MẠCH QUÉT LED ĐƠN ppt

Bản thân các vi mạch này tuy không cónhiều hiệu quả sử dụng nhưng khi là một phần của một máy tínhđơn board Single Board Computer, chúng trở thành thành phầntrung tâm trong các sản phẩm

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ỨNG DỤNG

ĐỒ ÁN MÔN: VI XỬ LÝ TÊN ĐỀ TÀI: MẠCH HIỂN THỊ LED ĐƠN

GVHD: NGUYỄN VŨ ANH QUANG SVTH: NGUYỄN THỊ KIM CÔNG

LÊ THỊ THANH HOA

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2011

LỜI MỞ ĐẦU Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật ngày nay đòihỏi có 1 thiết bị giúp con người giải quyết công việc 1 cách tựđộng Một vi điều khiển duy nhất có thể là

đủ để điều khiển mộtrobot di động nhỏ, một máy giặt tự động Ngày nay, vi điều khiểnrất

rẻ và dễ dàng có sẵn mà người ta thường sử dụng chúng thay vìcác mạch logic đơn giản như cho mục đích đạt được một số thiếtkế linh hoạt

Vào năm 1971 tập đoàn Intel đã giới thiệu 8080, bộ vi xử lí thànhcông đầu tiên, tiếp đó không lâu Motorola, RCA, MOSTechnology và Zilog cũng đã giới thiệu các bộ vi xử lí tương tự :6800, 1801, 6502 và Z80 Bản thân các vi mạch này tuy không cónhiều hiệu quả

sử dụng nhưng khi là một phần của một máy tínhđơn board (Single Board Computer), chúng trở thành thành phầntrung tâm trong các sản phẩm có ích dùng để nghiên cứu và thiếtkế.Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển( Micro Controller)8748, một chip tương tự như các bộ vi xử lí và là chip đầu tiêntrong họ vi điều khiển MCS-48 8748 là một vi mạch chứa trên17000 transistor bao gồm một CPU, 1K byte EPROM, 64 byteRAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định thời 8 bit Sự ra đời củaIC này và các IC khác, của họ MCS-48 đã nhanh chóng trở thànhchuẩn công nghiệp trong các ứng dụng hướng điều khiển (ControlOriented Application).Độ phức tạp, kích thước và khả năng của

bộ vi điều khiển đượctăng thêm môt bậc quan trọng vào năm 1980 khi Intel công bố chip8051, bộ vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51 Sovới 8048, chip 8051 chứa trên 60000 transistor bao gồm 4K byteROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộđịnh thời 16 bit t Và như chúng ta đã biết ic AT89c51 cũng giống như 8051 Có các port giao tiếp như nhau

Trong bài này có 2 chương:

Chương I: Giới thiệu về linh kiện

Chương II: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch

Trong bài làm còn nhiều sia sót mong thầy cô cùng các bạn thông cảm và góp ý để bài làm theo hoàn chinh hơn

Xin cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 4

1.1Tổng quan về vi điều khiển AT89C51 4

1.1.1 Tổng quan 4

1.1.2 Cấu trúc bên ngoài IC AT89C51 5

5

1.1.3 Nhóm chân điều khiển vào ra 5

1.1.4 Các nhóm chân khác 6

1.1.5 Cấu trúc bên trong của IC AT89C51 7

1.1.6 RAM đa dụng 8

1.1.7 RAM địa chỉ hóa từng bit 8

1.1.8 Các Bank thanh ghi 8

1.1.9 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt 9

1.2 Các linh kiện khác trong mạch 11

1.2.1 Domino 11

Domino loại dài: gồm có 2 miếng, 1 miếng hàn cố định trên board, 1miếng dùng để bắt vít dây điện 11

