Đồ án Kỹ thuật vi xử lý: Bức tranh điện tử dữ liệu nhập từ PC

Đồ án Kỹ thuật vi xử lý Trường Đại học Cần Thơ BỨC TRANH ĐIỆN TỬ DỮ LIỆU NHẬPTỪ PC Trần Thanh Sang1, Trần Trung Hiếu2, Nguyễn Thanh Mãi3 GVHD: Ths.Trần Hữu Danh4 ABSTRACT Nowaday, advertising demand for products as well as provide information more and more increasing. So, advertising LED display fast-growing and it’s used at a lot of field such as advertising, provide information, news, stock market, etc. However, the way to display picture on the dot matrix LED with a variety content (string, picture, video), which is imported directly from the computer is new. Therefore, the subject “Electronic Picture” will provide the basic knowledges, which help us to have a overview of this issue. In the near future, the subject will be more widely applied in the life. Within the scope of project, our group only design the project to display picture and shift (right or left) the basic string on dot matrix LED size 24x24 by using dot matrix LED scanning method combine with importing data from computer by using UART communicaton, which is available into MSP430G2553 microcontroller. After completing the project, the our demo circuit running stably, it can display the string with fews effects as shift left or shift right, it can also communicate by UART with Launchpad MSP430G2553 Kit to display fews simple pictures. Keyword: Electronic picture, MSP430G2553, dot matrix LED, UART,… Title: Electronic Picture with the data is loaded from the computer TÓM TẮT Ngày nay, nhu cầu quảng cáo sản phẩm cũng như việc thông tin tin tức ngày càng lớn. Do đó, quang báo hiển thị trên led ma trận ngày càng phát triển và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như quảng cáo, thông tin tin tức, thời sự, chứng khoán,… Tuy vậy, việc thể hiện hình ảnh lên led ma trận với nội dung đa dạng (chuỗi ký tự, hình ảnh, video) bằng cách nhập dữ liệu trực tiếp từ máy tính còn khá mới mẻ. Do vậy, việc nghiên cứu đề tài “Bức tranh điện tử” sẽ cung cấp những kiến thức cơ bản, giúp chúng ta có một cách nhìn bao quát về vấn đề này. Đề tài hứa hẹn sẽ được ứng dụng rộng rãi hơn nữa trong các lĩnh vực của đời sống. Do trong khuôn khổ khối giải mã hàng, nhóm chỉ hiển thị hình ảnh và dịch chuỗi cơ bản trên led ma trận 24x24 bằng cách sử dụng phương pháp quét led ma trận, cùng với việc nhập dữ liệu từ máy tính bằng giao tiếp UART có sẵn của chip vi xử lí MSP430G2553. Sau thời gian thực hiện khối giải mã hàng, mạch demo của nhóm chạy khá ổn định, hiển thị được chuỗi dịch trái hoặc phải, giao tiếp UART hiển thị được bức tranh đơn giản. Từ khóa: Bức tranh điện tử, MSP430G2553, led ma trận, giao tiếp UART,… 1 Sinh viên lớp Kỹ thuật máy tính, Mã số SV: 1101041, Số ĐT: 01678767576, email: sang101041@student.ctu.edu.vn 2 Sinh viên lớp Kỹ thuật máy tính, Mã số SV: 1100996, Số ĐT: 01212651211, email: hieu100996@student.ctu.edu.vn 3 Sinh viên lớp Kỹ thuật máy tính, Mã số SV: 1101017, Số ĐT: 01635131946, email: mai101017@student.ctu.edu.vn 4 Bộ môn Điện tử - Viễn thông, Khoa Công Nghệ, ĐH Cần Thơ 1 Đồ án Kỹ thuật vi xử lý Trường Đại học Cần Thơ 1 GIỚI THIỆU Như chúng ta đã biết, quang báo được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống, đặc biệt