thiết kế mô hình bảng led điện tử dùng 01 led ma trận đa sắc

LỜI MỞ ĐẦUNgày nay bộ vi điều khiển Micro-controller đã rất phổ biến trong cácthiết bị điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển khống chế hoạt độngcủa các thiết bị như TV, máy giặt

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay bộ vi điều khiển (Micro-controller) đã rất phổ biến trong cácthiết bị điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển khống chế hoạt độngcủa các thiết bị như TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thoại…Trong hệ thốngsản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong robot, dây chuyền tựđộng Các hệ thống càng thông minh thì vai trò của vi điều khiển càng quantrọng Nhưng bộ vi điều khiển là gì, nó có tác dụng và hoạt động như thế nào?

Thực ra bộ vi điều khiển (Micro-controller) là một mạch tích hợp trênmột bộ Chíp có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệthống Bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đolường thời gian và tiến hành đọc mở một cơ cấu nào đó.Người lập trình có thể

sử dụng nhiều ngôn ngữ để lập trình cho vi điều khiển Nhưng thông thườngngười ta thường sử dụng hai ngôn ngữ chính để lập trình là: ngôn ngữ lậptrình C và Assembly

Trong qúa trình học tập và đặc biệt được sự giúp đỡ tận tình của thầyNguyễn Anh Dũng - Giảng viên bộ môn Vi điều khiển - nhóm sinh viênchúng tôi đã quyết định làm đồ án kết thúc môn vi điều khiển là thiết kế mạch

“Thiết kế mô hình bảng LED điện tử dùng 01 LED ma trận đa sắc”

Nội dung đồ án gồm 2 phần:

Phần I : cơ sở lý thuyết liên quan đến nội dung đồ án

Phần II : trình tự thiết kế và hoàn chỉnh đồ án

Tuy đã rất cố gắng tìm hiểu,nghiên cứu và hoàn thiện bài tập lớn nhưng

có thể vẫn còn có những sai sót Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý củathầy giáo và các bạn để có thêm những kiến thức vững chắc trong lĩnh vựcđiện tử đang theo học Chắc chắn những kiến thức đó sẽ giúp chúng tôi rấtnhiều trong việc nghiên cứu học tập và công tác sau này

Xin chân thành cảm ơn !

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Dũng Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đăng Kỳ

Nguyễn Thanh Tùng Phương Văn Tuấn Lớp điện tử 2 – K9

File đính kèm 004.rar

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN NỘI DUNG ĐỒ ÁN

A IC 89S52

1.Giới thiệu về IC 89S52:

IC 89S52 là phiên bản 8051 có ROM trên chip ở dạng bộ nhớ Flash.Phiên bản này là lý tưởng với những phát triển nhanh vì bộ nhớ Flash có thểxóa trong vài giây Ta gọi IC này là bộ vi điều khiển vì trong chúng chứaROM, RAM, các cổng nối tiếp và song song 89S5 không được sử dụng trongmáy tính nhưng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong sản phẩmmáy móc tiêu dùng

Cùng với họ 89S52 có một số vi điều khiển khác Về cơ bản chúng đềugiống nhau, chúng chỉ khác nhau ở vùng nhớ nội bao gồm vùng nhớ mã lệnh,vùng nhớ dữ liệu và một số Timer Sự khác nhau đó được mô tả bằng bảngdưới đây:

Vi điều khiển Vùng mã lệnh nội Vùng dữ liệu nội Số Timer

Bảng 1 Giới thiệu một số IC họ 8951 2.Cấu trúc của IC 89S52:

Trung tâm của 89S52 vẫn là vi xử lý trung tâm (CPU) Để kích thíchcho toàn bộ hệ thống hoạt động, 89S52 có bộ tạo dao động nội với thạch anhđược ghép từ bên ngoài với tần số khoảng từ vài Mhz đến 24 Mhz Liên kếtcác phần tử với nhau là hệ thống BUS nội, gồm có BUS dữ liệu, BUS địa chỉ

và BUS điều khiển 89S52 có 8K ROM, 256 bytes RAM và một số thanh ghi

bộ nhớ… Nó giao tiếp với bên ngoài qua 3 cổng song song và một cổng nốitiếp có thể thu, phát dữ liệu nối tiếp với tốc độ lập trình được Hai bộ địnhthời 16 bit của 89S52 còn có 2 ngắt ngoài cho phép nó đáp ứng và xử lý điềukiện bên ngoài theo cách ngắt quãng, rất hiệu quả trong các ứng dụng điềukhiển Thông qua các chân điều khiển và các cổng song song 89S52 có thể

mở rộng bộ nhớ ngoài lên đến 64Kbs dữ liệu

Sau đây là sơ đồ khối vi điều khiển:

Hình 1 Sơ đồ khối Vi điều khiển họ 89S52

3 Sơ lược về các chân IC 89S52:

IC 89S52 có 40 chân Có đến 32 chân làm nhiệm vụ xuất nhập, truyền

dữ liệu Các chân phục vụ ngắt, các chân Timer, trong đó 24 chân làm 2nhiệm vụ khác nhau Mỗi chân có thể là đường xuất nhập, đường điều khiểnhoặc là một phần của địa chỉ hay dữ liệu Thiết kế thường có bộ nhớ ngoàihay các thiết bị ngoại vi sử dụng những Port để xuất nhập dữ liệu Tám đườngtrong mỗi Port được sử dụng như một dơn vị giao tiếp song song như máy in,

bộ biến đổi tương tự số… Hoặc mỗi đường cũng có thể hoạt động độc lậptrong giao tiếp với các thiết bị đơn bit khác như: transistor, LED, switch…

Sau đây là hình dạng sơ đồ của IC 89S52:

Hình 2 Hình dạng sơ đồ IC 89S52

4 Chức năng các chân IC 89S52:

Sau đây là phần giới thiệu chức năng các chân , các Port tương ứng,chân PSEN, chân ALE, chân REST…

a Port 0

Port 0 là cổng song song dùng cho 2 mục đích, nó là các chân từ 32.Trong những thiết kế nhỏ nó được dùng trong các cổng xuất nhập bìnhthường Ở những thiết kế có sử dụng bộ nhớ ngoài, nó vừa là Bus dữ liệu vừa

là bytes thấp của Bus địa chỉ Nó còn được dùng chứa những bytes mã khinạp ROM nội

b Port 1

Port 1 dành cho cổng xuất nhập và chỉ dành cho mục đích này mà thôi

Nó dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi theo từng bit hoặc bytes Port 1chiếm các chân từ 1 đến 8

c Port 2

Port 2 (chân 21÷ 28) là Port có 2 chưc năng Ngoài mục đích dành choxuất nhập thông thường nó còn dùng làm bytes cao cho các địa chỉ bộ nhớngoài

d PSEN (cho phép nạp chương trình)

89S52 có 4 chân tín hiệu điều khiển PSENT là tín hiệu điều khiểnđược xuất ra ở chân 29 Tín hiệu điều khiển này cho phép lập trình ở bộ nhớngoài và thường được nối với các chân OE của EPROM để đọc mã lệnh từ bộnhớ ngoài vào thanh ghi đệm của 89S52 Nó xuống mức thấp nhất trong khiđọc lệnh Mã lệnh đọc từ EPROM, qua Bus dữ liệu, được chốt vào thanh ghicủa 89S52 Khi thi hành chương trình từ ROM nội PSEN được giữ ở mức cao(trạng thái không tác động)

e EA (truy xuất vùng nhớ ngoài)

EA là một tín hiệu vào có thể ở mức cao hay thấp Nếu ở mức cao89S52 thi hành chương trình ở ROM nội, 4K/8K chương trình Nếu ở mức

thấp, chương trình chỉ được thi hành ở bộ nhớ ngoài Đối với 80431/ 8231 EAphải được giữ ở mức thấp vì chúng không có ROM nội EA cũng chính làchân nhận điện áp mức cao để nạp EPROM nội.

f ALE ( cho phép chốt địa chỉ)