1.2.2 IC 7805 11

1.2.4 Đèn LED 12

1.2.5 Thạch anh điện tử 13

1.2.6 Điện trở 14

1.2.7 Transistor C1815 14

CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN CỦA MẠCH QUÉT LED ĐƠN 15

2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch quét led đơn 15

2.2 Sơ đồ mạch in 15

2.3 Nguyên lý : 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

[1] http://www.scribd.com/doc/50571490/8051 18

KẾT LUẬN 19

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH

1.1Tổng quan về vi điều khiển AT89C51

1.1.1 Tổng quan

- Thuộc họ MOS-51

trình), thời gian ghi xóa lên đến 1000 lần

- Tần số làm việc: 0Hz – 20Mhz

- Bộ nhớ RAM nội 128 byte, 8 bit

- Cung cấp 32 tín hiệu điều khiển I/O

- Có 2 bộ timer/counter 16 bit

- Có 5 nguồn ngắt

- Hỗ trợ truyền thông nối tiếp bất đồng bộ

- Có 40 chân

- Sử dụng điện áp cung cấp 5VDC

Hình 1.1

Sơ đồ khối IC

AT89C51

1.1.2 Cấu trúc bên ngoài IC AT89C51

Hình 1.2

Sơ đồ chân của IC AT89C51

1.1.3 Nhóm chân điều khiển vào ra

Chức năng của port 0

chân 39 đến 32

liệu để giao tiếp với IC nhớ

Chức năng của port 2

đến 28

tiếp với IC nhớ

Chức năng của port 1

- Kí hiệu P1, gồm 8 chân I/O từ 1 đến 8

nhập IO

Chức năng của port 3

- Kí hiệu P3, gồm 8 chân đa hợp I/O và các tín hiệu khác, từ chân 10 đến 18

- Port 3 còn dùng phục vụ các chức năng đặc biệt của CPU:

• RxD: chân nhận dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ (UART: The Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter )

•TxD: chân truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ

•INT0: chân cung cấp tín hiệu ngắt ngoài 0 (external

interrupt), tác động thấp

thấp

tác động thấp

ngoài, tác động thấp

1.1.4 Các nhóm chân khác

Nhóm chân nguồn

- VCC: chân 40, điện áp cung cấp 5VDC

- GND: chân 20

Chân RESET: chân 9, tác động cao (trong thời gian tối thiểu 2 chu kì máy) cho phép khởi động lại hệ thống.

Nhóm chân dao động: gồm chân 18 và chân 19, cho phép ghép nối thạch anh vào mạch

dao động bên trong vi điều khiển

Chân chọn bộ nhớ chương trình: chân 31 (EA/VPP)

- Chân 31 nối mass: sử dụng bộ nhớ chương trình bên ngoài vi điều khiển

- Chân 31 nối VCC: sử dụng bộ nhớ chương trình (4Kb) bên trong vi điều khiển

Các chân khác:

- Chân PSEN (program store enable), chân 29: chân cung cấp tín hiệu điều khiển

đọc vùng nhớ chương trình bên ngoài

PSEN ở mức thấp trong thời gian 89C51 lấy lệnh Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu, được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 89C51 để giải mã lệnh Khi 89C51 thi hành chương trình trong EPROM nội PSEN ở mức logic 1

- Chân ALE (address latch enable), chân 30: Khi 89C51 truy xuất bộ nhớ bên

ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ và dữ liệu (AD7 – AD0) do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt

Tín hiệu ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động

- EA\ (External Access): Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0 Nếu ở mức 1 thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ nội Nếu ở

mức 0 thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoại

Các ngõ vào bộ dao động Xtal1, Xtal2: Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong

89C51 Khi sử dụng 89C51, người ta chỉ cần nối thêm tụ thạch anh và các tụ Tần số tụ thạch anh thường là 12 Mh – 24 Mh

1.1.5 Cấu trúc bên trong của IC AT89C51

Cấu trúc bên trong 89C51 bao gồm ROM và RAM RAM bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 89C51 nhưng 89C51 vẫn

có thể kết nối với 64 k byte bộ nhớ chương trình và 64 k byte bộ nhớ dữ liệu mở rộng

Ram bên trong 89C51 được phân chia như sau:

1.1.6 RAM đa dụng

Vùng nhớ Ram đa dụng gồm có 80 byte địa chỉ từ 30H – 7FH Vùng nhớ bank thanh ghi 32 byte từ 00H – 1FH cũng có thể dung làm vùng nhớ Ram đa dụng Mọi địa chỉ trong vùng Ram đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp Bộ nhớ ngan xếp của vi điều khiển dùng bộ nhớ Ram nội nên dung lượng bộ nhớ ngăn xếp nhỏ trong khi đó các bộ vi xử lý bên ngoài làm bộ nhớ ngăn xếp nên dung lượng

tùy ý mở rộng.

