luận văn thạc sĩ ứng dụng kỹ thuật số trong lĩnh vực quảng cáo

Với ñề tài này, em nghiên cứu về thực trạng tình hình quảng cáo ñiện tử trong thực tế tại Việt Nam, cơ sở lý thuyết chuyên môn kỹ thuật số và các phương pháp thiết kế mạch quảng cáo ñiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO VIỆN ðẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

ðề tài luận văn:

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SỐ TRONG LĨNH VỰC QUẢNG CÁO

Học viên thực hiện: BÙI VŨ BÌNH

Chuyên Ngành: Kỹ thuật ñiện tử

Mã số: 102

Người hướng dẫn khoa học: TS: NGUYỄN HOÀI GIANG

LỜI CẢM ƠN

đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Hoài Giang ựã hướng dẫn giúp ựỡ em rất nhiều trong việc hình thành và hoàn thiện ựồ án

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong Khoa Công nghệ điện tử

- Thông tin ựã dạy bảo em trong các môn học ựể em có cơ sở kiến thức chuyện môn ựể thực hiện ựồ án này

Do kiến thức còn hạn hẹp và thực tế chưa nhiều nên trong nội dung ựồ án còn nhiều thiếu sót Em rất mong các thầy, các cô hướng dẫn, chỉ bảo ựể em có thể hoàn thiện hơn nữa ựồ án này

Ngày nay có rất nhiều phương tiện và phương thức quảng cáo khác nhau Nổi bật lên là các biển quảng cáo ựiện tử bởi sự tiện dụng, hiểu quả cao và chi phắ hợp lý

đó là lý do em chọn ựề tài nghiêm cứu ứng dụng kỹ thuật số trong lĩnh vực quảng cáo

MỤC LỤC

ðẶT VẤN ðỀ

1.1.1 Khái niệm về quảng cáo 2

1.1.2 ðặc ñiểm của quảng cáo 2

1.1.3 Các loại hình quảng cáo 3

1.2 Quảng cáo ñiện tử 4 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Các loại hình quảng cáo ñiện tử thông dụng 4

1.2.2.1.Biển quảng cáo bằng ñèn neon sign 4

1.2.2.2 Quảng cáo bằng LED 5

1.2.2.3 Màn hình Video Display 9

CHƯƠNG 2- LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT HIỂN THỊ LED TRONG QUẢNG CÁO 10 2.1 Giới thiệu công nghệ LED 11 2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng 11

2.1.2 Các loại LED thường gặp và ứng dụng 17

2.2 Mạch ñiều khiển hiển thị LED trong quảng cáo 19 2.2.1 Khái quát 2.2.2 Các giải pháp 19

2.2.2.1 Dùng IC rời 19

2.2.2.2 Dùng EPROM 19

2.2.2.3 Dùng vi xử lý 19

2.2.2.4 Dùng máy vi tính 19

CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ MẠCH QUẢNG CÁO KỸ THUẬT SỐ DÙNG IC RỜI 21 3.1 Cơ sở lý thuyết 21 3.1.1 Sơ ñồ khối và nguyên lý hoạt ñộng của mạch 21

3.1.1.1 Sơ ñồ khối 21

3.1.1.2 Nguyên lý hoạt ñộng 21

3.1.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế các khối trong mạch 22

3.1.2.1 Cơ sở lý thuyết thiết kế khối tạo xung 22

3.1.2.3 Cơ sở lý thuyết thiết kế khối giải mã 38

3.1.2.4 Cơ sở lý thuyết thiết kế khối công suất 54

3.1.2.5 Cơ sở lý thuyết thiết kế khối hiển thị 56

3.1.2.6 Cơ sở lý thuyết thiết kế khối nguồn nuôi 28

3.2 Thiết kế thi công mạch quảng cáo kỹ thuật số 63 3.2.1 Thiết kế mạch tạo xung 64

3.2.1.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt ñộng của LM555 64

3.2.1.2 Sơ ñồ nguyên lý và các tham số 66

3.2.1.3 Sơ ñồ chân của LM555 67

3.2.2 Thiết kế bộ ñếm 67

3.2.2.1 Nguyên lý hoạt ñộng của bộ ñếm 67

3.2.2.2 Sơ ñồ chân của 74LS90 67

3.3.3 Thiết kế mạch giải mã 69

3.3.4 Thiết kế mạch hiển thị 71

3.3.5 Thiết kế mạch công suất 71

3.3.6 Thiết kế mạch nguồn nuôi 72

KẾT LUẬN 73

KÍ HIỆU VIẾT TẮT

RTL: RESISTOR – TRANSISTOR - LOGIC

DTL: DIODE - TRANSISTOR - LOGIC

TTL: TRANSISTOR – TRANSISTOR – LOGIC

HTL: HIGH THRESHOLD – LOGIC

ECL: EMITTER COUPLED LOGIC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

Hình 3.15 Sơ ñồ chân ra của một số IC cổng logic hay dùng loại

Hình 3.20 Sơ ñồ khối nguồn ổn áp cơ bản 60

Hình 3.28 Sơ ñồ mạch ñếm dùng cho mạch quảng cáo kỹ thuật số dùng

Hình 3.31 Sơ ñồ sắp xếp LED thành hình chữ H và các ñấu nối song

ðẶT VẤN ðỀ

Quảng cáo là hình thức tuyên truyền, giới thiệu thông tin về sản phẩm, dịch vụ, công ty hay ý tưởng Quảng cáo là những nỗ lực nhằm tác ñộng tới hành vi, thói quen mua hàng của người tiêu dùng hay khách hàng bằng cách cung cấp những thông ñiệp bán hàng theo cách thuyết phục về sản phẩm hay dịch vụ của người bán Các nhà hàng, công ty, doanh nghiệp … tham gia các hoạt ñộng quảng cáo không ngoài mục ñích quảng bá hình ảnh, giới thiệu sản phẩm, dịch vụ, thông tin … của họ ñể từ ñó thu hút ñược thêm các khách hàng tiềm năng, nâng cao tính cạnh tranh và ñem lại nhiều nguồn lợi cho công ty Một chiến dịch quảng cáo tốt sẽ góp phần tích cực vào sự phát triển của doanh nghiệp vì thế cũng có thể nói rằng, quảng cáo ñã, ñang và vẫn sẽ tiếp tục ñóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống của xã hội Hiện nay, một trong những phương thức quảng cáo phổ biến nhất là quảng cáo ñiện tử Dựa vào những kiến thức

ñã có trong quá trình học có thể áp dụng vào thực tế nên em quyết ñịnh lựa chọn ñề tài:

“Ứng dụng kỹ thuật số trong lĩnh vực quảng cáo” Nội dung của ñề tài gồm có:

- Chương I: Giới thiệu về lĩnh vực quảng cáo ñiện tử

- Chương II: Lựa chọn giải pháp kỹ thuật hiển thị LED trong quảng cáo

- Chương III: Thiết kế thi công mạch quảng cáo kỹ thuật số sử dụng IC rời

Với ñề tài này, em nghiên cứu về thực trạng tình hình quảng cáo ñiện tử trong thực tế tại Việt Nam, cơ sở lý thuyết chuyên môn kỹ thuật số và các phương pháp thiết

kế mạch quảng cáo ñiện tử

Qua ñề tài này, em hy vọng sẽ tìm hiểu ñược sâu hơn về kiến thức chuyên ngành ñiện tử ñã học, qua ñó áp dụng vào thực tế thiết kế mạch quảng cáo hiển thị LED Sản phẩm của ñề tài có thể áp dụng thực tế sản xuất, cũng như làm các mô hình học cụ

