Xem mẫu
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
MỤC LỤC
LỜ I NÓI ĐẦU ................................................................................................................................ 1
CHƯƠNG I. ĐẶ T VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ................................................................... 5
1.1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................................ 5
1.2. Mụ c đích và yêu cầu................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Mục đích.................................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Yêu cầu ................................ ................................ ...................... Error! Bookmark not defined.
1.3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................ ............... 5
1.4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................................... 5
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED ĐƠN ............. 6
2.1. Khái quát chung về LED .......................................................................................................... 6
2.1.1. Lịch sử hình thành đ èn LED ................................................................................................ 6
2.1.2. Khái niệm về LED.................................................................................................................. 6
2.1.3. Ho ạt động của đèn LED ................................................................ ................................ ........ 6
2.1.4. Ưu nhược điểm của đèn LED ................................ ................................ .............................. 7
2.1.5. Ứng dụng củ a đèn LED ................................ ......................................................................... 8
2.2. Phương pháp điều khiển đèn LED................................ ................................ .......................... 8
2.2.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................................................ 8
2.2.2. Giới thiệu chung về hệ thống ............................................................................................. 10
2.2.3. Sơ đồ khối củ a m ạch hiển thị dùng ma trận LED .......................................................... 11
2.2.4. Nhiệm vụ của các khố i ........................................................................................................ 11
CHƯƠNG III. THIẾT K Ế PHẦN CỨNG ....................................................................... 20
3.1. Phân tích hệ thống ................................................................................................................... 20
3.1.1. Nguyên lý hoạt động của b ảng điện tử ................................................................ ............. 20
3.1.2. Phân tích hệ thống ................................................................................................................ 21
3.2. Thiết kế tổng quan hệ thống .................................................................................................. 21
3.2.1. Thiết kế tổng quan phần cứng ................................ ................................ ............................ 21
3.2.2. Thiết kế phần cứng ............................................................................................................... 22
CHƯƠNG 4. THIẾT K Ế PHẦN MỀM ............................................................................ 30
4.1. Lưu đồ thu ật toán ................................ ................................ ........ Error! Bookmark not defined.
4.2. Ph ần mềm .................................................................................................................................. 32
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................... 45
5.1. Kết Luận .................................................................................................................................... 45
5.2. Hướng phát triển ...................................................................................................................... 46
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
LỜI NÓI ĐẦU
******O()O******
Qu ảng cáo luôn là một trong các vấn đề đóng vai trò quan trọng trong sự phát
triển của một công ty, doanh nghiệp hay thậm chí là của một cửa hàng. Quảng cáo tốt
sẽ đem lại nhiều lợi ích to lớn. Cũng chính vì vậy m à không ngạc nhiên khi hàng năm
các doanh nghiệp đã đ ầu tư rất nhiều vào vấn đề này. Một trong những biện pháp đư ợc
ưa dùng hiện nay đó là sử dụng bảng quảng cáo bằng đèn LED, vì sự đ ơn giản, hiện
đại, bắt mắt, chi phí hợp lý cũng nh ư tính hiệu quả của nó. Những bảng thông tin, cổng
chào hay những bảng LED quảng cáo với màu sắc sặc sỡ, bắt mắt, gây nhiều chú ý
ch ắc hẳn đ ã không còn xa lạ đối với người dân, nhất là ngư ời dân đô thị.
Qu ảng cáo bằng đ èn LED hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều
ngành, nhiều lĩnh vực. Nó không chỉ giới hạn bởi việc hiển thị các dòng chữ, các biển
hiệu nhấp nháy mà còn có thể hiển thị các hình ảnh đồ họa, các h ình ảnh đầy đủ màu
sắc và đặc biệt là có thể hiển thị được cả video. Nó cũng không chỉ giới hạn trong việc
quảng cáo trong nhà (indoor), bán ngoài trời (semi – outdoor ) m à còn có th ể quảng
cáo ở cả ngoài trời, ngay giữa ban ngày với độ sáng và độ sắc nét cao.
