Báo cáo khoa học đề tài giải mã nguyên lí hoạt động của công nghệ số

Mô hình “Giải mã bí ẩn công nghệ số” sẽ mô phỏng chính xác hoạt động của một chiếc máy tính cầm tay thông thường để minh chứng rằng chỉ bằng cách bố trí các công tắc điện “bật/tắt” đơn t

Địa chỉ: 67 Yersin, Nha Trang

Cuộc thi khoa học kĩ thuật cấp quốc gia

dành cho học sinh trung học Năm học 2013-2014

Lời cảm ơn

Chúng em gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy (cô) giáo trường Trung Học Phổ Thông Chuyên Lê Qúy Đôn – Khánh Hòa, Sở Giáo Dục và Đào Tạo Khánh Hòa, Trung tâm Kỹ Thuật – Hướng Nghiệp Nha Trang, thầy Trần Đại Hải, thầy Huỳnh Quang Đệ, thầy Nguyễn Như Nguyện, thầy Nguyễn Xuân Thu cùng các bạn cùng lớp, gia đình, nhà trường đã tạo điều kiện, giúp đỡ hỗ trợ chúng em hoàn thành sản phẩm này

Hoàng Trung Hiếu Nguyễn Phạm Xuân Thắng

Đỗ Thanh Phong

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN……… Trang 01

A TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN _ Trang 04

B LÝ DO NGHIÊN CỨU – Ý TƯỞNG NGHIÊN CỨU Trang 05

1 Lý do nghiên cứu……….… Trang 06

2 Ý tưởng nghiên cứu……… Trang 06

C Ý TƯỞNG THỰC HIỆN – CÔNG VIỆC THỰC HIỆN

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang 08

1 Ý tưởng thực hiện – công việc thực hiện ……… Trang 08

2 Cơ sở lý thuyết ……… Trang 09

a Giới thiệu về hệ đếm thập phân và hệ đếm nhị phân ………… Trang 09

b Chuyển đổi giữa các hệ đếm ……… Trang 09

c Các phép toán logic ……… Trang 09

d Các phép toán số học ……… …… … Trang 09

D SƠ ĐỒ TỔNG THỂ DỰ ÁN Trang 12

E GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG CỦA DỰ ÁN Trang 13

1 Giới thệu các linh kiện ……… ……… Trang 13

a Về chíp vi xử lý AT 89C52 / AT 89C51 ….… ………… Trang 13

b Các linh kiện khác …….….…….……….………….……… Trang 13

2 Phần cứng của các khối ……… … Trang 15

a Khối xử lý ……… ……… Trang 15

b Khối nhập liệu ……….….……… Trang 16

c Khối hiển thị … ……….…….……….……… Trang 17

d Khối giải mã LED 7 đoạn ………… ….….……… Trang 17

e Khối nguồn ……….……… ……… Trang 18

F GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CỦA DỰ ÁN _ Trang 19

I PHẦN MỀM HỖ TRỢ LẬP TRÌNH VI XỬ LÝ …….…… ….… Trang 19

1 Keil Vision 4 ……….…….…… ….….…… …….… Trang 19

a Giới thiệu ……… ….….….……… Trang 19

b Môi trường làm việc …… ……….……….……….…… Trang 19

2 Little Programer Version Gold ……….….….….………… Trang 20

II PHẦN MỀM CỦA DỰ ÁN ……….…….… …… Trang 21

1 Tổng quan ……… ………… Trang 21

a Phần mềm trên Khối Xử Lý ……… ……… …… Trang 21

b Phần mềm trên Khối Giải mã LED 7 đoạn ……….……… Trang 22

2 Cài đặt ……… Trang 22

a Kỹ thuật quét KEYPAD ……… Trang 22

b Thực hiện đọc số (đọc INPUT) ……… … Trang 25

c Thực hiên xử lý ……… … …… Trang 26

d Kỹ thuật quét ma trận LED 3x8 ……… …… …… Trang 27

e Kỹ thuật quét LED 7 đoạn ………… …… ……… Trang 28

G LỢI ÍCH ĐỀ TÀI MANG LẠI _ Trang 29

H KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC – PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM _ Trang 30

I KẾT LUẬN _ Trang 31

TƯ LIỆU THAM KHẢO Trang 32

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 : Blaise Pascal ….……… Trang 05

