Báo cáo thực tập tốt nghiệp cao đẳng chuyên đề quang báo hiển thị led ma trận

Qua thời gian thực tập tại bộ phận System Integation ngoài việc được tiếp cậncác công nghệ mới và được tham gia sản xuất thực tế, chúng em đã được làm quen vớirất nhiều các bạn công nhân

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THỰC TẬP

TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG

Chuyên đề:

QUANG BÁO HIỂN THỊ LED MA TRẬN

Giáo viên hướng dẫn : THS ĐINH THÀNH TRUNG

cho dễ) (Đơn giản

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

KHOA -ĐIỆN ĐIỆN TỬ

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC TẬP

Hệ đào tạo: Cao đẳng

Lớp: B15DT Loại hình đào tạo: Chính quy tập trung

Thực tập tại: Trường Cao đẳng Công nghệ Bắc Hà

Thời gian thực tập: 8 tuần

Từ ngày 30/03/2019 đến 31/05/2019

Ngày chính thức nhận đề tài thực tập: 30/03/2019

Ngày hoàn thành báo cáo thực tập: 15/05/2019

Sinh viên: 1 Nguyễn Thị Hồi Số điện thoại: 0393277734 Sinh viên: 2 Hà Thị Hồng Lĩnh Số điện thoại: 0359990565 Sinh viên: 3 Nguyễn Ngọc Năm Số điện thoại: 0389416209 Sinh viên: 4 Nguyễn Quang Thành Số điện thoại: 0902076953 Giáo viên hướng dẫn: Ths Đinh Thành Trung

Số điện thoại: 0912686696

Đơn vị công tác: Trường Cao đẳng Công nghệ Bắc Hà

Nội dung và yêu cầu thực tập:

1 Thời gian: tập trung tiếng/ngày T cơ quan/T nhà:

2 Đề tài thực tập và yêu cầu về chuyên môn:

3 Báo cáo kết quả thực hiện:

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

em dần được củng cố.Những kiến thức lý thuyết trong thời học tập tại trường là nềntảng phục vụ lâu dài cho quá trình học tập, nghiên cứu và làm việc của chúng em saunày.

Em xin trân thành cảm ơn Giảng viên: Ths Đinh Thành Trung người đã trực

tiếp tận tình chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình thực tập và hoàn thành báo cáothực tập

Qua thời gian thực tập tại bộ phận System Integation ngoài việc được tiếp cậncác công nghệ mới và được tham gia sản xuất thực tế, chúng em đã được làm quen vớirất nhiều các bạn công nhân viên trong công ty.Thời gian thực tập này thật bổ ích và có

ý nghĩa lớn với chúng em trong quá trình thực tập.Em xin được cảm ơn thầy, cô trongtrường Cao Đẳng Bắc Hà đã giảng dậy kiến thức nền tảng và tạo điều kiện cho chúng

em học tập trong suốt thời gian qua.Cuốn báo cáo tốt nghiệp là một số kiến thức nhỏchúng em học hỏi được trong quá trình làm việc.Em rất mong nhận được những đónggóp ý kiến quý báu từ quý thầy cô về bài thực tập của chúng em

Chúng em xin trân thành cảm ơn!

Bắc Ninh, ngày tháng năm 2019

Nhóm sinh viên thực hiện

1

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LED QUANG BÁO 8

1.1 Tổng quan 8

1.1.1 Sử dụng EEPROM điều khiển LED quang báo 8

1.1.2 Sử dụng vi điều khiển điều khiển LED quang báo 9

1.2 LED và Module LED quang báo 11

1.2.1 LED 11

1.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của LED đơn trong chiếu sáng 13

1.2.3 Ứng dụng của đèn LED trong cuộc sống 15

1.2.4 Module LED ma trận 17

1.2.5 Ưu nhược điểm của đèn LED ma trận 18

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LED QUANG BÁO 20

2.1 Tổng quan vi điều khiển DSPIC30F3013 20

2.2 Module ADC của vi điều khiển DSPIC30F3013 23

2.2.1 Bộ đệm kết quả sau khi chuyển đổi của module ADC 24

2.2.2 Hoạt động chuyển đổi 24

2.3 LED ma trận P10 25

2.4 Mô hình điều khiển bảng LED ma trận P10 29

2.5 Sơ đồ nguyên lý điều khiển LED quang báo 30

2.5.1 Khối nguồn 30

2.5.2 Khối mạch vi điều khiển DSPIC30F3013 31

2.6 Phần mêm tạo mã LED ma trận 33

2.7 Chương trình điều khiển LED ma trận P10 35

2.7.1 Chương trình đọc ADC 35

2.7.2 Điều khiển ic 74hc138 35

2.7.3 Điều khiển thanh ghi dịch 74hc595 và hiển thị data 36

CHƯƠNG III: MẠCH VÀ KẾT QUẢ THỰC TẾ 38

3.1 Sơ đồ 3D mạch in trên phần mềm Altium Designer 38

3.2 Thao tác làm mạch 39

3.3 Kết quả thực tế 42

KẾT LUẬN 43

PHỤ LỤC 45

NHẬN XÉT CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP 55

NHẬN XÉT , ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 56

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hình ảnh biển quảng cáo – LED quang báo 8