là quảng cáo. Tuy vậy, các biển quảng cáo thường chỉ hiện thị được chuỗi kí tự mà không hoặc rất hạn chế trong việc hiển thị hình ảnh với màu sắc khác nhau. Một điều nữa, nội dung trên các mạch đó thường không thể sửa đổi hoặc rất khó để sửa đổi, gây ra lãng phí khi muốn thay đổi nội dung trên đó. Do vậy, với khối giải mã hàng “Bức tranh điện tử”, nhóm chúng em hi vọng sẽ mang đến một cách nhìn mới và một phương pháp mới để hiển thị trên quang báo, để từ đó nâng cao được chất lượng và giá trị của bức tranh điện tử, tránh lãng phí, góp phần vào sự phát triển chung của ứng dụng này. Sau khi thực hiện đề tài, nhóm mong muốn mạch quang báo bức tranh điện tử sẽ được sử dụng ngày càng rộng rãi hơn nữa để làm cho các biển quảng cáo, các bảng thông tin điện tử sinh động hơn, gây được chú ý hơn. Hơn thế nữa, nhóm hi vọng khối giải mã hàng sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn có niềm đam mê thật sự với điện tử nói chung, và với bức tranh điện tử nói chung. 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1 Tổng quan 2.1.1 Giới thiệu về họ vi điều khiển MSP430 ­MSP430 là họ vi điều khiển thuộc thiết kết theo cấu trúc RISC 16-bit, được sản xuất bởi công ty Texas Instruments (TI). ­Là dòng vi điều khiển siêu tiết kiệm năng lượng, sử dụng nguồn thấp, khoảng điện áp nguồn cấp từ 1.8V – 3.6V. ­Ngày nay, MSP430 ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống nhờ các tính năng đa dạng, đặc biệt tiết kiệm năng lượng thích hợp cho các thiết bị nhúng mà giá thành lại rẻ hơn nhiều so với các loại vi điều khiển khác. 2.1.2 Khái quát giao tiếp UART ­UART (Universal Asynchronous serial Receiver/Transmitter) là Bộ truyền/nhận dữ liệu nối tiếp không đồng bộ, khi kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp (ở đây là cổng COM hay RS232) tạo thành một chuẩn giao tiếp. ­Ngày nay, cổng USB dần thay thế cổng COM nên việc truyền nhận UART được chuyển đổi dần sang cổng USB . Do đó, nhóm sử dụng Kit LAUNCHPAD MSP430G2553 có khả năng giao tiếp UART với máy tính qua cổng USB. 2.1.3 Sơ đồ khối Đề tài bao gồm các khối chức năng sau: ­Khối nạp dữ liệu từ máy tính: Nạp code chương trình (ngôn ngữ C), giao tiếp UART với khối điều khiển. ­Khối điều khiển (vi điều khiển MSP430G2553): Điều khiển mọi hoạt động của mạch, bao gồm nhận dữ liệu và giao tiếp UART với máy tính, tạo các tín hiệu điều khiển và nạp dữ liệu cho các khối mở rộng port và khối giải mã hàng. 2 Đồ án Kỹ thuật vi xử lý Trường Đại học Cần Thơ ­Khối mở rộng port: Nhận các tín hiệu điều khiển và dữ liệu nối tiếp từ khối điều khiển và xuất dữ liệu qua khối đệm ra khối hiển thị. ­Khối đệm: Đệm dữ liệu đầu ra của khối mở rộng port để đảm bảo các led ma trận sáng tốt và không bị giật. ­Khối giải mã hàng: Quét các hàng của led ma trận để chọn từng hàng hiển thị tương ứng với dữ liệu đưa vào ở cột. Khối nạp dữ liệu từ máy tính Giao tiếp UART Khối mở rộng port Khối điều khiển (vi điều khiển Khối đệm Khối led ma trận 24x24 Khối giải mã hàng Hình 1. Sơ đồ các khối chức năng trong đề tài “Bức tranh điện tử” 2.2 Thiết kế chi tiết 2.2.1 Khối nạp dữ liệu từ máy tính ­Kết nối: Nối trực tiếp với khối điều khiển qua cáp USB kèm theo trong kit Launchpad MSP430G2553. ­Sử dụng chương trình IAR Embedded Workbench (for