Thiết kế và chế tạo mạch quang báo dùng EPROM

Thiết kế và chế tạo mạch quang báo dùng EPROM

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên

LỜI NÓI ĐẦU

Lời nói đầu

Nội dung đề tài

Báo cáo tiến tiến độ thực hiện công việc từng tuần

Chương I : MẠCH QUANG BÁO SỬ DỤNG EPROM VÀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

1.1 Giới thiệu về mạch quang báo sử dụng EPROM

1.1.1 Sơ đồ khối

1.1.2 Chức năng của từng khối

1.2 Giới thiệu về các linh kiện sử dụng trong mạch

1.2.6 Điện trở , Led, tụ điện.

Chương II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

1

3.1 Nguyên lý hoạt động của mạch

3.2 Viết chương trình điều khiển đèn Led

HƯỚNG MỞ RỘNG CỦA ĐