TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐÔ THỊ KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ MẠCH LED MATRIX MÔN : ĐIỆN TRANG TRÍ MỸ THUẬT GVHD : LÊ NHO KHANH SVTH : ĐOÀN VĂN BẢN LỚP : CAO ĐẲNG CNKT ĐIỆN 2 KHÓA : 05 HÀ NỘI 2010 Mục Lục 2 Mục Lục 2 LỜI MỞ ĐẦU 2 I/ Ý TƯỞNG: 3 II. Tóm tắt lí thuyết 3 III/ SƠ ĐỒ GHÉP NỐI LED MATRIX 16 HÀNG: 5 IV/TIẾN HÀNH THIẾT KẾ: 6 2.2 Sơ đồ khối họ vi điều khiển 8051 7 2.3 ) Sơ đồ chân và chức năng 8 2.3.3) Sơ đồ chân Mạch tạo nguồn 5v: 11 Giới thiệu IC ổn áp 7805 : 11 SƠ ĐỒ MỞ RỘNG PORT SỬ DỤNG IC 74HC595: 12 3.1) SƠ ĐỒ CHI TIẾT CỦA IC 74HC595: 12 GIỚT THIỆU VỀ LED MA TRẬN : 13 5/ SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT: 15 VI ) CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH : 28 VII) TÀI LIỆU THAM KHẢO: 28 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay , nền công nghệ ứng dụng vi xử lý vào đời sống ngày càng khá phổ biến và không ngừng được phát triển ,hiện nay nó được đưa vào giảng dạy rộng rãi trong các trường đại học, cao đẳng và cả trung cấp dạy nghề. Trong đời sống nó được ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như điều khiển tự động , trang trí quảng cáo, các đèn giao thông đặc biệt chúng ta hay bắt gặp nhất là ứng dụng trong trang trí quảng cáo của vi xử lý.Những biển quảng cáo rất nổi bật làm chúng ta không khỏi tò mò .Đó chính là thành công của những người thiết kế. Trong cuốn sách này chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về kết cấu và nguyên lý hoạt động của bảng ma trận led và lập trình hiển thị nội dung mà chúng ta muốn thể hiện trên ma trận led thông qua phần mềm mô phỏng Proteus Từ yêu cầu của môn học Điện Trang Trí Mỹ Thuật và thực tiễn trên ,chúng em quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn môn học la: THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ DÙNG LED MATRIX Mục đích bài thực hành : - Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về led matrix , bộ vi xử lý - Nguyên lý hoạt động và sơ đồ chân cua IC AT89C51 Thông qua hình ảnh minh họa kem theo lời đẫn. Nội dung thực hành : - Tìm hiểu về IC AT89C51 - Kết nối phần cứng ,nguyên lý hoạt động của bảng led ma trix - Soạn thảo chương trình và mô phỏng trên Proteus Trong quá trình làm bài tập lớn và viết tài liệu chúng em không tránh khỏi những thiếu sót . Kính mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến ! GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC TẬP Lê Nho Khanh Đoàn Văn Bản Hà Nội , tháng 12 năm 2010 1 BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ DÙNG LED MATRIX I/ Ý TƯỞNG: Dựa vào phương pháp quét bàn phím , ta có thể thực hiện việc hiển thị thông tin trên led matrix bằng cách quét theo hàng hoặc theo cột . Mỗi led ma trận có thể coi như một điểm ảnh . Địa chỉ mỗi điển ảnh này được xác định đồng thời bởi mạch giải mã hang hoặc gải mã cột. Điểm ảnh này được xác định trạng thái nhờ bảng dữ liệu đưa ra từ bộ vi điều khiển 89C51. II. Tóm tắt lí thuyết 1. Mô tả thiết bị phần cứng Bảng thông tin điện tử gồm 60 cột, mỗi cột gồm 7 Led, trong mỗi cột các Led được nối như hình 12.1 Hình 12.1 2 Nếu coi