Hình 1.2 Hình ảnh EEPROM 24C02 9

Hình 1.4 Vi điều khiển DSPIC30F3013 và AVR Atmega8 11

Hình 1.5 LED và ký hiệu của LED 12

Hình 1.6 Cơ chế dịch chuyển điện tử và lỗ trống trong LED 12

Hình 1.7 Sử dụng đèn LED cho trang trí 15

Hình 1.8 Ứng dụng đèn LED trong y học 16

Hình 1.9 Bảng LED quảng cáo ma trận 17

Hình 1.10 Module LED ma trận 8x8 18

Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển DSPIC30F3013 21

Hình 2.2 Sơ đồ chân và chức năng của vi điều khiển DSPIC30F3013 22

Hình 2.3 Sơ đồ quản lý của ADC vi điều khiển DSPIC30F3013 23

Hình 2.4 Mặt trước của LED ma trận P10 25

Hình 2.5 Mặt sau LED ma trận P10 26

Hình 2.6 (a) Sắp xếp các ic 74HC595 và (b) chiều đi của dữ liệu trong ma trận P10 27 Hình 2.7 Sơ đồ quét hàng của 74hc138 27

Hình 2.8 Sơ đồ mô phỏng IC 74HC595 trong LED ma trận P10 28

Hình 2.9 Mô hình điều khiển LED ma trận P10 29

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển LED quang báo 30

Hình 2.13 Sơ đồ khối vi điều khiển 31

Hình 2.14 Khối biến trT điều khiển tốc độ quét LED 33

Hình 2.15 Phần mềm RTB 33

Hình 3.1 Mạch T chế độ 3D 38

Hình 3.2 Sơ đồ đi dây mạch dùng để là mạch 39

Hình 3.3 Quá trình là mạch in 40

Hình 3.4 Quá trình ngâm mạch in trong dung dịch sắt 3 40

Hình 3.5 Tiến hành khoan mạch chân linh kiện 41

Hình 3.6 Hàn linh kiện 41

Hình 3.9 Kết quả mạch thật 42

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Cấu hình chân điều khiển cho ma trận LED P10 32

5

DANH MỤC VIẾT TẮT

RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy câp ngẫu nhiên

ADC Analog Digital Convert Bộ chuyển đổi tương tự sang

số

PIC Programmable Intelligent Computer Máy tính lập trình thông

minh

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, cuộc sống con ngườingày càng trT nên tiện nghi và hiện đại hơn.Điều đó đem lại cho chúng ta nhiều giảipháp tốt hơn, đa dạng hơn trong việc xử lý những vấn đề tưTng chừng như rất phức tạpgặp phải trong cuộc sống Việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đạitrong tất cả các lĩnh vực đã và đang rất phổ biến trên toàn thế giới, thay thế dần nhữngphương thức thủ công , lạc hậu và ngày càng được cải tiến hiện đại hơn, hoàn mỹ hơn.Cùng với sự phát triển chung đó, nước ta cũng đang mạnh mẽ

cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước để theo kịp sự phát

trong khu vực và trên thế giới Trong đó lĩnh vực điện tử đang ngày

mẽ với nhiều hình thức, phương pháp tiếp cận, quảng bá và chia sẻ

và toàn diện hơn

Với lòng đam mê, yêu thích của mình trong lĩnh vực này, nhóm

mong được sự đónggóp ý kiến của thầy cô và các bạn sinh viên.

Chúng em xin trân thành cảm ơn!

Bắc Ninh, ngày tháng năm 2019

Nhóm sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LED QUANG BÁO

1.1 Tổng quan

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế thị trường, nhu cầu truyềnthông hay nhu cầu tạo nên những biển quảng cáo mang những phong các đặc trưngriêng luôn là sự cần thiết cho các cửa hàng và thương gia Tại các cửa hàng chúng taluôn thấy có những biển Led quảng cáo để thông báo đến khách hàng biết được tại đâyđang kinh doanh mặt hàng gì Đèn Led quảng cáo không chỉ xuất hiện tại các cửa hàng

mà nó còn xuất hiện trên các phương tiện công cộng như xe bus (thông báo tuyến xe)hay dùng để trang trí đường phố

Hình 1.1 Hình ảnh biển quảng cáo – LED quang báo

Để thiết kế một mạch Led quảng cáo hay còn gọi là Led quang báo thì có nhiềuphương án để lựa chọn như: dùng EEPROM, dùng máy tính điều khiển trực tiếp, dùng

vi xử lý, vi điều khiển

1.1.1 Sử dụng EEPROM điều khiển LED quang báo

Khi sử dụng EEPROM để lưu trữ thông tin hiển thị kết hợp với các IC giải mã đahợp (Demultiplexer) để điều khiển qua trình hiển thị màn hình Ưu điểm củaEEPROM là thông tin không bị mất khi không có nguồn cấp, khi muốn thay đổi nộidung bản tin ta chỉ việc lập trình lại cho EEPROM (thay đổi phần mềm) Việc thay đổinhư vậy xem ra có vẻ đơn giản, nhưng ta cần có mạch nạp và phần mềm điều khiển.9

Việc tháo lắp nhiều sẽ dẫn đến hỏng hóc không đáng có Một số loại EEPROM thườngđược sử dụng với mạch Led quang báo: EEPROM 24, EEPROM 25, EEPROM 93.