Do vậy, em đ ược thầy giáo Nguyễn Xuân Chiến giao cho đề tài:”Nghiên cứu
xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận ” làm đề tài thực tập tốt nghiệp.
Nhiệm vụ thiết kế :
Bảng ma trận LED hiển thị chữ 1 màu đỏ chạy hiệu ứng từ phải qua trái.
Hiển thị được đồng hồ kim có cả giờ,phút, giây.
Trong thời gian làm đồ án em luôn nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các
thầy cô giáo trong khoa Điện tử, đặc biệt là thầy Nguyễn Xuân Chiến và các b ạn sinh
viên khác cùng với sự nỗ lực hết mình, em đã hoàn thành bản đồ án một cách tốt nhất.
Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế và thời gian có hạn n ên bản đồ án của em hẳn vẫn
còn nhiều thiếu sót. Em kính mong nhận đư ợc sự đóng góp của các thầy cô giáo và các
bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn!
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Giới.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
Hà nội, Ngày… tháng 05 năm 2011
GV hướng dẫn:
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ
1 .1. Lý do chọn đề tài
Điện – Điện tử là một trong những lĩnh vực rất phát triển và đánh giá được tốc độ
phát triển về kinh tế cũng như khoa học kĩ thuật của một đất nước. Việc phát triển, chế
tạo các lọai Chip, các lọai IC tích hợp thông dụng, có ứng dụng nhiều trong thực tế có
vai trò to lớn trong quá trình phát triển khoa học kĩ thuật liên quan đến kĩ thu ật điện –
điện tử - tự động hóa. Ở Việt Nam công nghệ chế tạo các lọai Chip vi điều khiển, các
công ngh ệ tích hợp IC chưa đư ợc chú trọng phát triển, phần lớn còn ứng dụng và phụ
thuộc nhiều vào các công ngh ệ tiên tiến của các nước phát triển như: Mỹ, Nhật Bản …
đặc biệt là tập đo àn điện tử khổng lồ Intel…
Vì vậy việc học tập, tìm hiểu nghiên cứu lại những công nghệ phát triển của các
nước bạn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với người học và đóng vai trò không nhỏ
trong quá trình phát triển nền giáo dục của nước nhà.
1.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đồ án môn học nói riêng và các môn học chuyên ngành
Điện tử nói chung là các sinh viên theo học, tìm hiểu và nghiên cứu trong lĩnh vực
Điện tử, đồng thời là tất cả những người yêu thích chuyên ngành Điện tử, vì đây là
môn học cơ b ản làm nền tảng, trang bị kiến thức cho người học để có thể tự tìm hiểu,
nghiên cứu các tài liệu học tập cho các môn học tiếp theo, đồng thời cũng cố kiến thức
các môn học đã được học trong thời gian theo học tại trường.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu đề tài của đồ án môn học : Nghiên cứu xây dựng Bảng
quảng cáo từ LED m a trận chủ yếu bằng thực nghiệm. Vì môn học có tính chất lý
thuyết, và liên quan mật thiết đến thực tế n ên việc tìm kiếm tài liệu tiếng Việt liên
quan đến đề tài là rất khó khăn n ên quá trình hòan thành đồ án môn học chủ yếu bằng
các tài liệu do giáo viên hướng dẫn cung cấp cùng sự giúp đỡ của bạn bè, các sinh viên
khóa trên và một số tài liệu trên mạng Internet.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED MA
TRẬN
2.1. Khái quát chung về LED
2.1.1. Lịch sử hình thành đèn LED
Cách đây 13 năm, đèn LED quả là không tư ởng cho tới khi khoa học công nghệ
xuất hiện. Nó đã giải quyết mọi khó khăn còn vướng m ắc. Kể từ đó, đèn LED đ ã tạo
nên cuộc cách mạng nhanh chóng. Chúng hiện đang được lắp đặt trong rất nhiều thiết
bị, bao gồm cả hệ thống chiếu sáng của bể bơi, đèn đọc…
Đèn LED đ ã có mặt từ những thập niên 60, nhưng mà hầu hết chỉ dùng hiển thị
thời gian của đồng hồ báo thức hay dung lượng pin của máy ghi h ình. Một thời gian
dài, đèn LED đã không được dùng làm nguồn sáng bởi vì chúng chỉ cho ánh sáng đỏ,
xanh lá cây và vàng mà không cho ánh sáng trắng. Đến năm 1993, công ty hoá chất
Nichia của Nhật Bản cho ra đời loại đèn LED xanh dương, là sự kết hợp giữa ánh sáng
đỏ và xanh lá cây để cho ra ánh sáng trắng. Sự kiện này đã mở ra một lĩnh vực mới về
công nghệ LED. Đèn LED dựa trên công nghệ bán dẫn ngày càng tăng về độ chiếu
sáng, hiệu suất và tuổi thọ, giống nh ư bộ xử lý của máy tính, phát triển ngày càng
nhanh và giá thành ngày càng
giảm theo thời gian.