CHƯƠNG 1- GIỚI THIỆU VỀ LĨNH VỰC QUẢNG CÁO

ðIỆN TỬ

1.1 Quảng cáo

1.1.1 Khái niệm về quảng cáo

Quảng cáo là hình thức tuyên truyền, giới thiệu thông tin về sản phẩm, dịch vụ, công ty hay ý tưởng Quảng cáo là những nỗ lực nhằm tác ñộng tới hành vi, thói quen mua hàng của người tiêu dùng hay khách hàng bằng cách cung cấp những thông ñiệp bán hàng theo cách thuyết phục về sản phẩm hay dịch vụ của người bán Các nhà hàng, công ty, doanh nghiệp … tham gia các hoạt ñộng quảng cáo không ngoài mục ñích quảng bá hình ảnh, giới thiệu sản phẩm, dịch vụ, thông tin … của họ ñể từ ñó thu hút ñược thêm các khách hàng tiềm năng, nâng cao tính cạnh tranh và ñem lại nhiều nguồn lợi cho công ty

1.1.2 ðặc ñiểm của quảng cáo

Quảng cáo là hình thức truyền thông phải trả tiền cho việc mua không gian và thời gian ñể ñăng các thông ñiệp quảng cáo

Quảng cáo là hình thức truyền thông phi cá nhân: thông ñiệp quảng cáo phải

sử dụng các phương tiện thông tin ñại chúng ñể chuyển tải thông ñiệp ñến số ñông khách hàng trong cùng thời ñiểm

Quảng cáo ñược xem là hình thức sử dụng nhiều nhất của truyền thông, có lẽ vì mang tính lan rộng của nó, nó ñược các công ty sản xuất hàng tiêu dùng sử dụng phổ biến hơn các công ty sản xuất hàng công

Có nhiều lý do giải thích tại sao quảng cáo lại có vai trò quan trọng như vậy:

Thứ nhất: quảng cáo có thể là một phương pháp hiệu quả về mặt chi phí ñể

truyền thông trên diện rộng Một chương trình quảng cáo phát ra nhiều hộ gia ñình mở xem Nếu xét chi phí cho một lần thông tin ñến khách hàng sẽ thấp hơn hình thức khác

Thứ hai: Quảng cáo có thể tạo ấn tượng, thu hút bằng biểu tượng cho nhãn hiệu

hay công ty, khả năng này giúp cho công ty bán những sản phẩm mà nó rất khó nêu ra

sự khác biệt về thuộc tình của sản phẩm

Thứ ba: ưu ñiểm khác của quảng cáo là khả năng tác ñộng vào phản ứng khách

hàng khi các yếu tố khác của marketing khó thực hiện ñược Một chương trình quảng cáo hấp dẫn có thể giúp doanh nghiệp tăng doanh số, tạo lực ñẩy góp phần vào thành công chung của một kế hoạch truyền thông marketing

Trên thế giới, quảng cáo hiện nay ñã phát triển tới những trình ñộ cao, tuy nhiên

ở Việt Nam - do còn nhiều hạn chế - nên ña số các sản phẩm quảng cáo vẫn còn ở trình

ñộ thấp Các sản phẩm quảng cáo ñể có thể ñến với khách hàng tiềm năng cần phải ñược truyền tải qua các phương tiện truyền thông, như: báo in, tạp chí, ñài phát thanh, truyền hình, báo ñiện tử

1.1.3 Các loại hình quảng cáo

Các loại hình quảng cáo phổ biến hiện nay :

- Truyền hình

- Internet

- Báo chí

- Phát thanh

- Quảng cáo trực tuyến

- Quảng cáo qua bưu ñiện

- Quảng cáo trên các phương tiện vận chuyển

- Quảng cáo qua các trang vàng

- Quảng cáo trên tờ rơi, áp phích, pano hay băng rôn

- Quảng cáo trên bao bì sản phẩm

- Quảng cáo qua các thư gửi trực tiếp

- Quảng cáo truyền miệng

- Quảng cáo bằng bảng ựiện tử

1.2 Quảng cáo ựiện tử

Trong các loại hình quảng cáo ựề cập ựến ở trên thì quảng cáo ựiện tử là một loại hình quảng cáo ựược sử dụng rộng rãi bởi nhiều công ty, cửa hàng bởi tắnh ựơn giản, hiện ựại cũng như hữu dụng của nó

1.2.1 Khái niệm

Quảng cáo ựiện tử là hình thức gây sự chú ý của người tiêu dùng về sản phẩm, thương hiệu bằng các bảng ựiện tử có khả năng phát sáng và thay ựổi theo yêu cầu ựược ựặt ra Với kiểu dáng ựa dạng, ựộc ựáo có thể thay ựổi nội dung dễ dàng, bảng ựiện tử có thể ựược sử dụng như một phương tiện quảng cáo trực quan tạo ấn tượng mạnh cho khách hàng

Các bảng ựiện tử thường ựược ựặt tại những nơi dễ quan sát có nhiều người qua lại Ngoài ra, bảng ựiện tử có thể ựược dùng làm biển cửa hàng, cửa hiệu, biển chỉ dẫn

an toàn, chỉ dẫn giao thông Ầ với hiệu quả quảng bá cao

1.2.2 Các loại hình quảng cáo ựiện tử thông dụng

1.2.2.1.Biển quảng cáo bằng ựèn neon sign

đèn neon sign là một loại ựèn dùng các ống có ựường kắnh khác nhau, tự phát

xạ ánh sáng Bên trong có chứa khắ hiếm như neon hay argon, hay bất kỳ khắ trơ khác trong áp suất thấp Neon cho ra ánh sáng màu ựỏ trong khi argon ánh sáng yếu hơn Argon thường cho ánh sáng vàng, xanh dương, xanh lá cây, trắng

Neon signs ựược làm bằng các ống ựược uốn theo các hình khác nhau đường kắnh ống thường là 8-11 mm cho các ựèn trong nhà và 12-13 mm cho ựèn trong nhà cỡ

lớn, ngoài trời đèn có ựường kắnh càng nhỏ thì càng dễ uốn cong thành hình ảnh nhưng khó nhìn thấy từ xa Ống kắch thước lớn hơn dễ nhìn thấy và thắch hợp dùng làm tên cửa hiệu Tuy nhiên, ống lớn khó làm các chữ nhỏ

Neon sign có nhiều màu ựược uốn theo chữ viết hoặc hình ảnh thường dùng ựể trang trắ, quảng cáo và biển hiệu các quán rượu, nhà hàng, sòng bạc, khách sạn, và những nơi vui chơi giải trắ Bằng cách thiết kế các bộ phận chuyển mạch, có thể tạo ra

ưa chuộng neon sign do ựầu tư ban ựầu thấp, ựộ bền cao, bảo trì dễ dàng và nhanh chóng Quảng cáo Nhanh

1.2.2.2 Quảng cáo bằng LED

LED (Light Emitting Diode) Ờ đi ốt phát quang là các loại ựi ốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại

đèn LED có những ứng dụng rất phong phú và rộng rãi : làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị ựiện, ựiện tử, trang trắ, làm ựèn giao thông, các ựèn LED phát ra tia hồng ngoại ựược dùng trong các thiết bị ựiều khiển từ xa trong ựiện tử dân dụngẦ thậm chắ ngày nay người ta ựã nghiên cứu ựèn LED phát ánh sáng trắng ựể thay thế cho các thiết bị chiếu sáng thông thường như ựèn sợi ựốt, ựèn neon, ựèn compactẦ

đây chắc chắn là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp năng lượng vì hiện tại ựèn LED trắng có tuổi thọ tới 50.000 giờ sử dụng, gấp 50 lần so với bóng ựèn 60W điều này có nghĩa là chúng có thể thắp sáng liên tục trong vòng gần 6 năm Hơn thế nữa chúng dùng ựiện áp thấp nên không gây cháy nổ mà tiết kiệm ựiện hơn nhiều

so với bóng ựèn khác Một trong những ứng dụng quan trọng và phổ biến hiện nay của ựèn LED chắnh là trong lĩnh vực quảng cáo : bảng quảng cáo bằng ựèn LED

đèn LED thực sự là có cách ựột phá mới trong công nghệ cao nói chung và trong quảng cáo nói riêng đó là các bảng hiệu, bảng chỉ dẫn, panel quảng cáoẦ có sử dụng ựèn LED và mạch ựiện tử ựể tạo hiệu ứng ánh sáng Qua tìm hiểu ta thấy nhiều ựặc ựiểm nổi bật của nó như ựộ bền của nó cao gấp mấy chục lần bóng ựèn thường, và lại rất ắt hao ựiện, không gây cháy nổ, an toàn tuyệt ựối, chống rung ựộng tốt, ựặc biệt

là nó vẫn sáng rõ vào ban ngày vì vậy có thể dụng cả những biển quảng cáo trong nhà (indoor) và ngoài trời (outdoor) cho hiệu quả cao cũng như gây sự chú ý ựồng thời truyền ựạt thông tin ựến khách hàng và người ựi ựường

Bảng ựiện tử có thông tin thay ựổi ựược còn ựược gọi là bảng quang báo hay màn hình ựiện tử LED, có nhiều màu sắc, nhiều cách hiển thị sinh ựộng, dễ dàng thu hút sự chú ý của mọi người Do dễ dàng thay ựổi thông tin trên bảng ựiện tử nên ựây ựược xem là phương tiện truyền ựạt thông tin hiện ựại, nhanh chóng

Bảng LED quảng cáo ựược sử dụng cả indoor, outdoor và semi-outdoor :

- Bảng indoor sử dụng tốt trong nhà, không sử dụng ngoài trời ựược vì không

ựủ ựộ sáng và không chịu ựược mưa nắng

- Bảng outdoor có ựộ sáng cao, kết cấu chắc chắn, chịu ựược mưa nắng

- Bảng semi-outdoor có ựộ sáng cao, sử dụng tốt ngoài trời nhưng chịu mưa nắng kém nên bảng quảng cáo loại này thường ựược ựặt ở dưới mái hiên nhà Trong lĩnh vực quảng cáo, ứng dụng của ựèn LED ựược thể hiện dưới nhiều hình thức khác nhau như :

- Bảng thông tin ñiện tử chữ chạy sử dụng LED ma trận

Bảng thông tin ñiện tử là sản phẩm của ngành công nghệ cao với nhiều ưu ñiểm nổi bật ñã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống ðiểm nổi bật của bảng thông tin ñiện tử là khả năng thay ñổi thông tin và phương thức trao ñổi thông tin Với nhiều tính năng ñộc ñáo, bảng thông tin ñiện tử (bảng quang báo, bảng ñiện tử, bảng LED) luôn thu hút ñược ñông ñảo sự chú ý quan sát của nhiều người Do ñó, nó là sản phẩm ñắc dụng cho các chương trình quảng cáo, các bản tin chứng khoán, tài chính…

Cũng vì tính tiện lợi mà bảng thông tin ñiện tử ñược ứng dụng rộng rãi ở nhiều nơi với nhiều mục ñích khác nhau như: khách sạn, nhà hàng, trung tâm thương mại, trụ

sở công ty, ngân hàng, sân bay, hiệu vàng, sàn giao dịch chứng khoán, giao thông hay tại các cổng trào của các tỉnh và thành phố…

ðược thiết kế rất khoa học nên bảng thông tin ñiện tử rất dễ dàng khi sử dụng,

có thể ñiều khiển bằng bàn phím chuyên dụng, bằng nút bấm, ñiều khiển từ xa hay máy tính… Không những thế, nó còn rất tiện lợi trong sản xuất, lắp ñặt

Ngoài ra bảng thông tin ñiện tử còn có các thuộc tính ưu việt khác như : ñiện áp thấp, tính ổn ñịnh cao, cường ñộ sáng mạnh, thay ñổi nội dung nhanh, dễ dàng, kỹ xảo hiển thị ña dạng

- Biển hiệu, biển vẫy gây chú ý cho khách ñi ñường sử dụng LED ma trận hoặc LED ñơn

Là loại biển quảng cáo ñiện tử sử dụng ñèn LED siêu sáng ñược lập trình bằng

vi ñiều khiển tạo nên các hiệu ứng hiển thị khác nhau gây ấn tượng mạnh mẽ và sự chú

ý ñặc biệt ñối với người ñi ñường

- Bảng thông tin và hình ảnh ñồ họa:

Là sản phẩm của ngành công nghệ cao với nhiều ưu ñiểm nổi bật ñã trở thành một phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực cuộc sống Bảng có khả năng thể hiện ña dạng các hình bằng chữ, logo và các hình ảnh ñồ họa Có thể ñặt màu sắc khác nhau

cho từng dòng chữ hoặc từng chữ, ñiều chỉnh ñược tốc ñộ kỹ xảo Là phương thức quảng cáo hình ảnh Logo, giới thiệu về sản phẩm một cách cô ñọng súc tích nhất

- Các loại bảng tỷ giá: bảng giá vàng, bảng giá ngoại tệ, bảng tỷ giá ngân hàng…

Là bảng thông tin ñiện tử thiết kế chuyên dụng cho từng ngành (ñặc biệt là ngân hàng), sản phẩm ñược sử dụng rộng rãi ở các sở giao dịch, phòng giao dich…, là phương tiện tốt giúp cho việc trao ñổi tỷ giá nhanh, thuận tiện Bảng có nhiều tính năng

dễ sử dụng và thay ñổi thông tin qua máy tính

- Bảng quảng cáo màn hình Full Colour

Sản phẩm màn hình Full Colour là dòng sản phẩm mới, ứng dụng những công nghệ khoa học tiên tiến nhất của ngành LED hiện nay

Sản phẩm có khả năng hiển thị ñược tất cả các dạng thông tin quảng cáo, trình diễn các hình ảnh ñộng, chiếu một ñoạn phim video như một màn hình Ti Vi lớn và còn hơn thế nữa có thể kết nối trực tuyến với mạng máy tính Sản phẩm cũng ñược thiết kế ñể lắp ñặt cả trong nhà lẫn ngoài trời

Khác với ñặc trưng hiển thị LED quảng cáo bình thường, ñây là bảng hiển thị thông tin dữ liệu ñộng, thông tin ñược cập nhật liên tục Màn hình lớn có thể chia ra thành nhiều vùng ñể hiển thị theo từng nhóm thông tin chứng khoán như: tên công ty, các tiêu ñề và các thông số ñấu giá, ảnh logo… Thông tin hiển thị ñược chia thành các kịch bản chạy song song với nhau trên cùng hoặc khác phân vùng hiển thị Thông tin chứng khoán ñược cập nhật một cách tự ñộng lên bảng ñiện tử Màu sắc thông tin hiển thị trên bảng ñiện tử thay ñổi theo từng mã chứng khoán và phụ thuộc vào sự tăng giảm giá của mã chứng khoán ñó ðiều này giúp cho mọi người theo dõi thông tin chứng khoán một cách dễ dàng hơn