ALE là tín hiệu được xuất ra ở chân 20, rất quen thuộc với những ai đãtùng làm việc với vi xử lý 8085, 8086 của Intel 89S52 dùng ALE để phânkênh cho từng Bus địa chỉ và Bus dữ liệu Khi Port 0 được dùng làm Bus dữliệu và bytes thấp của Bus địa chỉ - ALE là tín hiệu dùng để chốt địa chỉ vàothanh ghi chốt bên ngoài trong nửa đầu của một chu kỳ máy Sau đó Port 0sẵn sàng để truy xuất dữ liệu trong nửa chu kỳ còn lại

Xung ALE có tần số bằng 1/6 lần tần số bộ dao động nội và có thểdùng như một xung clock cho mục đích nào đó khi hệ thống không làm việc.Nếu tần số của 89S52 là 12MHz thì tần số xung ALE là 2MHz Một xungALE bị mất khi có một lệnh MOVX được thi hành

g Ngõ vào dao động nội

Ngõ vào đao động nội được mô tả như dưới hình hai, có một thạch anhđược nối vào chân 19 (XTAL1) và 18 (XTAL2) Có thể mắc thêm tụ để ổnđịnh dao động Thạch anh 12MHz thường dùng cho họ IC MCs-51, trừ IC80C31BH có thể dùng thạch anh lên đến 16MHz Tuy nhiên, không nhất thiếtphải dùng thạch anh mà ta có thể dùng mạch dao động TTL tạo xung Clockđưa vào chân XTAL1 và lấy đảo của nó đưa vào XTAL2

h RST (RESET)

Ngõ vào chân RST (chân 19) là chân master reset của 89S52 Khi nó ởmức cao nhất (trong khoảng ít nhất 2 chu kỳ máy ) các thanh ghi nội được nạpvới giá trị tương ứng theo thứ tự khởi động hệ thống

i Nguồn cung cấp

89S52 sử dụng nguồn cung cấp Vcc=5V được cấp vào chân 40,GNDđược nối vào chân 20.

Nhận dữ liệuPhát dữ liệuNgắt ngoài 0Ngắt ngoài 1Ngõ vào Timer/couter 0Ngõ vào Timer/ couter 1Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoàiĐọc dữ liệu vào bộ nhớ ngoàiNgõ vào của Timer/ couter

Bảng 2 Giới thiệu một số chân IC họ 8951

5 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt

Các thanh ghi nội của 89S52 chiếm một phần của vùng nhớ nội, vì vậymỗi thanh ghi đều có một địa chỉ Các thanh ghi chức năng (FSRs) trong vùngnhớ cao từ 80H đến FFH Lưu ý có một số bytes trong vùng này không đượcđịnh nghĩa Chỉ có 21 địa chỉ thanh ghi chức năng được định nghĩa (26 địa chỉđối với 8052/8032)

a Các thanh ghi chương trình

b Thanh ghi B

c Con trỏ ngăn sắp xếp

d Con trỏ dữ liệu

e Các thanh ghi Port

f Các thanh ghi bộ định thời

g Các thanh ghi cổng nối tiếp

Một ma trận LED 8x8 đơn sắc bao gồm 64 LED được bố trí thành 8hàng x 8 cột, trong đó các anốt cửa 8 LED trong cùng một hàng được nối vớinhau để tạo thành một đường dây hàng và các katốt cửa 8 LED trong cùngmột cột được nối với nhau để tạo thành một đường dây cột Như vậy một matrận LED 8x8 đơn sắc có tám đường dây hàng và tám đường dây cột, muốn 1LED trong ma trận sáng ta cần cấp nguồn cho LED và đường dây hàng và

Một ma trận LED 8x8 đa sắc bao gồm 64 điểm sáng được bố trí thành 8hàng x 8 cột trong đó mỗi điểm sáng có thể gồm 1 LED màu xanh lục + 1LED màu đỏ hoặc 1LED màu xanh lục + 1 LED màu xanh lơ + 1 LED màu