mỗi Led là một điểm sáng thì bảng hiển thị của chúng ta coi như một ma trận gồm 7 hàng và 60 cột. Mỗi Led tương ứng với một điểm sáng hoặc tắt. Nhìn vào sơ đồ ta thấy rằng mỗi Led ij sẽ sáng khi i = 0, j = 1 (i chạy từ 0 – 6 tương ứng từ P1.0 đến P1.6, j chạy từ 1 đến 60). Khi cột thứ j có giá trị là 1 sẽ làm cho các Led trên cột thứ j sáng tương ứng với giá trị của cổng P1. Ví dụ: Muốn bảng thông tin hiển thị chữ I bắt đầu từ cột thứ nhất thì ta xuất ra cổng P1 giá trị là 80H, và chân ra số 1 ở thanh ghi dịch phải có giá trị là 1 (5V). Qua ví dụ trên ta thấy rằng: Tại một thời điểm tương ứng với giá trị ở cổng P1 được đọc ra thì có duy nhất 1 cột có giá trị là 1 hay nói khác đi trong thanh ghi dịch 60 bit chỉ có duy nhất một bit = 1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 1 2 3 59 60 P3.1 P3.0 P3.4 Bộ ghi dịch vào nối tiếp ra song song - Cấu tạo thanh ghi dịch (xem hình 12.2): Hình 12.2 Ghi chú: - Chân P3.1 là đầu dữ liệu vào (data) - Chân P3.0 là xung (clock). Mỗi khi có 1 xung clock thì dữ liệu sẽ dịch phải 1 bít. - Chân P3.4 là chân xoá dữ liệu (clear). Khi P3.4=0 thì toàn bộ dữ liệu trong thanh ghi dịch sẽ bị xoá. Như vậy để quét theo cột thì số “1” phải được nạp vào cột 1 trong thanh ghi dịch ( ngay sau xung đầu tiên thì đường dữ liệu phải được cắt). Sau 60 xung thì số “1” chạy hết 1 lượt từ cột đầu tiên đến cột cuối cùng. 3 III/ SƠ ĐỒ GHÉP NỐI LED MATRIX 16 HÀNG: - Trong mạch ta sẽ sử dụng 12led matrix 8x8 ghép nối tiếp nhau - Các led này được hàn với nhau và được nối 0 v - Ta thực hiện quét led theo hang như đã hướng dẫn ở phần II MT1 MT2 MT3 MT4 MT5 MT6 1 2 3 59 60 P3.1 P3.0 P3.4 Bộ ghi dịch vào nối tiếp ra song song - Ở đây ta chọn quét theo led hàng : + Các cột được nối 0v ,(12 ma trận này được ghép như trên sơ đồ) + Sau đó ta quét lần lượt các hàng 1,2,3,4… như sau: - Xét cột thứ 1: +LED cột 1 và hàng 1 tắt - Điện áp đưa vào hàng 1 bằng 0 v +LED cột 1 và hàng 2 tắt - Điện áp đưa vào hàng 2 bằng 0 v +LED cột 1 và hang 3 sáng - Điện áp đưa vào hàng 3 bằng 5 v ………………… …………………. …………………. +LED cột 1 và hàng 16 sáng - Điện áp đưa vào hàng 16 bằng 5v - Chý ý : theo cách quét như trên thì cứ khi hàng nào sang thì được sẽ hiển thị . - Tiếp tục quét cột thứ 2 đến cột thứ 8 bằng cách tương tự như trên sau đó ta chuyển sang ma trận tiếp theo. - Để hiển thị đươc rõ ràng ta tiến hành quét nhiều lần - Trong khi quét ta nên kiểm tra thật kỹ bảng mã tránh nhầm lẫn. cách tốt nhất là quét từng chữ lần lượt - Chú ý khoảng cách các chữ phải phân bố hợp lý 4 IV/TIẾN HÀNH THIẾT KẾ: - Để thực hiện việc quét theo hàng hoặc theo cột ta phả làm những công việc sau: + Tìm hiểu về bộ vi điều khiển 89C51 + Kết nối giữa 89C51 vói ma trận Led + Thiết kế bộ ổn định dữ liệu + Xử lý nhiễu 1) SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 2) TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH : 2.1) BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 89C51: - Họ vi điều khiển 8051 có các đặc trưng được tóm tắt như sau: + Bộ nhớ có thể lập trình lại. + 4 KB ROM. + 128 byte RAM. + 4 cổng vào/ra (I/O port) 8-bit. + 2 bộ định thời 16-bit, Không gian dữ liệu ngoài 64 Kb + Mạch giao tiếp nối tiếp. + Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64 Kb. 5 + Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng rẽ). + 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit. + Nhân/chia trong 4 µs. 2.2 Sơ đồ khối họ vi điều khiển 8051 Hình 1: Sơ đồ khối họ vi điều khiển 8051. 