekla je iz jedne tikvice (ili posudice) u drugu ispod nje, kroz tanku cjevicu. Nakon istjecanja pijeska sat se mogao okrenuti za ponavljanje procesa. Svaki pjeani sat imao je odreeno vrijeme istjecanja pijeska, pa su se esto koristili za odbrojavanje.

Mehaniki sat poeo se razvijati u srednjem vijeku. Prvi pravi mehaniki sat, sat s njihalom, otkrio je Galileo Galilej sredinom 16. stoljea, kada je primijetio da se njihalo njie jednolikom brzinom i predloio da se to gibanje upotrebi za mjerenje vremena. No, izum se pripisuje Christiaanu Huygensu, koji je za to razvio i formulu te konstruirao prvi sat s njihalom.

Slika 2.0 Mehaniki sat s kraja 17. Stoljea

Kasniji razvoj satova obuhvaa elektrine satove, a od 20. stoljea i digitalne te atomske.Danas najee koriteni su digitalni satovi koje moemo vidjeti na benzinskim pumpama , gradskim trgovima , aerodromima , trnim centrima i drugim javnim mjestima.Zbog toga smo i mi kao predmet izrade i izuavanja uzeli digitalni sat koji ima mogunost mjerenja i temperature.Svaki digitalni sat vrijeme uzima iz RTC (real time clock) modula i ispisuje ga na 4 odnosno 6 displaya (ovisi od potrebe korisnika). Konkretno za izradu ovog digitalnog sata mi smo koristili RTC DS3232 mikroraunarski sistem za generisanje vremena.

Slika 3.0 Kompletna ema digitalnog sata sa ugraenim RTC DS3232 (Proteus 7)2. Openito o mikrokontrolerima

Poto cijeli na sistem zajedno sa RTCom i popratnom opremom biva upravljan mikrokontrolerom te se i kompletan projekat odnosi na mikroraunare i mikroraunarsku tehniku , ne moemo a da ne spomenemo neke osnovne injenice i informacije o mikrokontrolerima.Mikrokontrolerje digitalna elektronska naprava u oblikuintegrisanog kola. Namjena mikrokontrolera je upravljanje ureajima i procesima, pa u sebi ima integrisanmikroprocesor,memoriju, digitalne i analogne ulaze i izlaze, digitalne satove (tajmere),brojae(kauntere),oscilatore, komunikacione sklopove (interfejse) i druge dodatke za koje je nekada bio potreban niz posebnih integralnih kola (ipova). Mikrokontroler normalno radi ukontrolnoj petlji, dakle oitava ulaze i zatim podeava izlaze u skladu sa svojim programom. Petlja se stalno ponavlja dok traje kontrola procesa.

Slika 4.0 Izgled PIC mikrokontrolera2.1. Historija mikroraunaraSa pojavom prvih mikroprocesora 1971. godine, poela je i njihova upotreba u kontrolne svrhe. Meutim tipian sistem je zahtijevao veliki broj dodatnih kola za rad, kao to su bili AD pretvarai (A/D converters), brojai, oscilatori i drugo. Vremenom je dolo do integrisanja potrebnih komponenti u jedno kolo, i tako je stvoren moderni mikrokontroler.

Jedan od prvih je bio Motorola 6801 mikrokontroler, razvijen od 6800 mikroprocesora. Kasnije, 1985. godine je od 6801 stvoren popularni 68HC11 sa tad novomHCMOStehnologijom, koja je omoguila manju potronju, manju osjetljivost na smetnje i bri rad. Microcontroller technology, the 68HC11, Peter Spasov, strana 6.,ISBN 0-13-901240-0Danas mnogi modeli mogu da rade i vre kontrolu manjih ureaja bez ikakvih vanjskih dijelova, ili sa minimalnim brojem istih. Proizvodnja mikrokontrolera iznosi nekoliko milijardi godinje i znatno premauje proizvodnju mikroprocesora, tipinih za line kompjutere (personal computers).

2.2. Upotreba mikroraunaraKoriste se u najrazliitijim modernim ureajima. U robotima, telekomunikacionim ureajima,satelitima,automobilima,instrumentima,mobilnim telefonima,kamerama, kunim ureajima kao to sumaine za pranje rublja,mikrotalasne rerne (mikrovalne penice), kunimpekaramahljeba (hleba)i drugdje.