Hình 2a: Sơ đồ chân IC AT89C52……… Trang 13

Hình 2b: Hình dạng IC AT89C52……… Trang 13

Hình 3 : Giới thiệu LED 7 đoạn.… ……….……… Trang 14

Hình 4 : Trasistor C828………….… ……… Trang 14

Hình 5 : Giới thiệu IC 7805………….….……… Trang 14

Hình 6 : Sơ đồ mạch điện khối xử lý………… ……….…… Trang 15

Hình 7 : Sơ đồ mạch điện Keypad…….……….……… Trang 16

Hình 8 : Sơ đồ mạch điện khối hiển thị số nhị phận…….……….……… Trang 17

Hình 9a: Kết nối LED 7 đoạn vs các PORT……… Trang 18

Hình 9b: Sơ đồ ma trận LED 7 đoạn……… Trang 18

Hình 10: Sơ đồ khối nguồn……… Trang 18

Hình 11a: Giới thiệu phần mềm Keil……… Trang 19

Hình 11b: Môi trường lập trình Keil  vesion 4……… Trang 19

Hình 11c: Môi trường giả lập để chạy thử của chương trình trong Keil…… Trang 20

Hình 12 : Giao diện của Litte Programmer Version Gold

và hình ảnh mạch nạp……… … …… ……… Trang 21

Hình 13 : Thuật toán quét KEYPAD……….….……… ….…… Trang 23

Hình 14 : Mô tả kĩ thuật quét ma trận LED……….….……… Trang 27

Hình 15 : Sơ đồ LED 7 đoạn……….……….……… … Trang 28

Hình 16 : Mục đích của sản phẩm………….…….……… Trang 29

Hình 17 : Kế hoạch phát triển sản phẩm………….……….……… Trang 30

Hình 18 : Giả lập trên mô hình mô phỏng…… ….…….…….…… …… Trang 31

BẢN THUYẾT MINH GIẢI PHÁP DỰ THI

Sản phẩm: “GIẢI MÃ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÔNG NGHỆ SỐ”

**

A TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN:

Sự bùng nổ của “thế giới số” làm con người đã quá quen thuộc với các thiết bị công nghệ như Iphone, Ipad, Ipod, Itouch….và vô vàn những thiết bị điện tử khác mà ai cũng dễ dàng bắt gặp từ nhà, ra ngõ, đến trường Nhưng đã có mấy ai tự hỏi: làm thế nào những

thiết bị đó lại có thể làm việc thông minh đến vậy? Khám phá được bí ẩn đó có nghĩa là đã

mở ra khả năng sáng tạo không giới hạn cho những ai muốn tìm hiểu về nó

Mô hình “Giải mã bí ẩn công nghệ số” sẽ mô phỏng chính xác hoạt động của một chiếc máy tính cầm tay thông thường để minh chứng rằng chỉ bằng cách bố trí các công tắc điện

“bật/tắt” đơn thuần, con người có thể làm thay đổi thế giới! Đây chính là nền tảng của công nghệ kỹ thuật số

Mô hình gồm 2 phần:

- Phần cứng: là các vi mạch điện từ (công nghệ Digital), board mạch được lắp ráp có

chức năng nhập số liệu (bàn phím), xử lý phép tính (mạch xử lý trung tâm) và hiển thị kết quả tính toán trên hệ thống các đèn LED (mạch hiển thị), tất cả các mạch điện đều do nhóm tác giả tham khảo, thiết kế và thực hiện

- Phần mềm: là phần chương trình được lập trình trên máy vi tính để nạp vào chíp vi

xử lý Phần chương trình này sẽ điều khiển mọi hoạt động của mô hình Các thao tác nhập xuất – xử lý sẽ được thực hiện dưới các thao tác bật – tắt bit đơn giản, mô phỏng chính xác hoạt động của máy tính điện tử