Hình 1.2 Hình ảnh EEPROM 24C02

1.1.2 Sử dụng vi điều khiển điều khiển LED quang báo

Đối với mạch điều khiển sử dụng vi xử lý để điều khiển thì mạch sẽ có thêmnhiều tính năng hơn nhưng giá thành cho một sản phẩm cũng vì thế mà tăng lên Mộtmạch vi xử lý cần có thêm EEPROM (để lưu chương trình điều khiển), RAM và các

IC gia tiếp ngoại vi khác như IC mT rộng đầu ra 8255, 74HC595, Một kit vi xử lýnhư vậy sẽ đem lại cho bảng quảng cáo, thông tin những tính năng như: việc cập nhậtnội dung hiển thị sẽ dễ dàng hơn (không cần tháo IC ra) bằng cách nhập chương trìnhmới vào RAM hay vào vi xử lý Bên cạnh đó các hiệu ứng đặc biệt là về màu sắc cũng

sẽ được thực hiện dễ dàng Tuy nhiên, như đã nói T trên do vấn đề giá thành cao nênphương án này ít được lựa chọn Dùng máy tính cũng là một phương án Nhưng dokích thước máy tính lớn chiếm nhiều diện tích, lại đắt tiền do phải sắm một máy trạm(có thể chịu được môi trường làm việc khắc nhiệt do đặt ngoài hiện trường) nên chúng

ta không sử dụng

Hình 1.3 Kit điều khiển bảng LED quang báo

Thay vào đó, phương án được lựa chọn là dùng Vi Điều Khiển Tại sao lại chọn

vi điều khiển?

 Thứ nhất: Ngày nay, vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng

hướng điều khiển do kích thước nhỏ gọn, khả năng tích hợp cao nhiều tínhnăng trong một chip vi điều khiển cho mạch điện tử trT nên đơn giản hơnnhiều

 Thứ hai: Giá thành của vi điều khiển không quá đắt như vi xử lý Trên thế

giới hiện có nhiều nhà sản xuất vi điều khiển (ATMEL, ZIGLOG, Micro Chip,Motorola, ) Sự cạnh tranh của các nhà sản xuất về giá thành và khả năng tíchhợp đem lại rất nhiều lợi ích cho người sử dụng

 Thứ ba: Vi điều khiển được coi như một “Small Computer”hay System OnChip (SoC) Bên trong vi điều khiển bao gồm: CPU, ROM, RAM, EEPROM,các giao tiếp ngoại vi, các khối số học và tương tự (ADC, DAC, Op-amp, bộ

so sánh ) tùy theo từng loại

Tại Việt Nam, thị trường vi điều khiển khá sôi động Chỉ cần vào một cửa hàngđiện tử bất kỳ ta đều có thể mua được một con vi điều khiển ưng ý Về công cụ phát11

triển cho vi điều khiển ta có thể tìm thấy rất nhiều trên mạng internet, trên các diễnđang về điện tử trong và ngoài nước, hầu hết đều là các tiện ích miễn phí cho ngườidùng phát triển Một số loại vi điều khiển thông dụng được sử dụng trong điều khiển:PIC, DSPIC của Micro Chip sản xuất, hay AVR của ATMEL, họ vi điều khiển STMcủa ARM…

Hình 1.4.Vi điều khiển DSPIC30F3013 và AVR Atmega8

1.2 LED và Module LED quang báo

1.2.1 LED

LED (viết tắt của từ Light Emitting Diode, có nghĩa là diode phát quang) là cácdiode có khả năng phát sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như Diode,LED được cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

a Cấu tạo của LED

Led có cấu tạo hai đầu âm dương riêng biệt, được bọc một lớp vỏ nhựa màutrong suốt với mục đích:

- Hàn LED vào bảng mạch dễ dang hơn

- Dây dẫn bên trong LED rất mỏng sẽ được phủ bảo vệ tốt hơn

- Lớp nhựa sẽ đóng một vai trò trung gian Chiết suất vỏ nhựa thấp hơn chiếtsuất bán dẫn nhưng cao hơn không khí, và quan trọng hơn lớp phủ vỏ nhựa

tăng khả năng phát của LED vì nó như một thấu kính phân kỳ cho phép ánhsáng có góc tới cao hơn góc tới hạn có thể lọt ra ngoài không khí.