Nh ững năm 1960: Phát minh ra đèn Led ánh sáng đỏ.
Nh ững năm 1970: Phát minh ra Led 7 đoạn.
Nh ững năm 1980: Phát minh ra led xanh lá cây.
Nh ững năm 1990: Phát minh ra led xanh dương là cơ sở để phát triển đ èn led ánh sáng
trắng.
Nh ững năm 2000: Thời điểm bùng nổ đèn Led chiếu sáng.
2.1.2. Khái niệm về LED
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có
khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED
được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.
2.1.3. Hoạt động của đèn LED
Hoạt động của đ èn LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn. Khối bán dẫn loại p
chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa
các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối
n. Cùng lúc khối p lại nhận th êm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết
quả là kh ối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích
điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Ở b iên giới hai bên m ặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến
lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo th ành các nguyên tử trung hòa.
Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện
từ có bước sóng gần đó).
Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra
khác nhau (tức m àu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lư ợng (và màu sắc của
LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.
LED thư ờng có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng
1,5 đến 3 V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED th ì không cao. Do đó, LED rất dễ
bị hư hỏng do điện thế ngư ợc gây ra.
Loại LED điện thế phân cực thuận:
Đỏ: 1,4 - 1,8V.
Vàng: 2 - 2,5V.
Xanh lá cây: 2 - 2 ,8V.
2.1.4. Ưu nhược điểm của đèn LED
Ưu điểm
+ Tuổi thọ cao: Hiện tại đ èn LED cho ánh sáng trắng có tuổi thọ lên tới 50,000 giờ sử
dụng liên tục gấp 50 lần so với bóng đèn 60W thông thường. Nếu sử dụng 10 giờ mỗi
ngày, thì bóng có th ể sử dụng trong 23 năm.
+ Lợi ích kinh tế: Đèn LED tiết kiệm 70-80% năng lượng so với các loại bóng đèn
thông thường.
+ Tốt cho thị lực của người sử dụng: Ánh sáng của đèn LED dịu mát, hiệu ứng chói
mắt thấp và hoàn toàn không nh ấp nháy hư của bóng huỳnh quang, vốn bị coi là
nguyên nhân
gây ra bệnh đau nửa đầu và động kinh.
+ Ít ảnh hưởng tới môi trường: Do phần lớn năng lượng được chuyển hóa th ành quang
năng, do đó hiệu ứng nhiệt của đèn LED rất thấp. Nó ho àn toàn không tỏa nhiệt vào
môi trường. Các nghiên cứu khoa học cho thấy một bóng LED trung bình tỏa ra một
lượng nhiệt 3,4 btu/h (tương đương với 1W), trong khi một bóng đèn dây tóc có độ
sáng tương đương tỏa ra nhiệt lượng khoảng 85 btu/h (tương đương với 25W). Ngo ài
ra bóng đèn LED không chứa thủy ngân và do đó sẽ ít gây h ại cho môi trường h ơn khi
thải bỏ
+ Thời gian khởi động nhanh: Không giống với bóng đ èn hu ỳnh quang, đèn LED gần
như bật sáng ngay lập tức khi được cấp điện.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
+ Bền vững đặc biệt: Do được làm từ chất liệu nhựa cao cấp nên đèn LED có thể chịu
đựng các lực va đập mạnh, hoặc các ảnh hưởng bởi thời tiết như mưa , n ắng …
Nhược điểm
+ Chi phí sản xuất cao, lắp đặt thi công phức tạp, tốn nhiều thời gian hơn các loại bóng
thông thường khác.
+ Toả nhiệt ở chân đ èn, gây ảnh h ưởng đến các bộ phận liền kề.
+ Chưa tiện dụng: Đèn LED vẫn là mặt hàng công nghệ cao phải mua từ đại lý của
hãng, bộ điều khiển của hãng nào chỉ chạy với đèn LED của đúng h ãng đấy mà thôi.
2.1.5. Ứng dụng của đèn LED
+ Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng.
+ LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng
cáo, trang trí, đèn giao thông.
+ Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí
neon. Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết
kiệm năng lư ợng.
+ Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ
điện tử dân dụng.
+ Ðèn LED có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như đèn đọc, chiếu sáng bể bơi,
nhất là cho chiếu sáng quảng cáo ngoài trời tại những nơi khó thay lắp, do có tuổi thọ
cao hơn nhiều lần so với bóng đèn neon, đồng thời có nhiều mầu sắc phong phú như:
đỏ, xanh lá, xanh da trời, mầu hổ phách...
Ở nước ta, đèn LED được ứng dụng để tiết kiệm năng lượng, phục vụ cho quảng
cáo, chiếu sáng đô thị. Ðiển hình là việc lắp đặt hệ thống đèn LED tại cầu sông Hàn và
Thu ận Phước (TP. Ðà Nẵng).
2.2. Phương pháp điều khiển đèn LED
Theo yêu cầu của đồ án: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED đơn. Hiển
thị được dòng chữ chạy: “KHOA ĐIỆN TỬ”. Bảng hiển thị màu đỏ, với kích thước
16x64. Vì vậy ta chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thước mỗi modul là 16x32 LED
tương đương với một LED ma trận có kích thư ớc 16x32. Sau đó ta điều khiển theo
nguyên tắc của LED ma trận.
2.2.1. Cơ sở lý thuyết
Dựa trên nguyên tắc như quét màn hình, ta có thể thực hiện việc hiển thị ma trận
đèn bằng cách quét theo hàng và quét theo cột. Mỗi LED trên ma trận LED có thể coi
như một điểm ảnh. Địa chỉ của mỗi điểm ảnh này được xác định đồng thời bởi mạch
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
giải m ã hàng và giải mã cột, điểm ảnh này sẽ được xác định trạng thái nhờ dữ liệu đưa
ra từ bộ vi điều khiển AT 89C52. Như vậy tại mỗi thời điểm chỉ có trạng thái của một
điểm ảnh được xác định. Tuy nhiên khi xác định địa chỉ và trạng thái của điểm ảnh
tiếp theo thì các
điểm ảnh còn lại sẽ chuyển về trạng thái tắt (nếu LED đang sáng thì sẽ tắt dần). Vì th ế
để hiển thị được toàn bộ h ình ảnh của ma trận đèn, ta có thể quét ma trận nhiều lần với
tốc độ quét rất lớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt của đèn. Mắt người chỉ nhận biết
được tối đa 24 hình/s do đó n ếu tốc độ quét rất lớn th ì sẽ không nhận ra được sự thay
đổi nhỏ của đèn mà sẽ thấy được to àn bộ hình ảnh cần hiển thị.
Sơ đồ khối:
Giải mã cột
Dữ liệu Ma trận đèn
Giải mã
LED
hàng
Hình 2.1. Sơ đồ khối dùng ma trận LED
Để thực hiện được quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau:
+ Các LED trên cùng một h àng sẽ được nối các chân d ương với nhau.