Mô hình cho phép thực hiện mô phỏng các phép tính cộng (+), trừ (-), nhân (x), chia lấy nguyên ([ ]) các số nguyên dương trong phạm vi 225 một cách chính xác Kết quả và quá trình tính toán được hiển thị mô phỏng rất trực quan, sinh động dưới dạng số nhị phân

và số thập phân

Điều phát hiện lý thú nhất của mô hình này là đã khám phá được nguyên lý hoạt động

bật – tắt đơn giản chính là nền tảng của hệ thống nhị phân – cốt lõi của công nghệ kỹ thuật

số hiện đại

Không có giá trị hôm nay Bạn không thể sống lại ngày hôm qua,

và ngày mai thì vẫn nằm ngoài tầm với của bạn

Johann Wolfgang Von Goethe

Hơn thế nữa, những thiết bị này được đổi mới thường xuyên, liên tục Các thế hệ sản phẩm sau không những đa dạng về chủng loại, nhỏ gọn về kích thước, mà còn vượt trội cả về tốc độ xử lý, tính năng ứng dụng và tiết kiệm năng lượng

Sự đầy đủ và tiện dụng đó đã và đang thay đổi cả thói quen “suy nghĩ” và làm việc của con người… Có mấy ai cầm trên tay chiếc Iphone 5 và tự hỏi làm thế nào nó lại

“thông minh” như thế? Tại sao phép tính 210=1024,… lại được thực hiện một cách chính xác, đơn giản và nhanh gọn đến vậy? Điều gì đang xảy ra bên trong các thiết bị đó? Chính

sự quên lãng này đã và đang vô tình khiến cho con người mất dần đi tính sáng tạo, không làm chủ được công nghệ

Với mong muốn cháy bỏng đi tìm “nguồn gốc”, “nguyên lý” tạo ra sự “kỳ diệu”

đó, nhóm học sinh lớp 11 chúng em đã quyết định tiến hành xây dựng một mô hình mô phỏng lại gần chính xác hoạt động của một chiếc máy tính điện tử - một thiết bị rất gần gũi với mọi người, là cơ sở cho các thiết bị điện – điện tử, nhằm khám phá sự bí ẩn về khả năng tính toán siêu việt của nó…

Bằng nghiên cứu này, chúng em đã giải mã được sự bí ẩn của công nghệ số Kiến thức đó sẽ giúp cho tất cả mọi người có cái nhìn toàn diện nhất, hiểu được và ứng dụng những cơ chế, kiến thức nền tảng, công nghệ vượt trội của vi xử lý trong đời sống, ứng dụng những kiến thức kĩ năng đó vào việc xây dựng các sản phẩm khác có giá trị phục vụ con người ngày một cao hơn, hữu dụng hơn

2 Ý tưởng nghiên cứu

Năm 1642, nhà toán học, vật lý, nhà phát minh,

tác giả và triết gia Cơ Đốc người Pháp Blaise Pascal, sau

hơn 3 năm nghiên cứu, đã phát minh ra chiếc máy tính cơ

học đầu tiên trên Thế Giới, đặt nền móng đầu tiên cho

nền công nghiệp máy tính

Phải đến gần 3 thế kỉ sau, vào năm 1946, máy

tính điện tử đầu tiên của Thế Giới ENIAC (Mỹ) ra đời,

đánh dấu sự bùng nổ của hàng loạt những cải tiến mới và

sự ra đời của hàng loạt loại máy tính, thiết bị mới Chính

những phát minh vĩ đại này đã làm thay đổi bộ mặt của

xã hội loại người, là nền tảng của văn minh nhân loại

trong thế kỉ XXI

Chúng ta biết rằng bộ não con người có khả năng nhận diện được các kí tự, hiểu được ý nghĩa của các con số, nhận biết được màu sắc, âm thanh hình ảnh (đây chính là các đơn vị thông tin), thực hiện các phép toán, soạn thảo các văn bản, pha trộn màu sắc, âm

Hình 1: Blaise Pascal

thanh… nhưng để máy móc hiểu được những thông tin đó thì quả là khó hiểu! Ta sẽ cùng tìm hiểu xem máy tính làm thế nào để hiểu và sử dụng được những thông tin đó

Hãy quan sát thí nghiệm sau đây: “Máy tính điều khiển điều hòa nhiệt độ”

Để điều hòa nhiệt độ, máy tính có thể cho dòng điện 10 ampere chạy qua một máy điều hòa nhiệt độ Để tăng nhiệt độ, máy tính sẽ đóng điện trong 10 phút rồi ngắt điện 1 phút Muốn giảm nhiệt độ thì đóng điện 9 phút rồi ngắt 1 phút Và tương tự như vậy, bằng cách tắt mở nguồn điện một cách thông minh máy tính có thể tăng/ giảm nhiệt độ theo ý muốn Hai mức đóng hay ngắt điện gọi là hai mức luận lý 0 và 1 Đây là cơ sở lý thuyết của kỹ thuật số