2.3 ) Sơ đồ chân và chức năng 2.3.1 Sơ đồ chân 6 Hình 2: Bố trí chân của họ 8051. 2.3.2 Mô tả chân - Cổng P0: Bình thường đây là cổng ra. Để có thể vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân của P0 phải được nối tới một điện trở treo 10 kΩ bên ngoài. Sở dĩ như vậy là vì cổng P0 có dạng cực máng hở, đây là điểm khác với các cổng P1, P2 và P3. Khi nối 8051 tới bộ nhớ ngoài, P0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu dồn kênh để tiết kiệm số chân [byte thấp của bus địa chỉ nếu là địa chỉ]. - Cổng P1: P1 chỉ có một công dụng là vào/ra. - Cổng P2: P2 có 2 công dụng, hoặc làm nhiệm vụ vào/ra hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16-bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài. - Cổng P3: P3 có 2 công dụng. Khi không hoạt động vào/ra, các chân của P3 có nhiều chức năng riêng (mỗi chân có chức năng riêng liên quan đến các đặc trưng cụ thể của 8051). Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RxD B0H Nhận dữ liệu của cổng nối tiếp P3.1 TxD B1H Phát dữ liệu của cổng nối tiếp P3.2 INT0 B2H Ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 B3H Ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Chân vào của bộ định thời/đếm 0 P3.5 T1 B5H Chân vào của bộ định thời/đếm 1 P3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài Bảng 1: Chức năng các chân của cổng P3. - Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN : 8051 cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển bus. Tín hiệu cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (Program Store Enable) là tín hiệu xuất. Đây là tín hiệu cho phép ta truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường nối với chân cho phép xuất OE (Output Enable) của EPROM (hoặc ROM) để cho phép đọc các byte lệnh. - Chân cho phép chốt địa chỉ ALE: Chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable) để phân kênh (demultiplexing) bus dữ liệu và bus địa chỉ. - Chân truy xuất ngoài EA (External Access): Chân vào này có thể được nối với 5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0). + Nếu chân này nối lên 5V, 8051 thực thi chương trình trong ROM nội (chương trình nhỏ hơn 4K/8K). + Nếu chân này nối với GND (và chân PSEN cũng ở logic 0), chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài. - Chân RESET (RST): Khởi động lại. Đây là chân vào, mức tích cực cao, bình thường ở mức thấp. Khi có xung cao đặt tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ kết thúc mọi hoạt động hiện tại và tiến hành khởi động lại. Khi reset, mọi giá trị trên các thanh ghi sẽ bị xoá. Lưu ý, để reset có hiệu quả, chân RST cần duy trì trạng thái tích cực mức cao tối thiểu 2 chu kỳ máy. [...]