1.1.7 RAM địa chỉ hóa từng bit

89C51 chứa 210 bit được địa chỉ hóa từng bit, trong đó 128 bit chứa ở các byte có địa chỉ từ 20H đến 2FH, các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi chức năng đặc biệt

Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là một đặc tính mạnh của vi điều khiển nói chung Các bit có thể được đặt, xóa, and, or,… với 1 lệnh đơn Ngoài ra các port cũng

có thể truy xuất được từng bít làm đơn giản phần mềm xuất nhập từng bit

1.1.8 Các Bank thanh ghi

Bộ lệnh 89C51 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định (sau khi reset

hệ thống), các thanh ghi nàyở các địa chỉ 00H đến 07H

Đây là lệnh 1 byte dùng địa chỉ thanh ghi Tuy nhiên có thể thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ 2: MOV A, 05H

Lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn nhiều so với lệnh tương ứng dùng địa chỉ trực tiếp

Bank thanh ghi tích cực bằng cách thay đổi các bit trong từ trạng thái chương trình (PSW) Giả sủ thanh ghi thứ 3 đang được truy xuất, lệnh sau đây sẽ di chuyển nội dung của thanh ghi A vào ô nhớ ram có địa chỉ 18H:

MOV R0, A

1.1.9 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt

89C51 có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Register) ở vùng trên của RAM nội từ địa chỉ 80H đến FFH

Chú ý rằng tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa, chỉ có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt được định nghĩa sẵn các địa chỉ

Hình 1.3 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt

Các thanh ghi port xuất nhập:

Các port của 89C51 bao gồm port 0 ở địa chỉ 80H, port 1 ở địa chỉ 90H, port 2 ở địa chỉ A0H, và port3 ở địa chỉ B0H tất cả các port này đều có thể truy xuất từng bit nên rất thuận tiện trong khả năng giao tiếp

Các thanh ghi timer:

89C51 có chứa 2 bộ định thời/ đếm 16 bit được dùng để:

•Định khoảng thời gian

•Tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 89C51

Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở những khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình để thực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vào hoặc gửi sự kiện ra các ngõra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa hai

sự kiện (ví dụ đo độ rộng xung ).

Khởi động và truy xuất thanh ghi timer: Thông thường các thanh ghi được khởi động một

lần đầu ở chương trình để đặt ở chế độ làm việc đúng Sau đó, trong thân chương trình, các thanh ghi timer được cho chạy, dừng, các bit được kiểm tra và xóa, các thanh ghi timer được đọc và cập nhật… theo đòi hỏi các ứng dụng

Các thanh ghi port nối tiếp:

89C51 chứa một port nối tiếp dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc giao tiếp nối tiếp với các IC khác Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ giữ cả 2 dữ liệu truyền và dữ liệu nhận Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF Các mode vận hành khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp SCON ở địa chỉ 98H

Các thanh ghi ngắt:

Một ngắt là sự xảy ra một điều kiện, một sự kiện mà nó gây ra treo tạm thời thời chương trình chính trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chương trình khác Các ngắt đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế và cài đặt các ứng dụng vi điều khiển Chúng cho phép hệ thống đáp ứng bất đồng bộ với một sự kiện và giải quyết sự kiện đó trong khi một chương trình khác đang thực thi

89C51 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau khi reset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ A8H, cả 2 thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit

Tổ chức ngắt của 89C51: Có 5 nguồn ngắt ở 89C51: 2 ngắt ngoài, 2 ngắt từ timer và

1 ngắt port nối tiếp Tất cả các ngắt theo mặc nhiên đều bị cấm sau khi reset hệ thống và được cho phép từng cái một bằng phần mềm

Khi có hai hoặc nhiều ngắt đồng thời, hoặc một ngắt xảy ra khi một ngắt khác đang được phục vụ, có cả hai sự tuần tự hỏi vòng và sơ đồ ưu tiên hai mức dùng để xác định việc thực hiện các ngắt Việc hỏi vòng tuần tự thì cố định nhưng ưu tiên ngắt thì có thể lập trình được