+ Các LED trên cùng một cột sẽ được nối các chân âm với nhau như hình vẽ.
Ta có thể mô phỏng một ma trận LED đơn giản 4x4 như sau:
Hình 2.2. S ơ đồ thiết kế ma trận LED
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Trạng thái của một LED sẽ đ ược quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời
cả 2 chân. Ví dụ để LED sáng thì điện áp 5v phải đưa vào chân dương và chân âm ph ải
được nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương. Với đề tài này,
chúng em chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thư ớc mỗi modul là 16x32 LED để hiển
thị.
Ta có sơ đồ nguyên lý của ma trận LED 8x8:
Hình 2.3. S ơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8
2.2.2. Giới thiệu chung về hệ thống
Với mục đích tìm hiểu về cách thiết kế và xây d ựng một bảng quảng cáo điện tử
bằng đ èn LED đơn giản chúng em xây dựng một hệ thống quang báo với sơ đ ồ khối
như sau:
Khối điều khiển hiển thị: có ch ức năng xử lý các dữ liệu mà máy tính truyền tới
để tạo ra các dữ liệu về mức logic cần cấp cho các LED trong từng cột đồng thờ i điều
khiển quá trình cấp nguồn cho led ma trận. Khối này được xây dựng bằng các thủ tục
xử lý dữ liệu trên vi điều khiển. Khi nhận được dữ liệu về chuỗi ký tự cần hiển thị thì
khối này sẽ tạo dữ liệu về mức logic cần cấp cho LED ma trận. Khi nhận được dữ liệu
về màu sắc,
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
hiệu ứng hiển thị thì khối này sẽ xác định thủ tục gửi dữ liệu cho các khối chốt dữ liệu
hàng và cột.
2.2.3. Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED
2.2.4. Nhiệm vụ của các khối
Bộ vi điều khiển 89S52
Đây là nơi lưu giữ chương trình điều khiển chính và dữ liệu cho các mạch giải mã
hàng và cột. AT89C52 là m ột hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công
suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được/lập trình được.
Chip này
được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao.
AT89S52 có các đ ặc trưng chuẩn sau: 8Kbyte Flash, 256 byte RAM, 32 đường xuất
nhập, ba bộ định thời/đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên và 6 nguyên nhân
ngắt, một port nối tiếp song công, mạch tạo d ao động và tạo xung Clock trên Chip.
Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời/đếm, Port nối
tiếp và h ệ thống ngắt hoạt động.
Mô tả các chân của IC 8952:
Hình2.4. S ơ đồ chân IC 89S52
- Vcc: Chân cung cấp điện.
- GND: Chân nối đất.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
- Port 0: Port 0 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều cực D hở. Port 0 còn đ ược cấu hình
làm bus đ ịa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ
liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài. Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập
trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình.
- Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.
Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân n ày được kéo lên mức cao
bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm
nhiệm vụ
là các port nh ập, các chân của port 1 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên
ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong.
- Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.
Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này đư ợc sử dụng như là
các ngõ
vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp
do tác động b ên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 2 tạo ra
b yte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và
trong th ời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngo ài sử dụng các địa chỉ 16 bit.
- Port 3 : Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong. Khi các
logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo lên m ức cao bởi các
điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm
vụ port nhập, các chân của port 3 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên
ngoài sẽ cấp dòng do có các đ iện trở kéo lên bên trong. Port 3 còn đ ược sử dụng làm
các chức năng khác của AT89C52 :
P3.0 gõ vào Port nối tiếp.
P3.1 gõ ra Port nối tiếp.
gõ vào ngắt ngoài 0.
P3.2
gõ vào ngắt ngoài 1.
P3.3
gõ vào bên ngoài của bộ định thời 1.
P3.4
gõ vào bên ngoài của bộ định thời 0.
P3.5
P3.6 điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.
P3.7 điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngo ài.