Tương tự như trên, tiếng chim hót trong thiên nhiên sẽ được máy tính phân tích rời rạc theo thời gian Muốn mô phỏng trung thực, máy sẽ chia chuỗi tín hiệu tiếng chim thành từng mẩu nhỏ, càng nhiều càng tốt theo thời gian Mỗi mẩu như thế được đặc trưng bằng một chuỗi các số 0 hay 1 để cho biết độ lớn nhỏ, âm sắc trầm bỗng như thế nào Trong một khoảnh khắc, chia càng nhiều mẩu thì chất lượng âm thanh tái tạo lại càng cao

Với hình ảnh cũng vậy, máy tính cũng sẽ chia nhỏ hình ảnh thành từng điểm ảnh bằng kỹ thuật quét ảnh theo từng dòng, từng cột Mỗi điểm ảnh chứa những thông tin về màu sắc, độ đậm nhạt Những thông tin này được đặc trưng bằng một dãy các số 0 hay 1 Phim ảnh cử động được là nhờ tập hợp của nhiều ảnh đơn chiếc xuất hiện liên tục

Khi đã mô tả được hiện tượng tự nhiên bằng một chuỗi theo thời gian của hai mức luận lý 0 và 1, các nhà khoa học bắt đầu sáng chế ra vô số ứng dụng hữu ích làm cho kỹ thuật số trở thành ưu việt

Trong máy tính, mọi thông tin được chuyển thành thông tin dưới dạng đơn giản nhất - một chuỗi số gồm hai kí tự 0 và 1, mà ta quen gọi là hệ đếm nhị phân (các kí tự này

được gọi là các bit binary digit - số ký nhị phân) Hai ký tự 0 và 1 có thể hiểu đơn giản là

trạng thái “có” hoặc “không”, trạng thái “tắt” hoặc “mở” của một công tắc điện vậy Ta xét một ví dụ sau:

Ta đang thực hiện một thao tác đánh văn bản: ta đánh số 5, máy sẽ hiểu là 0000

0101 ta đánh chữ “a” máy tính sẽ không hiểu được chữ “a” đó mà nó sẽ hiểu là 0110 0001

Ta muốn các chữ ta đánh có màu đỏ, máy sẽ không hiểu được “màu đỏ” mà “màu đỏ” ấy

cũng sẽ được chuyển thành dạng các bit 0 và 1 như những kí tự ở trên vậy

Mọi thông tin mà con người yêu cầu máy tính xử lý đều được thực hiện dựa trên

các phép toán trên hệ đếm nhị phân (đại số Bool - Boolean algebra) Tại sao máy tính lại

lựa chọn con đường như vậy?

Những ưu điểm về khả năng tính toán “ưu việt” đơn giản, dễ dàng thực hiện về mặt vật lý, nhanh chóng về mặt thời gian Ví dụ như ta muốn “dạy” cho máy tính thực hiện phép toán cộng Bằng hệ đếm nhị phân, ta chỉ cần dạy nó 1+0=1, 0+0=0, 1+1=0 (nhớ 1) Với 3 phép toán đó kết hợp với phép nhớ, máy tính hoàn toàn có khả năng thực hiện phép cộng một cách thuần thục nhanh chóng đơn giản và vô cùng chính xác

Bên cạnh đó, với việc chỉ sử dụng các bit 0, bit 1 sẽ giúp cho máy tính dễ dàng ghi nhớ, thay vì phải ghi nhớ âm thanh, hình ảnh phức tạp bằng nhiều mức trong các băng từ tính như băng video, băng cassette… (công nghệ analog cũ) ngày nay máy tính chỉ việc ghi nhớ các chuỗi kí tự 0, 1 đơn giản

Trong kỉ nguyên số, đặt ra yêu cầu đòi hỏi các thông tin cần phải được truyền đi nhanh chóng, dễ dàng với độ chính xác cao Công nghệ số đã đáp ứng được yêu cầu này Thay vì phải xử lý tín hiệu ở nhiều mức (công nghệ analog), gây méo mó, nghẹt tiếng, sai màu… bây giờ chỉ còn truyền hai mức 0 và 1 dễ truyền, hình ảnh âm thanh được giữ nguyên gốc