Không chỉ có vậy ngày nay bảng LED quảng cáo còn ñược ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực khác nữa như : bảng thông tin nghiệp vụ cho ngành du lịch, bưu

ñiện ñiện tử, ngân hàng ñiện tử, bảng kết quả xổ số kiến thiết, bảng tỷ số thi ñấu thể thao, bảng ñiện tử dùng cho tín hiệu giao thông… với kiểu dáng phong phú, thiết kế hiện ñại và hiệu ứng bắt mắt cho hiệu quả cao trong lĩnh vực quảng cáo

Tuy nhiên, do hạn chế về nhiều mặt cũng như ảnh hưởng của suy thoái kinh tế toàn cầu nên hiện nay ở Việt Nam xuất hiện không nhiều các bảng, biển quảng cáo hiển thị video, nhưng các bảng quảng cáo hiển thị dạng text dùng ñể giới thiệu, quảng

bá thương hiệu hay ñể hiển thị thông tin về các loại hình dịch vụ, sản phẩm (mức lãi xuất ở ngân hàng, thông tin tại sàn giao dịch chứng khoán, thông tin về thời gian biểu tại sân bay, kết quả các trận bóng …) … thì vẫn ñang phát triển mạnh mẽ ðặc ñiểm ưu việt của loại hình này là dễ dàng thay ñổi, cập nhật nội dung cần hiển thị bằng phần mềm

1.2.2.3 Màn hình Video Display

Hiển thị nhiều màu sắc, sắc nét trung thực và sống ñộng là sản phẩm chủ yếu phục vụ cho lĩnh vực quảng bá thương hiệu, sản phẩm ña dạng về chủng loại, có thể dùng indoor, outdoor hay semi-outdoor

Màn hình Led sử dụng công nghệ Diot phát quang với những ưu ñiểm nổi trội

về ñộ sáng và tuổi thọ so với các phương tiện phát sang hiện có Mỗi ñiểm ảnh là các led có ñộ sang khác nhau, khoảng cách giữa mỗi ñiểm ảnh ñược thiết kế ñảm bảo tầm nhìn tốt: Góc nhìn rõ của màn hình Led là rất cao

Màn hình lớn Led giúp cho việc câp nhật thông tin thường xuyên tại các sàn giao dịch chứng khoán, bến xe, nhà ga, sân bay … thông tin ñược cập nhật nhanh chóng, gây sự chú ý và dễ quan sát, dễ hiểu

CHƯƠNG 2- LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

HIỂN THỊ LED TRONG QUẢNG CÁO

Chương 1 ñã trình bày tổng quan về thực trạnh về lĩnh vực quảng cáo ñiện tử Trong chương 2, luận văn tập trung trình bày về các giải pháp kĩ thuật ñược sử dụng trong các loại biển quảng cáo ñiện tử Do khuôn khổ của ñề tài giới hạn trong quảng cáo sử dụng công nghệ LED nên ở ñây chỉ ñưa ra các giải pháp trong việc ñiều khiển

và hiển thị bảng quảng cáo LED

2.1 Giới thiệu công nghệ LED

LED, viết tắt của Light Emitting-Diode có nghĩa là “ði-ốt phát quang”, là một nguồn sáng phát sáng khi có dòng ñiện tác ñộng lên nó ðược biết tới từ những năm ñầu của thế kỷ 20, công nghệ LED ngày càng phát triển, từ những diode phát sáng ñầu tiên với ánh sáng yếu và ñơn sắc ñến những nguồn phát sáng ña sắc, công suất lớn và cho hiệu quả chiếu sáng cao

Hình 2.1 LED – ði ốt phát quang

2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng

Giống như những ñiốt thông thường, LED bao gồm hai lớp bán dẫn loại p và n ghép vào nhau Do ñó, ñể tìm hiểu nguyên lý hoạt ñộng của LED ta phải hiểu nguyên

lý của chất bán dẫn

Chất bán dẫn (Semiconductor) là loại chất trung gian giữa chất dẫn ñiện và chất cách ñiện Chất bán dẫn thường ñược chế tạo từ các chất thuộc phân nhóm chính nhóm 4 như: Silic hoặc Gecmani Ở ñiều kiện thường, chất bán dẫn trung hòa về ñiện, nhưng khi có các yếu tố ngoại cảnh như: ánh sáng, nhiệt ñộ, các tia bức xạ, ñiện trường tác ñộng vào làm ñứt gãy các mối liên kết với mạng tinh thể sinh ra ñiện tích dương gọi là

lỗ trống (Hole) và ñiện tích âm gọi là ñiện tử (Electron) Lúc này chất bán dẫn sẽ chuyển sang thành chất dẫn ñiện

Khi ta pha thêm các nguyên tố không thuộc nhóm 4 vào chất bán dẫn tinh khiết

ta ñược bán dẫn tạp Có hai loại chất bán dẫn tạp:

Bán dẫn loại N (Negative) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm 5 Bán dẫn dẫn loại N có các hạt ña số là ñiện tử mang ñiện tích âm, các hạt thiểu số là lỗ trống mang ñiện tích dương và có xu hướng nhận thêm các ñiện tích dương

Bán dẫn loại P (Positive) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm 3 Bán dẫn dẫn loại P có các hạt ña số là lỗ trống mang ñiện tích dương, các hạt thiểu số là ñiện tử mang ñiện tích âm và có xu hướng nhận thêm các ñiện âm

Khi ghép bán dẫn loại P với bán dẫn loại N ta ñược một Diode bán dẫn Ở miền

P ta lấy ra một cực gọi là Anot (cực dương), miền N ta lấy ra một cực gọi là Katot (cực âm)

Hình 2.2 Cấu tạo của diode bán dẫn

Khối bán dẫn loại P(Anốt) chứa nhiều lỗ trống có xu hướng chuyển ñộng khuếch tán sang khối bán dẫn loại N(Katốt), cùng lúc khối bán dẫn loại P lại nhận các electron từ khối bán dẫn loại N chuyển sang Kết quả là hình thành ở khối P ñiện tích

âm và khối N ñiện tích dương

Sự tích ñiện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một ñiện áp gọi là ñiện áp tiếp xúc (UTX) ðiện trường sinh ra bởi ñiện áp có hướng từ khối n ñến khối p nên cản trở chuyển ñộng khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển ñộng khuếch tán chấm dứt và tồn tại ñiện áp tiếp xúc Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng ðiện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V ñối với ñiốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V ñối với ñiốt làm bằng bán dẫn Ge

Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các ñiện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa Vì vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn ñiện tự do nên ñược gọi là

vùng nghèo Vùng này không dẫn ñiện tốt, trừ phi ñiện áp tiếp xúc ñược cân bằng bởi ñiện áp bên ngoài ðây là cốt lõi hoạt ñộng của ñiốt

Nếu ñặt ñiện áp bên ngoài ngược với ñiện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các ñiện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi ñiện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp dẫn ñiện tốt ðây là trường hợp phân cực thuận cho ñiốt Trong trường hợp này dòng ñiện chạy qua ñiốt lớn và ñiện trở có giá trị nhỏ

Hình 2.3 Phân cực thuận cho ñiốt

Nếu ñặt ñiện áp bên ngoài cùng chiều với ñiện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các ñiện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt dẫn ñiện

tự do ðây là trường hợp phân cực ngược cho ñiốt Trong trường hợp này dòng ñiện chạy qua ñiốt rất nhỏ và ñiện trở có giá trị lớn Nếu như ñiện áp ngược ñặt quá ñiện áp ngưỡng chịu ñựng của tiếp giáp P- N, ñi ốt sẽ bị ñánh thủng – bị hỏng Tuy nhiên trong thực tế ta có ñiốt ổn áp (Diode Zenner) không bị ñánh thủng trong trường hợp này

Hình 2.4 Phân cực ngược cho ñiốt

Vì dòng ñiện ngược chạy qua ñiốt trong trường hợp phân cực ngược là rất nhỏ, nên ta có thể coi ñi ốt chỉ cho dòng ñiện ñi qua theo một chiều từ Anot sang Katot mà không cho dòng ñiện ñi qua theo chiều ngược lại ðây là một tính chất ñặc trưng của ñiốt bán dẫn

Trong trường hợp phân cực thuận, ở bề mặt tiếp giáp giữa hai khối bán dẫn, các electron bị các lỗ trống thu hút và có xu hướng tiến lại gần nhau, kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hoà Quá trình này giải phóng năng lượng dưới dạng các photon ánh sáng ðây chính là nguyên lý phát quang của LED Bước sóng của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào cấu trúc của các phân tử làm chất bán dẫn Nếu bước sóng này nằm trong dải bước sóng từ vùng hồng ngoại ñến vùng tử ngoại, mắt chúng ta có thể cảm nhận ñược màu sắc của ánh sáng ñó Dưới ñây liệt kê màu sắc ánh sáng do LED phát ra tùy thuộc vào vật liệu chế tạo

Màu sắc Bước sóng(nm) Vật liệu

Gallium Arsenide(Ga-As) Hồng

ngoại λ>760 Aluminium Gallium Arsennde(AlGaAs)

Aluminium Gallium Arsennde(AlGaAs) Gallium Arsennde Phosphide(GaAsP) Aluminium Gallium Indium Phosphide(AlGaInP)

ðỏ 610<λ<760

Gallium(III) Phosphide(GaP) Gallium Arsenide Phosphide(GaAsP) Aluminium Gallium Indium Phosphide(AlGaInP)

Da cam 590<λ<610

Gallium(III) Phosphide(GaP) Gallium Arsenide Phosphide(GaAsP) Aluminium Gallium Indium Phosphide(AlGaInP) Vàng 570<λ<590

Gallium(III) Phosphide(GaP) Indium Gallium Nitride(InGaN) / Gallium(III) Nitride(GaN)

Gallium(III) Phosphide(GaP) Aluminium Gallium Indium Phosphide(AlGaInP) Lục 500<λ<570

Aluminium Gallium Phosphide(AlGaP) Zinc Selenide(ZnSe)

Lam 450<λ<500

Indium Gallium Nitride(InGaN) Tím 400<λ<450 Indium Gallium Nitride(InGaN)

Tử ngoại λ<400 Aluminium Nitride(AlN)

Bảng 2.1 Sự phụ thuộc màu sắc phát sáng của LED vào vật liệu chế tạo

ðể phát ra ánh sáng trắng bằng LED có hai cách Một là sử dụng những LED riêng biệt của ba màu cơ bản(ñỏ, xanh lục, xanh lam), sau ñó kết hợp ba màu lại với

nhau ñể tạo ra ánh sáng trắng Cách thứ hai là dùng bột huỳnh quang phủ lên bề mặt bóng LED của LED xanh lam hoặc UV LED, gần giống với cách phát sáng của ñèn huỳnh quang

2.1.2 Các loại LED thường gặp và ứng dụng

LED ñơn: là loại bóng LED rời Màu sắc ánh sáng do LED phát ra phụ thuộc vào chất liệu chế tạo như ñã nói ở trên LED ñơn có thể chỉ có một màu hoặc 3 màu (thường là xanh, vàng và ñỏ) hoặc nhiều màu Màu sắc của LED ña sắc ñược ñiều khiển bởi các mức tín hiệu cấp cho nó Các mức này ñược quy ñịnh bởi nhà sản xuất

Loại LED này thường ñược sử dụng kết hợp với nhau ñể tạo ra ký tự hoặc hình ảnh cần quảng bá Các ký tự có thể ñược tạo ra bằng cách ghép nối tiếp hoặc song song các LED ñơn với nhau Kết hợp với bộ ñiều khiển có thể tạo ra các hiệu ứng ánh sáng như: chữ chạy, nhấp nháy hoặc thay ñổi màu sắc ñối với hệ thống sử dụng LED ña sắc Ngoài ra, các LED ñơn có thể ñược kết hợp với nhau trong các dây LED có mạch ñiều khiển dùng ñể trang trí Hiện nay, người ta còn sử dụng LED ñể chiếu sáng vì ñặc ñiểm nổi bật của LED là tiết kiện ñiện năng

LED 7 thanh: là tập hợp 7 thanh LED ñộc lập với nhau Tổ hợp các thanh LED sáng tắt khác nhau có thể hiển thị các con số trong hệ 10 Việc hiển thị trong LED 7 thanh ñược ñiều khiển bởi một bộ giải mã, trong thực tế ta biết IC 74LS47 chuyên dùng ñể giải mã cho LED 7 thanh Có hai loại LED 7 thanh

Loại Anot chung - các Anot ñược nối với nhau và nối lên dương nguồn Muốn một thanh nào ñó sang ta ñấu ñầu Katot của nó tới mass

Loại Katot chung – các Katot ñược nối với nhau và nối xuống mass Muốn một thanh nào ñó sáng ta ñấu ñầu Anot của nó tới nguồn

Hình 2.5 LED 7 thanh loại Katot chung và Anot chung

LED 7 thanh có nhiều màu sắc khác nhau nhưng thông thường là ñơn sắc và có kich cỡ khác nhau tùy thuộc vào mục ñích sử dụng của người dùng

Trong thực tế ñể hiển thị các số lớn hơn 10 người ta thường tổ hơp 2, 4, 8 hoặc nhiều hơn các LED 7 thanh này lại ñể tiện cho việc ñấu nối và ñiều khiển Ngoài ra, ta cũng có thể sử dụng các LED ñơn ñấu nối thành LED 7 thanh ñể hiển thị ñược số có kích thước lớn hơn như ñồng hồ ñếm lùi tại các cột ñèn giao thông chẳng hạn

LED 7 thanh thường ñược sử dụng ñể hiển thị các con số trong các bảng tỷ giá trong ngân hàng, số các chuyến bay, hiển thị thời gian trong các ñồng hồ ñếm …

LED ma trận: Thực chất LED ma trận ñược tạo thành từ các LED ñơn theo các hàng và các cột ñể ñơn giản hơn trong việc ñấu nối và ñiều khiển Ngoài ra, LED mà trận còn có ưu ñiểm là ñộ sáng cũng như màu sắc của các LED ñồng ñều hơn việc ta ñấu nối nhiều LED ñơn LED ma trận thường ñược dùng trong các biển quang báo, chạy chữ Hiện nay, loại LED này ñược dùng phổ biến nhất trong lĩnh vực quảng cáo ñiện tử

LED hồng ngoại: Là loại LED có thể phát ra tia hồng ngoại Thường ñược sử dụng trong các thiết bị thu phát từ xa với khoảng cách ngắn như ñiều khiển các loại thiết bị gia dụng: tivi, quạt…