- RST: Ngõ vào Reset. Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ dao
động đang hoạt động sẽ Reset AT89S52.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 2.5. Mạch Reset tự động khi khởi động máy
Với bài này em thực hiện Reset bằng cách nối chân 9 của 89S51 với nguồn 5V .
- ALE: ALE là m ột xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable)
cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài. Chân này
cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình (PROG) trong th ời gian lập trình cho
FlashC.
Khi ho ạt động bình th ường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng 1/6 tần số
của
mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên ngoài
vàtạo xung Clock. Tuy nhiên cần lưu ý là một xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kì
truyxuất của bộ nhớ dữ liệu ngoài.
Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá bằng
cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8E(h). Khi bit này
được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnh MOVX hoặc MOVC. Ngư ợc
lại chân này sẽ đượckéo lên mức cao. Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte
thấp của địa chỉ sẽkhông có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi
chương trình ngoài.
- XTAL1 : Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào đến
mạch tạo xung Clock b ên trong chip.
- XTAL2 : Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động. Để tạo mạch dao
động cho vi điều khiển 89C52 hoạt động, chúng em chọn mạch tạo dao động nh ư hình
vẽ dưới đây, với các giá trị của linh kiện là: C1 = C2 =30pF.
Thạch anh dao động có tần số 12MHz.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Chú ý: C1, C2 = 30 pF ± 10 pF for Crystals
= 40 pF ± pF for Ceramic Resonators
Hình 2.6. Kết nối của mạch dao dộng
Mạch giải mã hàng
Dùng IC 74LS138 (3 đầu vào, 8 đ ầu ra) để giải mã cho các cột của các ma trận
LED. Do mỗi thời điểm chỉ có một IC giải m ã được làm việc nên ta phải thiết kế mạch
phân kênh đ ể chọn IC làm việc.Ví dụ dùng chân P2.3 & P2.4 của vi điều khiển 89C52
để làm đ ầu vào cho mạch phân kênh.
Sơ đồ chân IC 74LS138
Hình 2.7.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 2.8. S ơ đồ chân IC 74L
Ta có bảng 1: bảng trạng thái cho mạch phân kênh như sau:
H = HIGH Level
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
L = LOW Level
X = Don’t Care
G2 = G2A + G2B
Hình 2.9. Bảng trạng thái phân kênh
Theo nguyên tắc quét ma trận led thì tại mỗi thời điểm ta chỉ cấp nguồn cho
một hàng của ma trận do đó có thể dùng 74LS138 để cấp nguồn cho các hàng của ma
trận . Các đầu vào ( A,B,C) của 74LS138 sẽ được nối với các chân của IC đệm tăng
dòng, các đầu ra của 74LS138 được nối với các cột của ma trận led thông qua một
cổng phủ định ( hoặc các bộ đệm dòng cấp nguồn cho hàng ), còn các chân G1 đư ợc
nối với dương nguồn,G2A được nối đất, G2B nối với chân cho phép đầu ra của IC đệm
tăng dòng .Thông qua việc gửi tín hiệu từ vi điều khiển tới các chân đầu vào của
74LS138 ta có thể chọn đư ợc hàng cần cấp nguồn .