Ký hiệu các cực LED như hình 1.5 Đầu Anode là đầu dương, kết nối với nguồnđiện Đầu Kathode là đầu âm được kết nối với đất Mỗi một loại LED sẽ có một điện

áp và một dòng điện cho phép (vì nó là phần tử phát quang) Thông thường điện ápcho phép là 2.2 (V) và dòng điện tối đa đi qua LED là 10mA

Hình 1.5 LED và ký hiệu của LED

b Hoạt động của LED

Hiện tượng phát quang: các điện tử T lân cận cực tiểu vùng dẫn sau một thờigian tồn tại T đây của thể chuyển mức xuống trạng thái trống trong vùng hóa trị, táihợp với lỗ trống phát ra một photon

Đối với một chất bán dẫn, đây là quá trình tái hợp bức xạ tự phát, không phụthuộc vào mật độ phổ năng lượng của bức xạ từ bên ngoài

Xét chuyển tiếp p-n T trạng thái không phân cực tại cả vùng nghèo và vùng trunghòa Do hệ đã thiết lập trạng thái cân bằng, do đó số điện tử tái hợp bằng số điện tửphát xạ Mật độ dòng photon phát ra nhỏ, phần lớn bị hấp thụ do không có hiện tượngphát quang

13

Hình 1.6 Cơ chế dịch chuyển điện tử và lỗ trống trong LEDXét lớp chuyển tiếp p-n T trạng thái phân cực thuận Tại vùng nghèo do hiệntượng khuếch tán và phun hạt dẫn Nồng độ hạt dẫn dư (điện tử và lỗ trống) tại vùngnghèo tăng đột ngột, để thiết lập lại cân bằng giữa các điện tử và lỗ trống tái hợp theo

cơ chế tái hợp tự phát và phát ra các photon Do tác dụng của điện áp thuận đặt vào lớpchuyển tiếp, vùng nghèo luôn luôn T trạng thái thừa hạt dẫn, do đó mật độ dòngphoton phát ra từ vùng nghèo luôn được duy trì tạo thành trùm sáng thoát ra khỏi lớpchuyển tiếp

Trong trường hợp chuyển tiếp p-n T trạng thái phân cực ngược Dòng ngược làdòng của hạt dẫn thiểu số rất nhỏ, dẫn tới mật độ dòng photon phát ra quá nhỏ, phầnlớn bị hấp thụ trT lại do đó không có ánh sáng phát ra

Như vậy, điện áp thuận đặt vào LED sẽ tạo ra hiện tượng phun hạt dẫn qua lớpchuyển tiếp, qua đó làm tăng đột ngột nồng độ hạt dẫn dư, sự tăng nồng độ hạt dẫn dưlàm xuất hiện sự tái hợp bức xạ để trT về trạng thái cân bằng Đó chính là cơ chế hoạtđộng của LED

1.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của LED đơn trong chiếu sáng

Đèn LED ra đời đã đánh dấu một mốc quan trọng trong kỷ nguyên chiếu sáng của nhân loại Nó có những ưu điểm và nhược điểm sau:

a Ưu điểm

- Với mỗi loại đen LED phát ra nhiều ánh sáng hơn so với bóng đèn sợi đốt điềunày vô cùng hữu ích trong các thiết bị sử dụng pin hoặc năng lượng

- LED có thể phát ra ánh sáng có màu sắc dự định mà không cần sử dụng bộ lọcmầu và các phương pháp chiếu sáng truyền thống yêu cầu Điều này hiệu quảhơn, có thể giảm chi phí ban đầu.

- Tuổi thọ: Đèn LED có tuổi thọ từ 30000 đến 100000 giờ Hầu hết các đèn LED

thương mại có tuổi thọ từ 30000 đến 50000 giờ Điều này có nghĩa khi sử dụngLED, bạn có thể sử dụng chúng kéo dài từ 10 đến 30 năm, tùy thuộc vào số giờhoạt động mỗi ngày.Tuổi thọ cao, giảm chi phí bảo trì và làm cho những bóngđèn này đặc biệt phù hợp với các vị trí khó tiếp cận

- Đặc tính hoạt động: LED hoạt động T nhiệt độ thấp hơn, không nhạy cảm với

nhiệt độ thấp và không bị ảnh hưTng khi bị bật tắt thường xuyên Điều này làmcho chúng an toàn hơn, hiệu quả hơn trong môi trường lạnh và tốt hơn cho cácứng dụng đòi hỏi phải chuyển mạch thường xuyên và tắt đèn Những bóng đènkhông bị ảnh hưTng bTi rung động khiến chúng trT thành lựa chọn tốt nhất chonhững chỗ như cầu đường

- Chống sốc: Các thành phần hoạt động của LED được cách ly với bề mặt bên

ngoài với một lớp cách điện chất lượng cao Các điện cực của LED đều đượcđóng gói trong vỏ bọc an toàn

b Nhược điểm

Xét về chi phí đầu tư ban đầu, đèn LED hiện nay đắt hơn khá nhiều so với cácsản phẩm khác, giá được đo bằng giá mỗi lumen, do chi phí đầu tư cho công nghệLED cao hơn các công nghệ chiếu sáng thông thường, kết hợp với chi phí của mạch ổđĩa và nguồn cung cấp điện… Tuy nhiên, khi xem xét tổng chi phí sT hữu (bao gồm cảchi phí năng lượng và bảo trì), đèn chiếu sáng LED vượt xa các nguồn sáng khác Vàotháng 12 năm 2007, các nhà khoa học tại Đại học Glasgow cho biết đã tìm ra cách đểlàm cho Đèn sáng phát sáng hơn và sử dụng ít năng lượng hơn bóng đèn tiết kiệmnăng lượng hiện có trên thị trường bằng một phương pháp hiệu quả và tiết kiệm chiphí – sử dụng một quy trình được biết đến như in thạch bản nano