2.2 Mạch ñiều khiển hiển thị LED trong quảng cáo

Hình 2.6 Sơ ñồ khối ñiều khiển hệ thống LED

2.2.2 Các giải pháp kỹ thuật hiển thị LED

2.2.2.1 Dùng IC rời

Dùng IC rời thì ta sử dụng các IC tích hợp kết hợp với các Diode ñể làm thành

mạch ROM (kiểu ROM này ñược gọi là Made Home) Chương trình cho loại ROM này ñược tạo ra bằng cách sắp xếp vị trí các Diode trong ma trận, mỗi khi cần thay ñổi chương trình thì phải thay ñổi lại vị trí các Diode này (thay ñổi về phần cứng) Dung lượng bộ nhớ kiểu này thay ñổi theo kích thước mạch, kích thước càng lớn thì dung lượng càng lớn (vì khi tăng dung lượng thì phải thêm IC giải ña hợp, thêm các Diode nên kích thước của mạch tăng lên) Nếu muốn ñủ bộ nhớ ñể chạy một mạch quang báo bình thường thì kích thước mạch phải rất lớn nên giá thành sẽ lên cao, ñộ phức tạp tăng

lên

2.2.2.2 Dùng EPROM

Khi dùng EPROM, kích thước mạch và giá thành sẽ giảm ñáng kể Kích thước của EPROM hầu như không tăng theo dung lượng bộ nhớ của nó Ngoài ra, khi muốn thay ñổi chương trình hiển thị thì ta chỉ việc viết chương trình mới (thay ñổi về phần mềm) nạp vào EPROM hoặc thay EPROM cũ bằng một EPROM mới có chứa chương

Tạo dao

ñộng

ðiều khiển

trình cần thay ñổi Việc thay ñổi chương trình kiểu này thực hiện ñơn giản hơn rất nhiều so với cách dùng IC rời ở trên ðặc biệt, khi có yêu cầu hiển thị hình ảnh thì việc

sử dụng EPROM ñể ñiều khiển là hợp lý nhất, nó ñơn giản hơn nhiều so với việc dùng

vi xử lý hoặc máy vi tính ñể ñiều khiển ðiều này ñược giải thích như sau: do vi xử lý

và máy vi tính muốn giao tiếp với bên ngoài ñều phải thông qua chương trình và các IC ngoại vi còn EPROM thì giao tiếp trực tiếp và không cần chương trình ñiều khiển nó

Vì phải dùng chương trình nên tín hiệu ñiều khiển ñưa ra ngoài tuần tự, không ñược liên tục như EPROM nên khi muốn hiển thị hình ảnh thì sẽ gặp nhiều khó khăn

2.2.2.3 Dùng vi xử lý

Vi xử lý tham gia vào thì mạch quang báo sẽ có ñược nhiều chức năng hơn, tiện lợi hơn nhưng cũng ñắt tiền hơn Với kit vi xử lý ñiều khiển quang báo ta có thể thay ñổi chương trình hiển thị một cách dễ dàng bằng cách nhập chương trình mới vào RAM (thay ñổi chương trình ngay trên kit, không cần phải tháo IC nhớ ra ñem nạp chương trình như EPROM) Do vi xử lý có nhiều chức năng nên việc ñổi màu cho bảng ñèn cũng ñược thực hiện một cách dễ dàng Tuy nhiên, khi sử dụng vi xử lý ñể làm mạch quang báo thì giá thành của mạch lại tăng lên nhiều so với khi sử dụng EPROM

vì kit vi xử lý cần phải có EPROM lưu chương trình ñiều khiển cho vi xử lý, các IC ngoại vi (giao tiếp bàn phím, hiển thị,…), các RAM ñể nhớ chương trình, các phím nhập dữ liệu (do có phím nên kích thước mạch tăng lên nhiều)… Ngoài ra, do vi xử lý phải gởi dữ liệu ra IC ngoại vi (thường là 8255A) rồi mới ñiều khiển việc hiển thị trên bảng ñèn nên khi cần hiển thị hình ảnh thì cách dùng vi xử lý sẽ phức tạp hơn nhiều so với khi dùng EPROM

2.2.2.4 Dùng máy vi tính

Mạch ñiều khiển LED còn có thể ñược ñiều khiển bằng máy vi tính Tuy nhiên, khi dùng máy tính ñể ñiều khiển quang báo thì rất ñắt tiền, chiếm diện tích lớn mà chất lượng hiển thị cũng không hơn so với khi dùng EPROM

Qua các phương án ñược nêu ra ở trên thì cách sử dụng EPROM thường ñược chọn vì ñáp ứng ñược yêu cầu của một mạch quang báo bình thường, giá thành lại rẻ hơn và mạch ñiện ñơn giản hơn so với khi dùng kit vi xử lý hoặc dùng máy vi tính, việc thay ñổi chương trình cũng dễ dàng hơn nhiều so với việc can thiệp vào phần cứng như cách dùng các IC rời Do ñó, trên thị trường hiện nay, các loại biển quảng cáo hiển thị LED thường sử dụng loại này Dưới ñây là bảng so sánh các phương pháp hiển thị LED trong quảng cáo

Giá thành Thấp Thấp Trung bình Cao

Thực tế áp

dụng

Bảng 2.2 So sánh các giải pháp hiển thị LED

CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ MẠCH QUẢNG CÁO

Khối tạo xung: Có thể ñược thiết kế từ các linh kiện rời, các IC cổng, IC thuật

toán hay các IC chuyên dùng Với nhiệm vụ tạo ra dãy xung vuông có ñộ rộng thay ñổi ñược theo yêu cầu ñể ñưa tới ñiều khiển bộ ñếm

Khối bộ ñếm: Nguyên lý của khối này là với mỗi một xung nhận ñược từ khối

tạo xung trạng thái ñầu ra của nó sẽ thay ñổi theo quy luật thiết kế

Khối giải mã: Là mạch giải mã ñược cấu tạo từ các linh kiện rời hoặc các IC

chuyên dùng Với mỗi một trạng thái thay ñổi ở ñầu vào sẽ cho một trạng thái thay ñổi

ở ñầu ra Cụ thể trong mạch ñó là trạng thái sáng tắt của các tổ hợp LED trong khối hiển thị

Khối công suất: Nếu xét thuần túy lý thuyết thì không cần phải có khối này ñể

ñiều khiển Tuy nhiên, do ñầu ra thường dùng một tổ hợp LED có công suất lớn hơn

Tạo xung

Bộ ñếm

Công suất

Hiển thị

Giải

mã

Khối nguồn

công suất trược tiếp ñưa ra từ khối giải mã Do ñó, khối công suất có nhiệm vụ nâng công suất của tín hiệu ra ñủ lớn ñể cấp cho mạch hiển thị

Khối hiển thị: Thường ñược cấu tạo bởi một tổ hợp LED ñược sắp xếp theo

hình thù ñịnh sẵn cho mỗi ñầu ra Trạng thái hiển thị của các tổ hợp LED này phụ thuộc vào trạng thái ñầu ra của khối giải mã

Khối nguồn: Dùng ñể cấp nguồn nuôi cho mạch ñiện Thông thường, khối nguồn có nguồn vào là 220 VAC và nguồn ñầu ra cấp cho các khối là 5 VDC

3.1.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế các khối trong mạch

3.1.2.1 Cơ sở lý thuyết thiết kế khối tạo xung

a Xung ñiều khiển

Như chúng ta ñã biết, xung là tín hiệu ñược tạo nên do sự thay ñổi mức của ñiện

áp hoặc dòng ñiện trong một khoảng thời gian rất nhỏ từ mức thấp lên mức cao và ngược lại

Trong thực tế có thể chia thành 3 loại xung: Xung kim, xung răng cưa và xung vuông Trong lĩnh vực kỹ thuật số, người ta thường xử dụng xung vuông là tín hiệu ñiều khiển ñể tạo ra các trạng thái khác nhau ở ñầu ra của một mạch ñiện