MSP430) để soạn thảo và nạp code chương trình vào khối điều khiển (MSP430G2553). ­Sử dụng chương trình Advanced Serial Port Terminal để giao tiếp UART (truyền – nhận ký tự) với Kit Launchpad MSP430G2553. ­Sử dụng phần mềm Proteus 7.10 để mô phỏng thiết kế. 2.2.2 Khối điều khiển ­Kết nối: Nối với khối nạp dữ liệu từ máy tính (như trên); nối với khối mở rộng port và khối giải mã hàng từ các port của MSP430G2553 bằng các bus để điều khiển hoạt động của các khối này. ­Khối điều khiển được sử dụng trong khối giải mã hàng chính là kit Launchpad sử dụng chip MSP430G2553 do công ty Texas Instruments sản xuất (Hình 2). Hình 2. Kit Launchpad sử dụng chipMSP430G2553 do Texas Instruments sản xuất 3 Đồ án Kỹ thuật vi xử lý Trường Đại học Cần Thơ ­Sơ lượt về chip vi điều khiển MSP430G2553:  MSP430G2553 thuộc họ vi điều khiển MSP430 do Texas Instrument sản xuất nên có các đặc điểm chung của họ MSP430 như: thiết kế theo cấu trúc RISC 16-bit, là dòng vi điều khiển siêu tiết kiệm năng lượng, công suất tiêu thụ cực thấp, điện áp nguồn khoảng 1,8-3,6V và một số tính năng khác.  MSP430G2553 còn có các tính năng riêng, cụ thể như sau:  Có 5 chế độ tiết kiệm điện, mức tiêu thụ năng lượng thấp: Chế độ hoạt động: 220 µA ở tần số 1 MHz, 2,2 V. Chế độ Standby: 0,5 µA. Chế độ tắt (vẫn duy trì RAM hoạt động): 0,1 µA.  Thời gian đánh thức từ chế độ Standby nhỏ hơn 1 µs.  Thời gian 1 chu kì lệnh là 62,5 µs.  Bộ nhớ Flash 16 KB, bộ nhớ RAM 512 B.  Có bộ định thời Timer A 16-bit, bộ biến đổi ADC 10-bit.  Chuẩn giao tiếp không đồng bộ UART, I2C, SPI.  Các module clock cơ bản: Tần số nội lên tới 16 MHz, tần số làm việc lên đến 16MHz, thạch anh 32 KHz, có bộ cộng hưởng, nguồn tạo xung nhịp bên ngoài. Hình 3. Cấu trúc bên trong vi điều khiển MSP430G2553 Hình 4. Sơ đồ chân MSP430G2553 4 Đồ án Kỹ thuật vi xử lý Trường Đại học Cần Thơ ­Kết nối chi tiết MSP430G2553 để điều khiển các khối mở rộng port và khối giải mã hàng:  Khối mở rộng port: Kết nối với các chân P1.0, P1.3, P2.4, P2.5.  Khối giải mã hàng: Kết nối với các chân P1.4, P1.5, P1.6, P2.0, P2.1, P2.2.  Giao tiếp với máy tính: P1.1 (RXD) và P1.2 (TXD) dùng để giao tiếp UART. 2.2.3 Khối mở rộng port ­Kết nối: Nối với khối điều khiển và khối đệm. ­Ý tưởng: MSP430G2553 chỉ có 2 port nên việc điều khiển cho một lượng lớn led trên led ma trận là không thể, do đó, với đặc điểm ghi dịch có đầu vào nối tiếp, đầu ra song song, kết hợp với việc chốt dữ liệu dễ dàng, nên sử dụng 74595 để mở rộng port là hợp lý. ­Thành phần: Gồm 3 IC 74595 nối với 1 IC 74245 để đệm ngõ vào cho 74595. ­Sơ lượt về IC 74595:  Chức năng: Ghi dịch 8-bit kết hợp chốt dữ liệu, vào nối tiếp – ra song song. + Cấu tạo: Hình 5. Sơ đồ chân và cấu tạo bên trong của 74595  Chân 11: Cấp xung clock ghi dịch.  Chân 14: Chân đầu vào dữ liệu nối tiếp.  Chân 12: Cấp xung chốt dữ liệu (latch clock).  Chân 10: Chân clear (reset).  Chân 13: Chân cho phép ngõ ra (Output Enable).  Chân 15,1,2,3,4,5,6,7: Ngõ ra song song  Nguyên tắc hoạt động: Để ghi dịch 8 bit từ một chuỗi bit ở ngõ vào nối tiếp, ta làm như sau:  Bước 1: Set chân 10 (reset) ở mức cao, con chân 13 (output enable) ở mức thấp.  Bước 2: Đưa từng bit của chuỗi bit cần ghi dịch vào ngõ vào nối tiếp (chân 14). 5 ... - tailieumienphi.vn