Hiệu suất của LED chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường hoạt động Drivercủa LED sẽ có vấn đề T nhiệt độ cao, có thể dẫn đến tình trạng quá nóng của toàn bộđèn, cuối cùng dẫn đến hỏng thiết bị Cần phải có tản nhiệt để duy trì tuổi thọ lâu dàicủa đèn Điều này đặc biệt quan trọng khi xem xét về các ứng dụng như: đèn ô tô, đèn

15

ngoài trời, đèn dùng trong y tế và quân sự – khi mà các thiết bị được yêu cầu phải đápứng ánh sáng liên tục và phải hạn chết đến mức tối đa trục trặc có thể phát sinh.Như vậy, đèn LED không phải là 1 giải pháp hoàn hảo, nhưng với những lợi thế

kể trên, việc đèn LED có khả năng thay thế đèn sodium, metal halide trong tương lai làchuyện dễ xảy đến

1.2.3 Ứng dụng của đèn LED trong cuộc sống

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học và công nghệ, đèn LED đượcứng dụng vào rất nhiều các ngành nghề khác nhau để phục vụ cho nhu cầu của đờisống Một số ứng dụng nổi bật của đèn LED gồm:

a Ứng dụng trong chiếu sang và trang trí

Hiện nay, đèn LED đang dần được thay thế cho các loại đèn truyền thống khácnhư: đèn sợi đốt, đèn Halogen Khi đời sống ngày càng được nâng cao, đèn LEDkhông những có tác dụng chiếu sáng, mà nó còn góp phần vào trang trí không gian trTlên lung linh và đầy màu sắc

Hình 1.7.Sử dụng đèn LED cho trang trí

Tuy tri phí lắp đặt ban đầu của đèn LED cao hơn so với các loại đèn khác nhưngkhoản tiết kiệm điện năng đem lại còn nhiều hơn chi phí bỏ ra, nên nhiều nơi trên thếgiới đã có kế hoạch thay thế đèn chiếu sáng bằng đèn LED

Ví dụ: Chuỗi nhà hàng của Chili (gồm 827 nhà hàng) công bố kế hoạch sử dụng

125.000 bóng đèn LED, giúp tiết kiệm một khoản chi phí khổng lồ, khoảng 3,7 triệuUSD/năm và trT thành đơn vị sử dụng đèn LED lớn nhất nước Mỹ từ trước đến nay

b Ứng dụng trong y học

Trẻ hóa da bằng Đèn LED: Đèn chiếu LED được sử dụng với bước sóng phù

hợp ánh sáng màu vàng (bước sóng 590 nm), với cường độ thấp tạo ra một chuỗi tiaphát sáng theo xung, được lập trình đặc biệt nhằm tác động kích thích quá trình trẻ hóa

tự nhiên của da, theo công nghệ điều biến quang để điều biến tăng hoặc giảm hoạtđộng của các tế bào sống Khi chiếu vào da, các đèn LED được lập trình sẵn này sẽ tácđộng kích thích cơ thể sản sinh collagen và elastin bên dưới

Hình 1.8.Ứng dụng đèn LED trong y học

Trị vàng da bằng đèn LED: Vàng da sơ sinh – một trong những căn bệnh phổ

biến T trẻ sơ sinh Đèn LED cung cấp đủ ánh sáng cần thiết loại bỏ lượng sắc tố vàngcam trong máu T bệnh nhân bị dư thừa sắc tố vàng cam Căn bệnh có thể dẫn tới tổnthương nghiêm trọng về não, thậm chí tử vong Liệu pháp dùng đèn chiếu vàng da làmột trong những liệu pháp đơn giản, an toàn nhất để điều trị căn bệnh này

c Ứng dụng đèn LED trong ngành công nghiệp

Đặc tính của cây trồng là chỉ hấp thụ một dải phổ ánh sáng nhất định, không phảihấp thụ toàn dải ánh sáng như ánh sáng trắng Do đó lá cây sẽ có màu, vì dải ánh sáng

mà cây không hấp thụ sẽ phản xạ lại môi trường Đèn LED có đặc điểm là phát ra dải17

ánh sáng hẹp nên tùy theo cây trồng hấp thụ dải ánh sáng nào sẽ dùng loại bóng LED

có giả ánh sáng thích hợp để giảm chi phí tiêu thụ năng lượng và giảm chi phí đầu tư,tăng hiệu suất canh tác và tránh lãng phí Thích hợp cho việc canh tác nhà kính, và cácsản phẩm nông nghiệp có chất lượng cao

d Ứng dụng trong quảng cáo

Có lẽ ứng dụng trong quảng cáo là phổ biến nhất với đèn LED Ngày nay, khichúng ta đến bất kỳ cửa tiệm nào hay đến bất kỳ công ty nào đều bắt gặp các màn hìnhLED quảng cáo Các biển quảng cáo đã có sự phát triển vượt bậc với sự đa dạng vềchủng loại cũng như phong cách Và đây cũng chính là ý tưTng để chúng em lựa chọn

thực hiện đề tài của mình đó là “điều khiển bảng LED quảng cáo”.