Hình 3.2 Xung vuông

Các tham số cơ bản của xung vuông gồm có:

- ðộ rộng xung: Là khoảng thời gian tồn tại xung ở mức cao

- Thời gian nghỉ: Là khoảng thời gian xung tồn tại ở mức thấp

- Chu kỳ: Là khoảng thời gian lặp lại của xung

- Tần số: Là số lần có xung trong khoảng thời gian 1 giây

- Biên ñộ của xung: là giá trị ñiện áp, hoặc dòng ñiện tương ứng với mức cao của xung

Các giá trị mức cao (H) và mức thấp (L) của xung do người thiết kế tạo ra và ñược tính toán theo từng sơ ñồ mạch tạo xung cụ thể hoặc ñược quy ñịnh tùy theo loại linh kiện sử dụng trong mạch tạo xung Thông thường với các mạch tích hợp sử dụng công nghệ TTL thì “mức cao” có giá trị ñiện áp nằm trong khoảng từ 3VDC – 5VDC, còn “mức thấp” có giá trị ñiện áp nằm trong khoảng từ 0VDC – 2VDC Với các mạch các mạch tích hợp sử dụng công nghệ CMOS thì “mức cao” có giá trị ñiện áp nằm trong khoảng từ 2VDC – 5VDC, còn “mức thấp” có giá trị ñiện áp nằm trong khoảng

từ 0VDC – 0,8VDC

b Các phương pháp tạo xung vuông cơ bản

Trong thực tế có rất nhiều phương pháp ñể tạo xung ñiều khiển các mạch kỹ thuật số như: tạo xung bằng các linh kiện rời, tạo xung bằng khuếch ñại thuật toán, sử dụng IC chuyên dùng, tạo xung sử dụng các IC cổng logic Trong mỗi trường hợp cụ thể, tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế, chất lượng, ñộ ổn ñịnh ta có thể sử dụng các phương pháp tạo xung ñiều khiển khác nhau Dưới ñây trình bày các phương pháp tạo xung vuông cơ bản

Tạo xung bằng linh kiện rời:

Thông thường các linh kiện rời ñược kết hợp với nhau ñể tạo ra xung vuông có thể sử dụng Transistor lưỡng cực hoạt ñộng ở chế ñộ khóa, các mạch ña hài…

Dưới ñây ñưa ra một ví dụ về cấu tạo, nguyên lý hoạt ñộng và tính toán các tham số trong mạch tạo xung vuông dùng linh kiện rời

Mạch dao ñộng ña hài dùng linh kiện rời

Hình 3.3 Mạch tạo ña hài tự dao ñộng dùng linh kiện rời

Khi cấp nguồn ñiện sẽ có một transistor dẫn ñiện mạch hơn và một transistor dẫn ñiẹn yếu hơn Nhờ tác dụng của mạch hồi tiếp dương C2B1 và C1B2 sẽ làm cho transistor dẫn mạnh hơn tiến dần ñến bão hòa, transistor dẫn ñiện yếu hơn tiến dần ñến cấm hoàn toàn

Giả sử ban ñầu transistor T1 ñẫn ñiện mạnh hơn, khi ñó tụ C1 ñược nạp ñiện từ

RC2 qua C1 làm dòng IB1 tăng cao dẫn ñến T1 tiến dần ñến bão hòa Khi T1bão hòa, dòng IC1 tăng cao và UC1 = UCE1 sat ≈0.2V, Tụ C2 phóng ñiện từ +C2 qua T1 và R1 về -

C2, ñiện áp âm trên tụ C2 ñược ñưa vào cực bazơ của transistor T2 làm cho T2 cấm hoàn toàn

Thời gian cấm của tụ C2 chính là thời gian phóng ñiện tụ C2 ñược ñưa tới R1, sau khi tụ xả hết ñiện thì cực bazơ của T2 ñược phân cực nhờ ñiện trở R1 làm cho T2dẫn bão hòa khi ñó UC2 = UCE2 sat ≈0.2V Do ñó dẫn tới tụ C1 phóng ñiện, tụ phóng ñiện

nạp ñiện từ +Ecc qua RC1 , +C2 qua bazơ T2 xuống ñất làm cho dòng IB2 tăng lên cao và

T2 bão hòa nhanh

Thời gian cấm của tụ C1 chính là thời gian phóng ñiện tụ C1 ñược ñưa tới R2, sau khi tụ xả hết ñiện thì cực bazơ của T1 ñược phân cực nhờ ñiện trở R2 làm cho T2dẫn bão hòa như trạng thái giả thiết ban ñầu, hiện tượng này ñược lặp ñi lặp lại tuần hoàn tự dao ñộng

Trạng thái xung ở các ñầu ra và các tham số của mạch:

Hình 3.4 Trạng thái xung ở các ñầu ra

Xét cực B1 khi T1 bão hòa: UB1 = 0.6V Khi T1 cấm C1 phóng ñiện làm cực B1

có ñiện áp âm (khoảng – Ecc) và ñiện áp âm này tăng dần theo hàm mũ

Lối ra khi T1 bão hòa Ura1 = 0.2V, T1 cấm Ura1 ≈ +Ecc, dạng tín hiệu lối ra trên colector của T1 là xung xuông

Tương tự T2 ta có Lối ra khi T2 bão hòa Ura2 = 0.2V, T2 cấm Ura2 ≈ +Ecc, dạng tín hiệu lối tara trên colector của T2 là xung xuông

Dạng xung của 2 lối ra là cùng dạng xung nhưng ngược pha nhau

Chu kỳ xung lối ra là T = t1 + t2

Trong ñó t1 là thời gian tụ C1 phóng ñiện qua R2 từ ñiện áp –Ecc lên 0V Vì tụ

C1 phóng ñiện từ -Ecclên nguồn +Ecc nên ñiện áp tức thời của tụ là (lấy mức –Ecc làm gốc) ta có

t1 = ln2*R1C2 = 0.69*R1C2Chu kỳ dao ñộng của mạch là

T = t1 + t2 = 0.69( R2C1 + R1C2) Trong trường hợp mạch ña hài tự dao ñộng có các phần tử ñối xứng là

R1 = R2 = R; C1 = C2 = C khi ñó chu kỳ dao ñộng của mạch là:

Tạo xung bằng IC khuếch ñại thuật toán (OA):

Các IC thuật toán thường ñược sử dụng ñể khuếch ñại tín hiệu Tuy nhiên, OA còn ñược sử dụng ñể tạo xung vuông khi làm việc ở trạng thái khóa Kết hợp với các linh kiện rời có thể mạch tạo xung dùng OA có thể tạo xung vuông với ñộ ổn ñịnh cao hơn mạch tạo xung dùng linh kiện rời Dưới ñây là ví dụ về mạch tạo xung dùng khuếch ñại thuật toán

Hình 3.5 Sơ ñồ mạch ña hài tự dao ñộng dùng khuếch ñại thuật toán

+ tụ ñiện C sẽ ñược nạp ñiện từ u ra max qua R, C xuống ñất, ñiện áp trên tụ

C tăng dần, khi ñiện áp trên tụ C tăng ñến mức uC = uN > uP khi ñó lối ra bộ khuếch ñại thuật toán sẽ bị lật trạng thái từ ura = u ra max sang ura = -u ra max = u ra min , ñiện áp trên

cực P là ax 1

1 2

ra m P

u ra

Dạng xung lối ra của mạch

Hình 3.6 Dạng xung lối ra mạch tạo xung vuông dùng OA

Dạng tín hiệu ra mạch ña hài tự dao ñộng dùng khuếch ñại thuật toán

Chọn Ura max = Ura min = Umax khi ñó

Uñóng = -βUmax ; Ungắt = βUmax

+ là hệ số hồi tiếp dương của mạch dao ñộng

ðiện áp UN = UC là ñiện áp biến thiên theo thời gian khi tụ phóng và nạp ñiện từ

Umax hoặc -Umax qua ñiện trở R, các khoảng thời gian 0 ÷ t1, t1 ÷ t2, .phương trình ñiện áp trên tụ ñiện là