Bằng tính ưu việt, sự đơn giản và tiện dụng hệ nhị phân – cơ sở của công nghệ số hiện đại đã trở thành một phần kiến tạo vô cùng căn bản trong các máy tính hiện tại và là nền tảng cho mọi hoạt động của vi xử lý cũng như của các thiết bị công nghệ hiện đại hiện nay đang được sử dụng Có thể nói “Hệ nhị phân” chính là con đường duy nhất của máy tính điện tử

Những nguyên lý cơ bản nêu trên chính là nền tảng hoạt động của một chiếc máy tính điện tử căn bản Các bit 0 – bit 1 đi suốt trên con đường phát triển của chiếc máy tính điện tử Xuất hiện trong những chiếc máy tính điện tử đầu tiên dưới dạng các bóng đèn chân không (transistor) to, bự và cồng kềnh Sau đó, cùng với sự phát triển của công nghệ

vi xử lý, các bit 0 – bit 1 này không còn hoạt động trên những chiếc bóng đèn chân không

to bự cồng kềnh nữa, mà ngày nay nó hoạt động trong những con chíp máy tính (IC) – được sản xuất vô cùng công phu chi tiết Những con chíp này ngày càng nhỏ gọn, tiêu tốn

ít năng lượng v.v… khả năng tính toán được tăng cao kể về tốc độ lẫn độ chính xác Tuy nhiên nguyên lý của nó vẫn rất cơ bản, không có nhiều thay đổi như những nguyên lý nền tảng ban đầu

Tuy nhiên, một vấn đề đặt ra là với hệ nhị phân máy tính có thể xử dụng một cách

“thành thạo” nhưng điều đó lại gây ra sự khó khăn cho con người trong việc giao tiếp và thực hiện các thao tác Làm thế nào để chuyển ngược thông tin từ hệ đếm nhị phân - các thông tin dưới dạng các ký tự 0, 1 thành những ký tự số trong hệ thống thập phân, hình ảnh, âm thanh, màu sắc,…?

Sau khi xử lý những thông tin xong, từ những thông tin dưới dạng các bit 0 và 1, máy tính sẽ thực hiện một bước gọi nôm na là “phiên dịch” chuyển các thông tin dưới dạng các ký tự 0 và 1 đó thành những ký tự trong bảng chữ cái Latin, các con số trong hệ

10 thông dụng, màu sắc, âm thanh, hình ảnh mà con người có thể thấy được, nghe được thông qua các thiết bị như màn hình, loa, máy in,

Đây là nhiệm vụ của các kỹ sư lập trình máy tính và nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc lập một phần mềm nhỏ để “phiên dịch” ngôn ngữ từ nhị phân sang thập phân cho mô hình của mình

Nhằm mục đích để mọi người có thể tiếp cận với hệ nhị phân một cách trực quan, sinh động, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình mô phỏng một cách gần chính xác nhất hoạt động của một chiếc máy tính – từ bước nhập liệu – xử lý – đến hiển thị kết quả Các bóng đèn led “tắt” - “mở” tượng trưng cho bit 1, bit 0 Từ việc quan sát những gì mô hình mô phỏng được, người xem hoàn toàn có thể dễ dàng hiểu được hoạt động của một chiếc máy tính điện tử - hiểu được nguyên lý hoạt động của công nghệ số

C Ý TƯỞNG THỰC HIỆN – CÔNG VIỆC THỰC HIỆN – CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Ý tưởng thực hiện – công việc thực hiện:

Sản phẩm được xây dựng trên cả hai phương diện phần cứng – phần mềm, nó sẽ là

cơ sở để giúp cho các bạn học sinh cũng như những người có đam mê về công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực vi xử lý tiếp cận một cách trực quan, sinh động và nắm được những tư tưởng cơ bản để hình thành nên một sản phẩm

Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm tác giả cần phải tìm hiểu nghiên cứu một số vấn đề cơ bản sau đây:

Cơ sở lý thuyết: bao gồm những kiến thức cơ bản về máy tính – cách tính toán dựa trên hai hệ đếm