Hình 1.9 Bảng LED quảng cáo ma trận

e Đèn LED dùng trong báo hiệu hàng không, hàng hải và không lưu

Đặc điểm của các loại đèn này là hoạt động chớp tắt liên tục, ánh sáng màu theoquy định, lắp trên các điểm cao như nóc các toàn nhà cao tầng, tháp truyền hình, trạmphát sóng, cột điện cao áp, trạm truyền tải điện, sân bay và các vị trí lắp đặt khó tiếpcận với nguồn điện lưới mà phải dùng ac quy, năng lượng mặt trời

Đèn LED là loại đèn thỏa mãn được các yếu tố: tuổi thọ cao, giảm chi phí thaythế, tiêu hao năng lượng ít, dải màu đa dạng Ngoài ra đèn LED còn được áp dụngtrong nhiều lĩnh vực khác nhau nữa của đời sống, nhằm phục vụ tối đa nhu cầu sửdụng của con người

1.2.4 Module LED ma trận

Ngày nay, nhu cầu quảng cáo của con người nhằm quảng bá rộng rãi sản phẩmcủa các công ty, quảng cáo các dịch vụ đang ngày cả mT rộng Chính vì thế, biểnquảng cáo sinh ra nhằm mục đích phục vụ nhu cầu đó Chúng ta dễ dàng bắt gặp cácbiển quảng cáo từ cỡ nhỏ đến lớn xuất hiện tràn ngập trên các đường phố Và phổ biếnnhất là biến quảng cáo dưới dạng tấm LED ma trận như hình 1.9

Hình 1.10 Module LED ma trận 8x8Kích thước của LED ma trận dựa theo số bóng LED của hàng dọc và số bóng LED của hàng ngang Ví dụ:

- LED ma trận 8x8 sẽ có kích thước rộng 8 cm và dài 8 cm

- LED ma trận kích thước 8x16 sẽ có kích thước rộng 8 cm x dài 16 cm

- LED ma trận kích thước 16 x 64 sẽ có kích thước rộng 16 cm x dài 64 cm

Để tối ưu chi phí làm đồ án, chúng em lựa chọn Module Led ma trận đơn sắc, cóchi phí rẻ, phù hợp với mô hình đồ án đề ra Và module chúng em lựa chọn điều khiển

là Module LED ma trận P10 có điện áp cấp là 5V và có chiều đài là 16 x 64 Nguyên

lý hoạt động của bảng LED sẽ được chúng em đề cập T Chương 2: Phương án điềukhiển LED ma trận

1.2.5 Ưu nhược điểm của đèn LED ma trận

a Ưu điểm

19

So với LED đơn, việc sử dụng LED ma trận cho phép người dùng thay đổi bất kỳnội dung nào trên biển LED quang báo khi có nhu cầu một cách dễ dàng Khi đó bạnchỉ cần lặp lại nội dung trên biển quảng cáo bằng phần mềm kết nối với máy tính làđược.

Biển LED ma trận được cấu tạo từ nhiều tấm Module khác nhau nên về kíchthước chúng thể thay đổi một cách dễ dàng, thiên biến vạn hóa.Việc đa dạng kíchthước cũng giúp chúng ta có thể sử dụng chúng T nhiều mặt bằng

b Nhược điểm

Khi đến với biển LED ma trận, chác chắn người mua sẽ còn do dự về mức giácủa chúng sẽ cao hơn các loại biển quảng cáo sử dụng LED đơn khác Tuy nhiên vớitính tiện ích mà chúng mang lại thì mức giá có thể là phù hợp cho mục đích ngườidùng lựa chọn

Kết luận chương 1:

Như vậy T Chượng 1: Chúng em đã giới thiệu tổng quan về đèn LED, và các ứngdụng của đèn LED trong đời sống Đặc biệt là ứng dụng LED quảng cáo, được sửdụng rộng rãi trong thị trường Bên cạnh đó, chúng em cũng đưa ra được những ưunhược điểm của từng loại đèn LED được ứng dụng trong quảng cáo Sự lựa chọn hợp

lý cho phương án thực hiện bài đồ án của chúng em đó là: sử dụng vi điều khiển, điềukhiển đèn LED quảng cáo Cụ thể vi điều khiển chúng em sử dụng là DSPIC30F3013

và bảng đèn LED ma trận P10 16x64 Ở chương 2, chúng em xin phép được trình bày

về vi điều khiển DSPIC30F3013 do hãng Micro Chip sản xuất và bảng đèn LED ma

trậnP10 cùng cách thức hoạt động của chúng.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LED QUANG BÁO 2.1 Tổng quan vi điều khiển DSPIC30F3013