Thanh ghi điều khiển công suất:

Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa các bit điều khiển

1.2 Các linh kiện khác trong mạch

1.2.1 Domino

Tiếng Anh gọi là Terminal Block, được

chân để hàn xuống board

Domino có các loại 2 chân, 3 chân, các

domino này có rãnh, có thể ghép với nhau để tạo thành nhiều chân hơn

Kích thước có thể to nhỏ khác nhau Hình dạng: cơ bản là có 2 loại, loại ngắn và loại dài

Riêng Domino dài thì còn chia thành 2 loại nhỏ nữa là loại chân cong (vuông góc 90º) và chân thẳng

Sự khác biệt giữa loại ngắn và dài đó là:

Domino loại ngắn: hàn domino trên board, bắt vít dây vào domino

Domino loại dài: gồm có 2 miếng, 1 miếng hàn cố định trên board, 1miếng dùng để bắt vít dây điện

1.2.2 IC 7805

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn

áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 7805, IC 7805 cần ổn áp 5V

bởi chất điện môi.Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt ,tại đây sẽ xuất hiện điên tích cùng cường độ nhưng trái dấu

Sự tích tụ của điện tích trên bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượng điện trường của tụ điện

Cấu tạo chung gồm hai bản cực làm bằng kim loại đặt song song và cách điện bằng một lớp điện môi

Có tích chất cách điện một chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên

lý phóng nạp

a Tụ gốm:

Cấu tạo :gồm một miếng gốm nhỏ hình trụ hoặc có hình giống khuy áo hai mặt được tráng bạc cách điện với nhau tạo thành hai má của tụ điện

Đặc tính :kích thước nhỏ điện áp làm việc cao ,tụ gốm kích thước nhỏ dùng trong các mạch thông thường hiện nay có điện áp làm việc cực đại cho phép là 50V

Cách đọc tụ gốm, tụ giấy : tụ giấy và tụ gốm (hình dẹp) trị số được ký hiệu trên thanh bằng ba số

b Tụ hóa:

Cấu tạo :các điện cực làm bằng nhôm tinh khiết độ dày của điện cực khoảng 0,075: 0,13mm giữa hai bản cực là chất điện phân có nhiệm vụ tiếp tục tạo lớp nhôm oxit trong quá trình làm việc

Đặc tính :tụ hóa có trị số điện dung rất lớn so với các tụ khác chất điện môi dùng trong tụ hóa thường là hợp chất hóa học như ôxit nhôm Đặc điểm của chất điện môi này

là có tính chất dẫn điện không đổi ,nghĩa là khi đặt điện áp một chiều lên tụ thì tụ có một chiều điện trở rất cao và một chiều điện trở rất nhỏ do đó phải phân cực + và cực –

1.2.4 Đèn 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 Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

Hoạt động của LED

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 thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối 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)

Ở biên giới hai bên mặt 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 thành 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 màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

Với các ưu điểm : ánh sáng lớn, độ bền cao và ít tiêu tốn điện năng, Led được ứng dụng rộng rãi trên các lĩnh vực: bảng quảng cáo ngoài trời , bảng quang báo, đồng hồ cỡ lớn đặt tại các biển quảng cáo tấm lớn trên đường cao tốc, hệ thống đèn giao thông, biển chỉ dẫn, và các sản phẩm khác như bảng chạy chữ điện tử, bảng hệ thống giờ, Bảng tỷ giá, bảng chứng khóan, hệ thống xếp hàng tự động…

1.2.5 Thạch anh điện tử

Cấu tạo: là một loại linh kiện lằm bằng tinh thể đá thạch anh được mài phẳng và chính xác

Đặc tính :linh kiện thạch anh àm việc dựa trên hiệu ứng áp điện Hiệu ứng này có tính thuận nghịch.Khi áp một điện áp vào 2 mặt của thạch anh, nó sẽ bị biến dạng Ngược lại, khi tạo sức ép vào 2 bề mặt đó,nó sẽ phát ra điện áp Một đặc tính quan trọng của tinh thể thạch anh là nếu tác động bằng các dạng cơ học đến chúng (âm thanh, sóng nước )