2.3. Budunost mikroraunaraMikrokontroleri su od sedamdesetih godina prolog vijeka imali brz razvoj. Sve vie i vie ranije odvojenih kola je integrisano, programiranje je olakano uvoenjem fla (flash) memorija (koje se mogu mnogo puta brisati i pisati), smanjena je potronja struje (vano za baterijske ureaje), a ponuda razliitih kontrolera je nevjerovatno iroka. Danas takoe postoje i 8, 16, 32 i 64 bitni modeli, kao i DSP (DSP) modeli podeeni za brze matematike operacije sa proirenim setom instrukcija.

Slika 5.0 Raspodjela noica na PIC16F877A mikrokontroleru

3. Mikroraunarski sistem RTC DS3232Jedan od osnovnih dijelova svakog digitalnog sata je i odreeni generator vremena , odnosno ureaj koji e davati informaciju o tanom vremenu.Uglavnom se koristi RTC mikroraunarski sistem a u naem sluaju upotrijebljen je RTC DS3232.

RTC DS3232 je mikroraunarski sistem sainjen od kristalnog oscilatora (TCXO) , integrisanog RTCa , generatora temperature , 236 bitnog SRAMa i litijske baterije od najee 3 V. Litijska baterija i njeno napajanje slue da privremeno napajaju RTC kako bi se zapamtilo vrijeme u periodu kada je primarno napajanje ureaja prekinuto.

DS3232 je integralno kolo izraeno u 20 pinskoj kutiji i radi na razliim opsezima temperature (ovisno o tome je li u pitanju DS3232 napravljen za kunu ili industrijsku upotrebu). RTC sadri informacije o sekundama , minutama , satima , danima , mjesecima i godinama. Takoe sadri informacije o broju dana u svakom mjesecu raunajui i izuzetak za svaku etvrtu odnosno prestupnu godinu. Vrijeme pokazuje u 2 razliita formata 24 satni ili 12 satni format koji ima AM-PM indikator.

Slika 6.0 RTC DS3232

Slika 7.0 20 pinsko integralno kolo DS3232

3.1. Karakteristike (osobine) DS3232Temperaturni opseg kod DS3232 za kunu upotrebu od 0C do +70C

Temperaturni opseg kod DS3232 za industrijsku upotrebu od -40C to +85C

Ugraen 236 bitni SRAM

Ugraena baterija koja omoguava pamenje vremena i nakon iskljuivanja primarnog napajanja

Sadri informacije o tanom vremenu raunajui sekunde,minute,sate,dane,mjesece i godine.

Sadri informacije o prestupnim godinama sve do 2099 godine.

Sadri mogunost postavljanja dva alarma u toku jednog dana.

Radni napon 3,3 V.

Temperaturni senzor koji mjeri tanu temperaturu.

300 milimetarsko SO kuite (najee) 20 pinsko.

Primarni napon za ureaj je najee 3,3 volta dok je napon baterije najee 3 V.

Maximalno dozvoljena struja za napon od 3,3 volta je 200 mikroAmpera.

Izlazna frekfencija (TCXO) je 32.768 kHz.

Maximalno dozvoljena struja za napon baterije (3 V) je 80 mikroAmpera

Frekfencija SCL sata je : 100-400 kHz brzi reim rada / 0,04-100 kHz- standardno.

3.2. Blok ema

Blok ema (dijagram) pokazuje glavne elemente DS3232 sistema. Osam blokova moe biti grupisano u 4 funkcionalne grupe : TCXO , kontrola napajanja , prekidake funkcije i RTC.Njihove operacije su odvojeno objanjene u nastavku teksta.