đỏ hoặc 1 LED màu xanh lục + 1 LED màu xanh lơ + 2 LED màu đỏ

Với loại LED ma trận mà mỗi điểm sáng gồm 1 LED màu xanh lục + 1LED màu đỏ thì điểm sáng hiển thị màu xanh nếu LED đỏ tắt, màu đỏ nếuLED màu xanh tắt, màu vàng nếu cả 2 LED sáng và tắt nếu cả 2 LED cùngtắt trong cùng 1 hàng, các Katot của các LED màu xanh được nối với nhau đểtạo thành 1 đường dây hàng thứ nhất và các Katot của các LED màu đỏ đượcnối với nhau để tạo thành 1 đường dây hàng thứ 2 Các Anot của 16 LEDtrong cùng 1 cột được nối với nhau để tạo thành 1 đường dây cột Như vậy 1LED trong ma trận sáng ta cần cấp nguồn cho LED vào đường dây hàng vàđường dây cột tương ứng với LED đó

II TRÌNH TỰ THIẾT KẾ VÀ HOÀN CHỈNH ĐỒ ÁN

1 Lập trình

lập trình cho IC 89S52 bằng ngôn ngữ C và viết trên phần mềm

unsigned char congtac;

void delay(unsigned int t)

{for(n=z;n<=7+z;n++)

{

P0=mangcot[n-z];

if(congtac==1){

P2=mangchu1[n];

P1=0xFF;

}else if(congtac==2){

P1=mangchu1[n];

P2=0xFF;

}else if(congtac==3){

P1=P2=mangchu1[n];

}delay(200);

xoa();

}}

++z;

}}

{

P0=mangcot[n-z];

if(congtac==1){

P2=mangchu2[n];

P1=0xFF;

}else if(congtac==2){

P1=mangchu2[n];

P2=0xFF;

}else if(congtac==3){

P1=P2=mangchu2[n];

}delay(200);

xoa();

}}

++z;

}}

{

P0=mangcot[n-z];

if(congtac==1){

P2=mangso[n];

P1=0xFF;

}else if(congtac==2){

P1=mangso[n];

P2=0xFF;

}else if(congtac==3){

P1=P2=mangso[n];

}delay(200);

xoa();

}}

++z;

}}

void chaychu(void)

{

unsigned char

mangchu[97]={0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,

{

P0=mangcot[n-z];

if(congtac==1){

P2=mangchu[n];

P1=0xFF;

}else if(congtac==2){

P1=mangchu[n];

P2=0xFF;

}else if(congtac==3){

P1=P2=mangchu[n];

}delay(200);

++z;

}}

2 Mô phỏng

Sau khi lập trình xong để kiểm tra xem chương trình của mình

chạy đã chính xác chưa chúng tôi tiến hành mô phỏng mạch điện trên

phần mềm Proteus version 7.5 SP3

Hình 8 mạch điện mô phỏng

3 Test mạch trên bo đồng và vẽ sơ đồ nguyên lý

Sau khi đã kiểm tra thấy lập trình và mô phỏng chính xác chúng tôi tiếnhành mua linh kiện về cắm trên bo đồng để kiểm tra trên thực tế mạch có chạy chính xác giống mô phỏng hay không vì trong mô phỏng chúng ta luôn

có mọi yếu tố là lý tưởng nhưng trên thực tế có rất nhiều yếu tố tạo nên sai số cho một mạch điện Ngoài ra mạch điện còn kèm theo một mạch phát xung

555 nhằm tạo ra 3 dải tần khác nhau theo yêu cầu đề bài giúp mọi người có thể trực tiếp kiểm tra mạch mà không cần thiết bị tạo tần số ngoài Khi cắm

trên bo chúng ta sẽ nhìn thấy mạch điện chạy giống như mạch điện hoàn chỉnh Khi nhận thấy mọi thứ đều tốt chúng tôi tiến hành vẽ mạch nguyên lý trên Orcad 9.2.

Hình 9 Sơ đồ nguyên lý mạch điện

4 Vẽ mạch in và tiến hành làm mạch

Sau khi vẽ xong mạch nguyên lý, chuyển sang vẽ luôn mạch in trên phần mềm Orcad 9.2

Hình 10 Mạch in của mạch điện

MỤC LỤC

I Cơ sở lý thuyết liên quan nội dung đồ án………Trang 3