1 Về cơ chế hoạt động của thiết bị vi tính – điện tử, về cách tính toán chuyển đổi giữa

hai hệ đếm cơ bản: hệ đếm cơ số 10 (hệ đếm thập phân), được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống và hệ đếm cơ số 2 (hệ đếm nhị phân), được máy tính sử dụng để

+ Phần cứng: Bao gồm việc lắp đặt các thiết bị, linh kiện điện tử, thực hiện các chức năng

cơ bản của máy tính điện tử Cụ thể:

3 Kiến thức tổng quát về đặc tính của vi xử lý, đặc biệt là vi xử lý AT 89C51 (của hãng ATMEL)

4 Lắp ráp mạch điện khối xử lý với trung tâm là chíp vi xử lý AT 89C51 làm “đầu

não” cho mọi hoạt động của sản phẩm (sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau)

5 Lắp ráp mạch điện khối nhập liệu bao gồm một bàn phím được tổ chức gồm 4 hàng

và 4 cột (gọi là KEYPAD 4x4) tạo thành hệ thống có 16 nút ấn

6 Lắp ráp mạch điện khối hiển thị bao gồm 3 hàng đèn LED, mỗi hàng gồm có 8

LED mô tả hoạt động cho 8 bit khi chuyển một số từ hệ đếm thập phân (bé hơn hoặc bằng 255) sang hệ đếm nhị phân (2 số nhập liệu - 1 số kết quả); 9 LED 7 đoạn

(seven segment display) để hiển thị số dưới dạng số thập phân

7 Lắp ráp mạch điện khối giải mã LED 7 đoạn có tác dụng đổi một số (8 bit) ở hệ nhị

phân sang hệ thập phân và đưa ra các lệnh để hiển thị trên 3 LED 7 đoạn

8 Lắp ráp mạch điện khối nguồn bao gồm IC 7805, tụ điện,… làm ổn định điện áp

5V cung cấp cho vi xử lý

9 Lắp ráp trình bày các kết nối cái board

10 Thiết kế hộp đựng – trình bày sản phẩm

+ Phần mềm: Bao gồm các thao tác xử lý, lập trình trên máy vi tính thông qua vi xử lý

AT89C51/ AT 89C52, bao gồm các công đoạn:

11 Về các kiến thức cơ bản của lập trình vi xử lý (AVR)

12 Về các cấu trúc lệnh – phép toán – chương trình – hàm, chương trình con trong ngôn ngữ lập trình C dành cho vi xử lý Trong sản phẩm này, nhóm tác giả đã sử

dụng phần mềm Keil Vision4 để thực hiện các thao tác lập trình

13 Sử dụng phần mềm Little Programmer Version Gold kết hợp với mạch nạp vi xử lý

để nạp phần mềm sau khi đã xây dựng vào trong chíp xử lý

14 Thiết kế chương trình quét KEYPAD 4x4 (hệ thống phím) cho phép người dùng

nhập dữ liệu vào mạch để xử lý

15 Thiết kế chương trình xử lý chuyển đổi từ hệ đếm cơ số 10 (do người dùng nhập từ KEYPAD) sáng hệ đếm cơ số 2 và hiển thị trên LED đơn

16 Thiết kế chương trình mô tả hoạt động của các phép toán trên hệ đếm nhị phân

17 Thiết kế chương trình chuyển đổi từ hệ đếm cơ số 2 (8 bit) sang hiển thị trên LED

7 đoạn

2 Cơ sở lý thuyết

a Giới thiệu về hệ đếm thập phân và hệ đếm nhị phân:

Hệ thập phân (hay hệ đếm cơ số 10) là một hệ đếm có 10 ký tự (0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,

9) Con số còn có thể được dẫn đầu bằng các ký hiệu “+” hay “-” để biểu đạt số dương và

số âm Đây là hệ đếm phổ thông, được sử dụng rộng rãi

Hệ nhị phân (hay hệ đếm cơ số 2) là một hệ đếm dùng hai ký tự để biểu đạt một giá trị

số, hai ký tự đó là 0 và 1; chúng thường được dùng để biểu đạt hai giá trị hiệu điện thế tương ứng (có hiệu điện thế, hoặc hiệu điện thế cao là 1 và không có, hoặc thấp là 0) Để biểu diễn số dấu người ta dùng bit đầu tiên (0: số dương, 1 số âm)

b Chuyển đổi giữa các hệ đếm:

Từ hệ nhị phân sang hệ thập phân: giả sử có 1 số nhị phân A như sau:

A=anan-1an-2…a1a0

Giá trị thập phân của A được tính như sau: B=an2n + an-12n-1 + an-22n-2 +…+a121 + a020

Từ hệ thập phân sang hệ nhị phân: nguyên tắc của phương pháp này là lấy số cần chuyển đổi chia cho 2 (kết quả chỉ lấy phần nguyên), sau đó tiếp tục lấy kết quả chia 2 (và cũng chỉ lấy phần nguyên), kết quả số nhị phân thu được là tập hợp các số dư của các phép chia theo thứ tự từ phép chia cuối cùng đến phép chia đầu tiên

Tính cộng hai số không âm:

Phép tính đơn giản nhất trong hệ nhị phân là tính cộng Cộng hai đơn vị trong hệ nhị phân được làm như sau:

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

1 + 0 = 1

1 + 1 = 0 (nhớ 1 lên hàng thứ 2)

Điểm đặc biệt trong phép cộng hai số nhị phân là phải thực hiện phép cộng có nhớ (sau khi thực hiện phép cộng hai bit ở trước, phải cộng nhớ của nó vào phép cộng ở bit sau Ta lập được bản chân trị như hình bên:

Ví dụ: cộng với nhau: 011012 (13 thập phân) và 101112 (23 thập phân)

1 1 1 1 1 (nhớ)

0 1 1 0 1 + 1 0 1 1 1 -

Tính nhân

Phép tính nhân trong hệ nhị phân cũng tương tự như phương pháp làm trong hệ thập phân

Ví dụ, hai số nhị phân 1011 và 1010 được nhân với nhau như sau:

1 0 1 1 (A) × 1 0 1 0 (B) -

0 0 0 0 ← tương đương với 0 trong B + 1 0 1 1 ← tương đương với 1 trong A + 0 0 0 0

+ 1 0 1 1 - = 1 1 0 1 1 1 0

Tính chia

Tính chia nhị phân cũng tương tự như phép chia trong hệ thập phân

1 1 0 1 1 |1 0 1

Ở đây ta có số bị chia là 110112, hoặc 27 trong số thập phân, số chia là 1012, hoặc 5 trong

số thập phân Cách làm tương tự với cách làm trong số thập phân Ở đây ta lấy 3 số đầu của số bị chia 1102 để chia với số chia, tức là 1102, được 1, viết lên trên hàng kẻ Kết quả này được nhân với số chia, và tích số được trừ với 3 số đầu của số bị chia Số tiếp theo là một con số 1 được hạ xuống để tạo nên một dãy số có 3 con số, tương tự với số lượng các con số của số chia:

1

1 1 0 1 1 | 1 0 1 − 1 0 1

-

0 1 1 Quy luật trên được lặp lại với những hàng số mới, tiếp tục cho đến khi tất cả các con số trong số bị chia đã được dùng hết:

1 0 1

1 1 0 1 1 | 1 0 1 − 1 0 1

-

0 1 1 − 0 0 0 -

1 1 1 − 1 0 1 -

1 0 Phân số của 110112 chia cho 1012 là 1012, như liệt kê phía trên đường kẻ, trong khi số dư còn lại được viết ở hàng cuối là 102 Trong hệ thập phân, 27 chia cho 5 được 5, dư 2

Chức năng: Xử lý các lệnh của người dùng

nhập vào, xử lý các phép toán, xuất kết quả phép toán và các số do người dùng nhập vào

Nhận dữ liệu vào

KHỐI HIỂN THỊ

Bao gồm: 3 hàng LED đơn hiển thị, mỗi hàng gồm 8 LED đơn biểu

thị cho 8 bit khi chuyển đổi một số ở hệ thập phân sang hệ nhị phân

Khối LED ĐƠN HIỂN THỊ SỐ NHỊ PHÂN

Số nhập vào thứ nhất:

Số nhập vào thứ hai:

Kết quả của phép toán giữa hai số vừa nhập:

Khối LED 7 ĐOẠN HIỂN THỊ SỐ THẬP PHÂN

Khối hiển thị LED 7 đoạn bao gồm 9 LED 7 đoạn (7 segments LED

display) được chia làm 3 cụm Mỗi cụm hiển thị kết quả ở hệ thập

phân cho các số nhập vào và kết quả của phép toán

Chức năng: Hiển thị, mô tả các phép toán

Kết quả

ở dạng nhị phân

KHỐI GIẢI MÃ LED 7 ĐOẠN

Chuyển đổi số ở hạng nhị phân ra thập phân và đưa

ra các lệnh hiển thị LED 7 đoạn

E GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG CỦA DỰ ÁN:

1 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN:

a Về chip vi xử lý (AT 89C52/ AT

89C51)

AVR là một họ vi điều khiển do hãng

Atmel sản xuất Sản phẩm sử dụng chip AT

89C52/ AT 89C51 là một trong những thế hệ

chip thuộc họ này

Một số đặc điểm của AT 89C52/AT 89C51:

 8KB EPROM bên trong

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất/nhập I/O 8 bit

 Giao tiếp nối tiếp

 64KB vùng nhớ mã ngoài

 64KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

 Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)

 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

 4 micro second hoạt động nhân hoặc chia

AT89C52/ AT 89C51 là một IC đơn phiến, bao gồm có 40 chân; công dụng của một số chân như sau:

 Chân 20: cho nối MASS

 Chân 40: cho nối nguồn +5V DC

 Chân 9: là chân reset, khi chân này ở mức

áp cao, IC sẽ ở trạng thái reset

 Chân 18, 19: dùng gắn thạch anh để định

tần cho xung nhịp, với thạch anh 12MHz,

chu kỳ lệnh sẽ là 1s

 Chân 31: dùng khai báo IC sẽ làm việc với

bộ nhớ nào, khi treo chân này lên mức áp

cao, IC sẽ chỉ làm việc với bộ nhớ trong

 IC AT89C51 có 4 cảng dạng 8-bit dùng xuất nhập bit Các cảng được đặt tên là p0, p1, p2 và p3

Hình 5: Giới thiệu IC 7805

Hình 3: Giới thiệu LED 7 đoạn

Hình 4: Transistor C828

Trong khối hiển thị :

 9 LED 7 đoạn (7 segment led) sử dụng loại có anode chung

 18 LED đơn, loại 1mm

 Điện trở 560 ohm, 4.7k ohm

 Tụ điện: Tụ 104, tụ 30pF,tụ 10 uF, tụ lọc nguồn

 Điện trở: 560 ohm, 1000 ohm, 10k ohm…

 Port cắm dây nối

Trong khối nguồn:

 IC 7805 có chức năng ổn định điện áp 5V cấp cho mạch

 Tụ lọc 104, 1000uF

2 PHẦN CỨNG CỦA CÁC KHỐI:

Sơ đồ mạch điện phần cứng của các khối được mô tả như sau:

a Khối xử lý:

Hình 6: Sơ đồ mạch điện khối xử lý

Mục đích của khối này là duy trì điều khiển hoạt động của IC AT 89C51/ AT 89C52, điều khiển mọi hoạt động của mạch điện

Mạch điện trên có thể được chia thành các bộ phận:

 Cấp nguồn: chân 20 của IC được nối vào MASS; chân 40 cấp nguồn 5V lấy từ khối

nguồn

 Mạch dao động: được ví như “trái tim” của IC, có tác dụng tạo các xung nhịp dao

động cung cấp cho IC Ở trong mạch, hai tụ C4 có giá trị 30pF, Thạch anh Y2 có giá trị 12MHz

 Chân reset: được giữ ở mức 0V, khi đặt lên mức 1, mạch sẽ trở về trạng thái Reset

Ta sẽ nối chân reset này vào một công tắc loại PUSH TO ON SWITCH để làm nút reset Khi ta ấn nút, chân reset sẽ được đẩy lên mức 1

 Các port (cảng): IC bao gồm 4 port; mỗi port bao gồm 8 chân dùng làm chức năng

nhập/xuất dữ liệu (được gọi là các PIN) Mỗi chân được đặt tên khác nhau Theo thứ

tự từ trái qua phải

Ví dụ: Port 0 bao gồm các PIN P0.0; P0.1; P0.2; P0.3; P0.4; P0.5; P0.6; P0.7 ứng với