3.2.1. 32 kHz TCXO

Temperaturni senzor , oscilator i logika jedinica ine TCXO. Kontroler ita informaciju sa temperaturnog senzora i preko lookup tabele uzima odreenu vrijednost koju upisuje u AGE registar. U AGE registar se vie ne upisuje ve se samo iz njega ita informacija , sve dok ne doe do promjene temperature , provjera temperature se vri svakih 64 sekunde (postavljeno po defaultu).3.2.2. Upravljanje napajanjem

Kada je , onda se ureaj napaja preko .Kada je manji od a vei od , ureaj se i dalje napaja preko VccSamo u sluaju kada je Vcc manji od oba spomenuta napona onda se DS3232 napaja preko odnosno napona njegove baterije. Pogledaj tabelu 1.Tabela 1.Stanje naponaUreaj se napaja preko:

Vcc

3.2.3. Real Time Clock (RTC)

Iz sata koji je pohranjen u TCXO , RTC uzima informacije o sekundama, minutama, satima, danima, mjesecima i godinama. Broj dana je automatski postavljen za sve mjesece koji imaju manje od 31 dan (default je 31 dan) raunajui i informaciju o prestupnim godina. RTC vrijeme pokazuje u dva formata , 24 asovni i 12 asovni format sa AM/PM indikacijom. Sat sadri i dva programibilna alarma koje korisnik postavlja proizvoljno.

3.2.4. SRAM

DS3232 sadri i 236 bitnu read/write memoriju (memoriju za itanje i upisivanje). SRAM memorija se moe koristiti , odnosno u nju se upisije i ispisuje u bilo kom vremenu kada je Vcc vei od minimalnog napona rada. 3.2.5. Sat i kalendar

Informacija o vremenu i datumu se isitava iz dole navedene tabele 3. Ona ilustruje RTC registar (primarni registar) koji sadri vrijeme. Vrijeme i datum se inicijaliziraju pisanjem odgovarajuih registarskih bita. Sadraj ovog registra je binarno-kodirani decimalni (BCD) format. DS3232 moe biti pokrenut kao 12 asovni ili 24 asovni format vremena.Bit broj 6 smjeten na adresi gdje se nalaze informacije o satima (asovima) je bit kojim odreujemo da li elimo 12 ili 24 asovni (satni) format vremena. Kada je taj 6. bit na toj adresi logika jedinica 1 tada se koristi 12(AM/PM) format ispisivanja vremena. Bit broj 5 je taj koji odluuje da li je trenutno AM ili PM (prijepodne ili poslijepodne) i kada je bit broj 5 logika jedinica onda je to AM (prijepodne) a ukoliko je taj bit logika nula onda je PM.Bit za vijekove je 7. bit na adresi gdje su upisane informacije o mjesecima.

3.2.6. Alarmi

DS3232 ima dva dnevna alarma. Alarm broj jedan se postavlja upisivanje u registe od 07h do 0Ah dok se Alarm dva postavlja upisivanjem u registre od 0Bh do 0Dh. Alarmi se programiraju kao to je navedeno u tabeli broj 2.

Tabela 2.

Kao to vidimo u tabeli 2 , alarm 1 se moe programirati tako da zvoni kada se poklope sekunde (svake minute) , kada se poklope minute i sekunde (jednom u toku sata) , kada se poklope sati , minute i sekunde (jednom dnevno) ali se moe podesiti da zvoni samo jednom sedmino , mjeseno ili godinje. Jedina razlika izmeu alarma 1 i alarma 2 je ta to alarm dva nema mogunost programiranja na nain da se pali svake sekunde.Popunjavanjem kombinacije bita od M4 do M1 (alarm 1) i kombinacije bita od M4 do M2 (alarm 2) postavlja se razliit alarm. Bit DY/DT naznaen u obje tablice se u sluaju kada je bilo koji od bita (M4-M1 za alarm 1 i M4-M2 za alarm 2) logika jedinica ,ne koristi. Ali vidimo da u posljednja dva sluaja iz obje tabele imamo da su svi biti logike nule i da postoje dva stanja kada doe do te kombinacije bita. Tada koristimo DY/DT bit kojim odluujemo da li emo koristiti alarm koji se aktivira kada se poklope datum-sat-minuta-sekunda (sluaj kada je DY/DT bit jednak logikoj nuli (0)) ili e se alarm aktivirati kada se poklope dan-sat-minuta-sekunda (sluaj kada je bit DY/DT jednak logikoj jedinici (1)).