Vi điều khiển DSPIC30F3013 thuộc dòng dsPIC là một họ vi điều khiển số(Digital Signal Controller) 16-bit do hãng Microchip sản xuất Sự khác biệt của dsPIC

so với các vi điều khiển khác là dsPIC được tích hợp các công cụ xử lý tín hiệu số Tuymới ra đời (từ năm 2005) nhưng dsPIC đã nhanh chóng chiếm được thị phần lớn trongthị trường chip trên thế giới cũng như tại Việt Nam bTi chip dsPIC có tốc độ xử lý cao,trên phiến tích hợp các module chức năng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau,đồng thời giá thành của dsPIC tương đối thấp Những yếu tố đó cho phép thực hiệncác dự án trên dsPIC rất hiệu quả

 Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi xử dụng vi

xử lý DSPIC30F3013, thậm chí không cần tạo nguồn xung clock cho chip (trong

vi xử lý DSPIC30F3013 có nguồn dao động nội 7.37 Mhz có thể tùy chỉnh nhângiao động x4, x8, x16)

 Thiết bị lập trình cho vi xử lý DSPIC30F3013 cũng đơn giản, có những loạimạch nạp chỉ cần vài điện trT cũng có thể làm được

 Bên cạnh lập trình bằng ngông ngữ ASM (Assembly – ngôn ngữ máy), vi xử lýDSPIC30F3013còn hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ C

 Nguồn tài nguyên về scoure code, application note … rất lớn trên internet

 Trên IC có tích hợp các bộ timer – counter 16 bit và 32 bit thuận lợi cho việc điềuchế độ rộng xung PWM

 Các bộ ADC 12 bit được tích hợp sẵn thuận lợi trong việc sử lý đo lường và kếtnối với các thiết bị ngoại vi

 Vi xử lý DISPIC30F3013 có kiến trúc Harvard sửa đổi, có hỗ trợ giao tiếp I-O,giao tiếp UART, giao tiếp LCD, giao tiếp I2C,

 Dung lượng của bộ nhớ chương trình Flash là 24K Dung lượng của bộ nhớ dữliệu RAM là 2048 Byte

Cấu hình DSPIC30F3013:

21

Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển DSPIC30F3013

- Có 4 kênh I – O xuất nhập

- 10 kênh chuyển đổi ADC

- Có port giao tiếp song song

- Có thể lựa chọn tần số dao động ngoại thạch anh đến 40MHz

- Có 3 bộ timer/counter: 1, 2, 3

- Có chân hỗ trợ giao tiếp UART, I2C, SPI, MSSP (giao tiếp nối tiếp)

- 2 chân so sánh tương tự, 2 chân hỗ trợ PWM

Vi xử lý DSPIC30F3013 có tất cả 18 chân giao tiếp I-O chia làm 4 nhóm Cácđường vào ra này có rất nhiều tính năng có thể lập trình được Chúng ta có thanh ghiquản lý địa chỉ các cổng vào ra đó chính là PORTx và thanh ghi quản lý dữ liệu điểukhiển cổng DDRx Và cuối cùng địa chỉ chân vào cổng là PINx Code lệnh hỗ trợ lậptrình điểu khiển cổng và cho phép dữ liệu cổng đó là vào hay ra như sau:

- Set_tris_x (value): đây là lệnh cho phép cổng vào hay là cổng ra Nếu giá trị là 1

thì là cổng vào còn lại là 0 thì là cổng ra

- Output_x(value): đây là lệnh cho phép xuất giá trị ra các cổng T mức 0, 1.

- Port_b_pullups (value): cho phép điện trT nội treo trên cổng b… các bạn tham

khảo mục tài liệu tham khảo [1]

Bên cạnh đó ngoài chức năng I-O thông thường thì cổng B của vi xử lýDSPIC30F3013 được tích hợp thêm bộ ADC 12bit (các bạn có thể xem hình 2.2).ADC của vi xử lý DSPIC sẽ sử dụng điện áp tham chiếu là điện áp cấp cho IC so sánh

xử lý số, vì vậy điện áp cấp cho vi xử lý phải ổn định đảm bảo cho ADC lấy mẫu

tínhiệu một cách chính xác Vi xử lý DSPIC30F3013 được hỗ trợ 3 bộ timer/counter làT/C 1, T/C 2, T/C 3 và được hỗ trợ 2 chân phát xung PWM OSC1 và OSC2 Bên cạnh

đó vi xử lý DSPIC30F3013 được tích hợp chức năng Input Capture sẽ cho phép đọcđược tần số trong giải cho phép của vi xử lý

Vi xử lý DSPIC30F3013 được hỗ trợ nhiều trình biên dịch khác nhau cụ thể làtrình biên dịch CCS và MPlab Trình biên dịch CCS có điểm mạnh: hỗ trợ phần mềmkết nối hầu hết các ngoại vi quen thuộc như LCD, UART, SPI, Interrupt, PWM,…giúp người lập trình có thể tiếp cận nhanh với vi xử lý Còn trình biên dịch MPlab sẽgiúp người dùng hiểu sâu hơn về tổ chức bộ nhớ của vi xử lý Trong bài đồ án nàychúng em xin được xử dụng trình biên dịch MPlab IDE để lập trình cho vi xửlýDSPIC30F3013