... này em dung led 8x8 mỗi bang led 8x8 gồm 8 hàng ,8 cột ,tổng cộng sẽ có 64 led đơn được ghép lại - Trên thị trường ta thường thấy những bảng led rất lớn và dài do hàng nghìn đèn led ghép lại - Khi thiết kế những bảng led lớn như vậy cần chú ý dến sự đồng đều về độ sáng của các led Bên cạch đó vấn đề cấp nguồn cho mạch cũng cần được chú ý và thiết kế cho phù hợp 9 4.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LED MA TRẬN:... Q0 Q8 8 GIỚT THIỆU VỀ LED MA TRẬN : - Trước khi vào nguyên lý hoạt động của mạch ta tìm hiểu qua về bảng led được sử dụng trong bài tập này - Bảng điều khiển led ma trận có rất nhiều loại và đủ kích thước lớn nhỏ khác nhau Mỗi bảng gồm nhiều led đơn ghép lại với nhau và sắp xếp theo hàng cột ,tại giao điểm của mỗi hàng và cột là một led đơn ,và người ta thường phân loại bảng led theo số hàng và cột... cú thế tiếp tục cho tới khi quét đến hàng thứ 8 ,trong bài này ta dung 2 ma trận led 8x8 ghép với nhau lên quá trình quét là như nhau , thời gian trễ giữa 2 ma trận là rất ngắn khi đó các led sáng trên cả 2 ma trận này ghép lại sẽ tạo ra chữ mà ta cần hiển thị và ta nhận biết được trên ma trận dòng chữ “ WELL COME TO LED MATRIX WRITE BY ĐOÀN VĂN BẢN….” 5/ SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT: - Lưu đồ giải thuật là sơ đồ... sẽ thực hiện Việc xây dựng lưu đồ giúp chúng ta dễ dàng kiểm tra chương trình của chúng ta có chạy đúng hay không V/ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH: Chương trình hiển thị dòng chữ “ WELL COME TO LED MATRIX WRITE BY ĐOÀN VĂN BẢN LỚP CĐ ĐIỆN 2 – K5 TRƯỜNG CĐXDCT ĐÔ THỊ NIÊN KHÓA 2008 – 2011’’ $include(reg51.inc) org 0000h mov p3,#0ffh start: mov r2,#00h mov r3,#01h mov p1,#0h mov p2,#0h lap2: mov r0,#01h lap1: mov... 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH END VI ) CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH : - IC AT89C51 IC 74HC595 Ma trận led 8x8 3 tụ điện 1 bộ giao động thạch anh tần số 12MHZ VII) TÀI LIỆU THAM KHẢO: - Hướng dẫn thực hành vi điều khiển- Bùi Hồng Huế - www.vidieukhien.net …, www.dientuvietnam.net - ...- Các chân XTAL1 và XTAL2: Mạch dao động bên trong chip 8051 được ghép nối với thạch anh bên ngoài ở hai chân XTAL1 và XTAL2 2.3.3) Sơ đồ chân Mạch tạo nguồn 5v: U 6 L M 7 8 0 5 /T O 1 VO U T 3 2 G N D V IN Giới thiệu IC ổn áp 7805 : Đầu vào > 7V đầu ra 5V 500mA Mạch ổn áp: cần cho VĐK vì nếu nguồn cho VĐK không ổn định thì sẽ treo, không chạy... cho VĐK vì nếu nguồn cho VĐK không ổn định thì sẽ treo, không chạy đúng, hoặc reset liên tục, thậm chí là chết chip C 2 104 U 1 L M 7 8 0 5 /T O V IN V O U T 5V D C O ut 3 G N D 1 C 1 104 2 1 2 V D C In Mạch nguồn 7 + C 3 1 0 u F /2 5 V SƠ ĐỒ MỞ RỘNG PORT SỬ DỤNG IC 74HC595: 3.1) SƠ ĐỒ CHI TIẾT CỦA IC 74HC595: + IC 74HC595 là một IC dịch và chốt dữ liệu với tốc độ CLK đáp ứng lên đến 40MHz + IC 74HC595 . LỚN THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ DÙNG LED MATRIX I/ Ý TƯỞNG: Dựa vào phương pháp quét bàn phím , ta có thể thực hiện việc hiển thị thông tin trên led matrix. bài tập lớn môn học la: THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ DÙNG LED MATRIX Mục đích bài thực hành : - Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về led matrix , bộ vi xử lý -