Với ñiều kiện ban ñầu UN (t = 0) = Uñóng = -βUmax ,

Khi ñó phương trình trên có nghiệm là:

Tạo xung bằng IC chuyên dùng

ðể tăng ñộ ổn ñịnh, chính xác cũng như giảm thiểu diện tích trên các mạch ñiện người ta thường sử dụng các IC chuyên dùng ñể tạo xung ñiều khiển các mạch kỹ thuật

số Thông dụng nhất chúng ta vẫn thường sử dụng ñó các vi mạch ñịnh thời dòng xx555 như LM555 chẳng hạn Dưới ñây là sơ ñồ mạch ñiện và nguyên lý hoạt ñộng của mạch tạo xung vuông dùng LM555 Các tham số cụ thể về IC LM555 sẽ ñược trình bày ở phần sau:

Hình 3.7 Mạch tạo xung vuông dùng LM555

Trong mạch trên chân ngưỡng (6) ñược nối với chân nhớ (2), và 2 chân này có chung 1 ñiện áp trên tụ là UC ðể so với ñiện áp chuẩn 1/3 Vcc và 2/3Vcc của 2 bộ so sánh 1 và 2 ở lối vào của IC555

Tụ 0.01 µF nối chân 5 với ñất ñể lọc nhiễu tần số cao có ảnh hưởng ñến ñiện áp chuẩn lối vào 2/3Vcc

Chân 4 ñược nối lên nguồn Vcc ñể không sử dụng chức năng Reset IC555

Chân 7 ñược nối với ñiện trở R1 và R2 ñể tạo ñường phóng nạp cho tụ

Chân 3 có dạng xung vuông, có thể nối qua trở với Led chỉ thị có xung ra (với ñiều kiện tần số dao ñộng mạch < 20 Hz) do tần số cao thì không quan sát ñược ñền Led sáng tối

Nguyên lý hoạt ñộng của mạch:

Khi mới ñóng ñiện, ñiện áp trên tụ C là UC = 0 V tương ứng với ñiện áp chân 2

và chân 6 bằng 0V (U2(-) < 1/3Vcc, U6(+) < 2/3Vcc) qua 2 bộ so sánh IC555 lối ra Out

ở mức cao(xấp xỉ Vcc), khi ñó transistor chân 7 ở trạng thái cấm và tụ C ñược nạp ñiện Tụ ñược nạp ñiện từ Vcc qua R1 qua R2 và qua C xuống ñất, ñiện áp trên tụ C

tăng dần với hằng số thời gian nạp là:

τnạp = (R1 + R2)C

ðiện áp trên tụ tăng dần UC = Vcc(1 – exp(-t/τnạp))

Khi ñiện áp trên tụ tăng ñến mức ≥1/3 Vcc (và < 2/3Vcc) thì khi ñó ñiện áp trên chân 2 của bộ so sánh thứ 1 (U2(-) > 1/3 Vcc) và bộ so sánh 2 với (U6(+) < 2/3Vcc) lối

ra ở trạng thái nhớ Out ở mức cao

Khi ñiện áp trên tụ tăng ñến mức ≥2/3 Vcc thì khi ñó ñiện áp trên chân 2 của bộ

so sánh thứ 1 (U2(-) > 1/3 Vcc) và bộ so sánh 2 với (U6(+) > 2/3Vcc) lối ra ñổi trạng thái từ lối ra Out (3) ở mức cao sang lối ra Out (3) ở mức thấp (tương ứng 0V) Lúc này transistor ở chân 7 chuyển sang trạng thái mở bão hòa và ñiện áp chân 7 xấp xỉ 0V

và tụ C lúc này bắt ñầu phóng ñiện, tụ phóng ñiệ từ C qua R2 và qua chân 7 và transistor trong IC555 xuống ñất với hằng số thời gian là: τphóng = R2C

Khi này ñiện áp trên tụ C lại giảm dần từ mức ñiện áp 2/3Vcc xuống 0V

UC = Vcc(1 – exp(-t/τphóng)) Khi ñiện áp trên tụ giảm ở mức >1/3 Vcc (và < 2/3Vcc) thì khi ñó ñiện áp trên chân 2 của bộ so sánh thứ 1 (U2(-) > 1/3 Vcc) và bộ so sánh 2 với (U6(+) < 2/3Vcc) lối

ra ở trạng thái nhớ Out ở mức thấp

Khi ñiện áp trên tụ giảm ñến mức ≤1/3 Vcc thì khi ñó ñiện áp trên chân 2 của

bộ so sánh thứ 1 (U2(-) < 1/3 Vcc) và bộ so sánh 2 với (U6(+) < 2/3Vcc) lối ra ñổi trạng thái từ lối ra Out (3) ở mức thấp sang lối ra Out (3) ở mức cao (tương ứng Vcc) Lúc này transistor ở chân 7 chuyển sang trạng thái cấm và tụ C lúc này lại ñược nạp ñiện lại Quá trình này ñược lặp ñi lặp lại và mạch tự dao ñộng

ðiện áp trên tụ C ñược nạp từ giá trị 1/3Vcc ñến 2/3Vcc (trừ chu kỳ ñầu tiên khi ñóng mạch là tụ ñược nạp từ 0V ñến 2/3Vcc) Tụ phóng ñiện từ ñiện áp 2/3Vcc xuống tới 1/3Vcc

Thời gian tụ nạp ñiện là:

Do thời gian phóng và thời gian nạp không bằng nhau (thường tnạp > tphóng) nên xung vuông ở lối ra không ñối xứng và có thời gian có xung lớn hơn thời gian không

có xung

Dạng xung ra:

Hình 3.8 Dạng xung lối ra mạch tạo xung vuông dùng LM555

Ngoài ra ta cũng có thể tạo xung vuông từ các cổng logic cơ bản

3.1.2.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế khối bộ ñếm

a ðịnh nghĩa:

Bộ ñếm là loại mạch tuần tự ñơn giản, hoạt ñộng theo chế ñộ tuần hoàn, có một lối vào và một lối ra chính Kết thúc vòng tuần hoàn bộ ñếm lại quay về trạng thái ban ñầu và hàm ra lấy giá trị 1 Ngoài các lối vào và lối ra chính còn có các lối vào và lối ra phụ Các lối vào phụ có thể dùng ñể lập, xóa trạng thái trong của bộ ñếm về một giá trị ban ñầu theo mong muốn, hoặc lập trình ñể tạo mod ñếm, hoặc thay ñổi tính năng của

bộ ñếm Lối ra phụ cũng có thể bao gồm nhiều loại khác nhau, các lối ra từ Q ñến O

b ðặc ñiểm và phân loại bộ ñếm

Mạch ñếm là loại mạch dãy ñơn giản, cũng như các mạch dãy khác, mạch ñếm ñược xây dựng từ các phần tử nhớ là các trigger và các phần tử tổ hợp

Các mạch ñếm là phần tử cơ bản của các hệ thống số, chúng ñược sử dụng ñể ñếm thời gian, chia tần số, ñiều khiển các mạch khác Mạch ñếm ñược dùng rất nhiều trong