Hình 2.2 Sơ đồ chân và chức năng của vi điều khiển DSPIC30F301323

2.2 Module ADC của vi điều khiển DSPIC30F3013

DSPIC30F3013 có bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC 12 bit cho phép chuyểnđổi tín hiệu đầu vào tương tự sang dạng tín hiệu số 12 bit Module ADC này được thiết

kế gần đúng với kiến trúc cơ sT SAR (Successive Approximation Register) và cungcấp tốc độ lấy mẫu tối đa 200 ksps.DSPIC30F3013 có đến 10 đầu vào tương tự ghépthành một mẫu và giữ bộ khuếch đại Các đầu ra của mẫu là đầu vào của bộ chuyểnđổi tín hiệu từ tương tự sang số để tạo ra kết quả Tương tự điện áp tham chiếu có thểđược cài đặt bằng phần mềm, có thể lựa chọn để điện áp cung cấp thiết bị (AVDD /AVSS) hoặc mức điện áp trên chân (VREF + / VREF-) ADC có một Tính năng có thểhoạt động khi thiết bị đang T trong chế độ ngủ với lựa chọn dao động RC

Module ADC của DSPIC30F3013 có 6 thanh ghi 16 bit bao gồm

- Thanh ghi điều khiển A/D 1: ADCON1

- Thanh ghi điêu khiển A/D 2: ADCON 2

- Thanh ghi điều khiển A/D 3: ADCON 3

- Thanh ghi đăng ký lựa chọn đầu vào: ADCHS

- Thanh ghi đăng ký cấu hình cổng: ADPCFG

- Thanh ghi lựa chon quét đầu vào: ADCSSL

- Các thanh ghi ADCON1, ADCON2, ADCON3 dùng để điêu khiển hoạt động củacác module ADC, lựa chọn các kênh đầu vào

Thanh ghi ADPCFG cấu hình các chân cổng là tương tự đầu vào dưới dạng I/O

kỹ thuật số

2.2.1 Bộ đệm kết quả sau khi chuyển đổi của module ADC

Kết quả sau khi chuyển đổi giá trị từ tương tự sang số sẽ được đẩy về bộ nhớđệm A/D Result Buffer Đây là module 16 word được gọi là: ADCBUF0 cho đếnADCBUFF dùng để chứa kết quả sau chuyển đổi RAM của ADC là 12 bit nhưng kếtquả thu được sau chuyển đổi được biểu diễn T một trong bốn dữ liệu định dạng 16 bitkhác nhau Nội dung của 16 bit chuyển đổi A/D Result Buffer Register không thể đượcbiết bằng phần mềm của người dùng

2.2.2 Hoạt động chuyển đổi

Trước tiên chúng ta cần phải cấu hình chân ADC cho vi điều khiển DSPIC3013bằng cách sử dụng thanh ghi ADPCFG và TRIS cấu hình các cổng vào A/D Sau khicấu hình xong thì các cổng đó sẽ là các cổng ADC mong muốn tương ứng với bitTRIS Hoạt động A / D độc lập với trạng thái của các bit CH0SA <3: 0> / CH0SB <3:0> và các bit TRIS Khi đọc thanh ghi PORT, tất cả các chân được cấu hình là cáckênh đầu vào tương tự sẽ đọc như được xóa.Các chân được định cấu hình như các đầuvào kỹ thuật số sẽ không chuyển đổi thành một đầu vào analog Các mức tương tự trênbất kỳ pin nào được xác định là một đầu vào kỹ thuật số (bao gồm các chân ANx) cóthể gây ra bộ đệm đầu vào không đúng thông số kỹ thuật của thiết bị

Các bước sau đây nên được thực hiện để làm một chuyển đổi A / D:

- Cấu hình mô-đun ADC: Cấu hình chân analog, tham chiếu điện áp và

- I / O kỹ thuật số: Chọn kênh đầu vào A / D, chọn đồng hồ chuyển đổi A / D, Chọn kích hoạt chuyển đổi A / D, Bật mô-đun ADC

- Cấu hình ngắt A / D (nếu cần): Xóa bit ADIF và Chọn ưu tiên ngắt A / D

- Bắt đầu lấy mẫ: Chờ thời gian mua lại yêu cầu, Kết thúc kích hoạt lại, bắt đầu chuyển đổi

- Đợi chuyển đổi A / D hoàn tất, bằng cách: Chờ ngắt A / D, hoặc đang chờ bit DONE được thiết lập

- Đọc bộ đệm kết quả A / D; xóa ADIF nếu cần

Để biết được cấu hình chi tiết bạn đọc tham khảo phần tài liệu tham khảo 1, tờ dữliệu (Datasheet) của vi điều khiển DSPIC30F3013

25

Hình 2.4 Mặt trước của LED ma trận P10

Các LED trên ma trận LED được điều khiển bT 16 ic ghi dịch 74HC595, một icquét hàng 74HC138, 4 FET cấp nguồn cho các LED, 1 ic đệm 74HC245 Tấm đènLED ma trận P10 sử dụng điện áp 5V