Khi mở rộng ma trận ta tăng thêm số lượng IC để cấp nguồn cho tất cả các
hàng, các IC này có thể cùng nối chung hoặc riêng chân điều khiển. Hoặc chỉ sử dụng
một IC nhưng cấp nguồn đồng thời cho tất cả các ma trận, khi đó một chân của IC sẽ
được nối với các h àng của các ma trận khác nhau
Mạch giải mã cột
Điều khiển cấp nguồn cho cột dùng 74HC59
Chức năng của 74HC59
74HC595 là bộ ghi dịch 8 bít gồm có :
1 đầu vào cho phép (OE )
1 đầu vào chọn thanh ghi dịch ( M R )
1 đầu vào dữ liệu nối tiếp (DS)
1 đầu vào cấp xung cho thanh ghi dịch (SH_CP)
1 đầu vào cấp xung cho thanh ghi chứa (ST_CP)
8 đầu ra 3 trạng thái ( Q1 đến Q7 và Q7’)
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình2.10. Sơ đồ chân 74HC595
Bảng2 : Chức năng hoạt động của 74HC595
Đầu vào Đầu ra
Ch ức năng
SH_CP ST_CP OE DS Q7’ Qn
MR
MR mức thấp dữ liệu chỉ dịch
trong thanh ghi d ịch đầu ra
kđ
X X L L X L
không đổi trạng thái
Xóa thanh ghi dich nạp dữ liệu
X L L X L L
vào thanh ghi chứa
Xóa thanh ghi d ịch đầu ra ở
X X H L X L Z
trạng thái trở kháng cao
Dịch chuyển trạng thái cao vào
thanh ghi d ịch, giá trị trước đó
của bít thứ 6 trong thanh ghi
kđ
X L H H Q6’
dịch được chuyển sang đầu ra
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Q7’
Nội dụng của thanh ghi dịch
được chuyển sang thanh ghi
kđ
X L H X Qn’
chứa và chuyển sang đầu ra
Dịch chuyển nội dung của
thanh ghi dịch đồng thời nội
dung của thanh ghi d ịch cũ
được chuyển vào thanh ghi
L H X Q6’ Qn’
chứa và các đ ầu ra song song
Sử dụng 74HC595để cấp nguồn cho các cột của ma trận
Khi dùng 74HC595 để cấp nguồn cho ma trận led ta nối các đầu ra song song
của 74HC595 với các chân cấp nguồn cho các cột của ma trận. Đồng thời phải sử dụng
3 chân của vi điều khiển để nối với các chân DS,SH_CP,ST_CP của 74HC595. Các
bit dữ liệu mã hóa mức logic cần cấp cho các cột của 1 h àng ma trận sẽ được truyền
liên tiếp DS của 74HC595. Để đồng bộ bit th ì vi điều khiển mỗi khi xu ất 1 bit tới chân
DS sẽ phát một xung có sườn dương vào chân SH_CP. Sau khi truyền xong hết dữ
liệu, để các led trên cột sáng th ì ta phải chuyển dữ liệu trong thanh ghi dịch vào các
đầu ra của 74HC595 bằng cách cấp 1 xung sườn dương vào chân ST_TP. Chú ý để IC
có thể hoạt động và đ ẩy dữ liệu ra các chân đầu ra thì chân OE ph ải nối đất, chân MR
nối dương nguồn.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 2.11. Ghép nối 74HC595 với vi điều khiển để cấp nguồn cho hàng của
ma trận
Khi mở rộng ma trận led ta ghép nhiều 74HC595 nối tiếp nhau: các chân SH_CP
được nối chung với 1 nguồn cấp xung, các chân ST_CP cũng được nối chung với
nhau, đầu ra Q7’ của IC phía trước đư ợc nối với đầu vào DS của IC tiếp theo. Khi đó
dữ liệu sẽ được dịch đồng bộ từ IC n ày sang IC khác và đầu ra của các IC cũng được
chốt đồng bộ.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
- Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 2.12. Ghép nối tiếp các IC 74HC595
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.1. Phân tích hệ thống
3.1.1. Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử
Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử dựa theo nguyên lý hoạt động của các màn
hình, đó là sử dụng phương pháp quét hình theo từng dòng.Mỗi dòng gồm nhiều điểm
ảnh, mỗi điểm ảnh có thể có một hoặc vài đèn, màu sắc khác nhau. Mỗi đèn được biểu
diễn thông qua một bit dữ liệu, bit 1 tương ứng với đèn sáng, bit 0 tương ứn g với đèn
tắt.
Tại một thời điểm, không phải tất cả các dòng trên màn hình đều sáng nhưng do
tốc độ quét nhanh và sự lưu ảnh trên võng mạc tạo cho người nh ìn th ấy hình ảnh liên
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
nguon tai.lieu . vn