3.2.7. Mapa adresa (lokacija)Tabela 3. prikazuje mapu adresa (lokacija) za DS3232 registar koji je zaduen za uvanje informacija o vremenu. Tabela 3.

Podaci o vremenu se redom isitaju iz tabele u registru od podatka smjetenog na adresi 00h do zadnjeg odnosno podatka smjetenog na adresi 0FFh. Prilikom itanja novih podataka , stari odnosno ve postojei podaci se upisuju u sekundarne registre iz kojih se normalno nastavlja isitavati informacija dok su podaci iz primarnog registra zauzeti. To se radi da se ne bi prekidao rad sata za vrijeme mijenjanja podataka u primarnom registru u kome su smjeteni podaci o vremenu.3.3. Spajanje DS3232 integralnog kola

Tabela 4.PINIMEFUNKCIJA

1,2,7-14,19N.C.Pinovi se spajaju na masu.

332kHz32kHz Push-Pull Output.

4VccPin na koji se dovodi primarno napajanje. Na ovaj pin je preporuljivo spojiti i kondenzator kapaciteta od 0,1 mikroFarad do 1 mikroFarad.

5INT/SQWActive-Low interrupt ili Square-Wave Output je pin koji ne mora biti spojen u koliko se ne koristi. Njegova funkcija ovisi od stanja INTCN bita u kontrolnom registru (0Eh). Kad je INTCN bit logika nula (0) izlaz na ovom pinu je pravougli signal i njegova frenkfencija je podeena RS2 i RS1 bitovima. Kad je INTCN bit logika jedinica (1) onda ova pin slui kao ulazni i u zavisnosti da li na njega dolazi logika jedinica ili nula on pali ili gasi alarm.

6RSTPin za reset

15GNDUzemljenje

16VBATNapon podrke odnosno napon sa baterije se spaja na pin broj 16.

17SDASerial-Data Input/Output

18,20SCLSerial-Clock Input je pin koji se obavezno napaja da bi se vrijeme moglo generisati

Slika 8.0 Najei nain spajanja DS3232 i raspored pinova DS3232 integralnog kola3.4. Registri u DS3232

DS3232 ima dva registra koji kontroliu sat , alarme i izlazni pravougli signal. To su kontrolni registar i kontrolni registar sa poloajem (Control-status) registar.

3.4.1. Kontrolni registar (0Eh)Kontrolni registar je sainjen od 8 bita , svaki bit ima svoju zasebnu funkciju i svoj znaaj.Bit 0 (A1IE): Bit za paljenje i gaenje alarma broj 1.Bit 1 (A2IE): Bit za paljenje i gaenje alarma broj 2.

Bit 2 (INTCN) : Kontrolira INT/SQW signal , kada je bit broj dva logika nula na INT/SQW pinu imamo izlazni pravougaoni signal , a kada je bit broj dva logika jedinica tada INT/SQW pretstavlja vezu izmeu registra za uvanje vremena i jednog od alarma.Bit 3 i 4 (RS1 i RS2) : Ova dva bita kontroliu frekfenciju pravouglog izlaza na pinu INT(SQW) ,ukoliko je on ukljuen . Naredna tabela pokazuje sve mogue kombinacije i frekfencije s kojima su one povezane. Kada se prvi puta ureaj spoji na napon oba bita su logike jedinice (1).

Tabela 5.RS2RS1Frekfencija na square-wave izlazu

001 Hz

011024 kHz

104096 kHz

118192 kHz

Bit 5 (CONV) : Postavljanjem ovog bita u logiku jedinicu prisiljavamo temperaturni senzor da temperaturu konvertuje u digitalni signal i da pokrene TCXO algoritam koji mijenja kapacitivni opseg oscilatora. Ovo se moe desiti samo ukoliko se komunikacija ve ne odvija , a sam proces komunikacije i promjene vremena traje 64 sekunde. Zakljuujemo da bit broj 5 slui da prisili provjeru temperature. Ovaj bit ostaje u logikoj jedinici dok se proces provjere i izmjene vremena ne zavri, potom se automatski vraa u logiku nulu (0).

Bit 6 (BBSQW) : Kada je ovaj bit u stanju logike jedinice a u isto vrijeme INTCN = 0 uz VCC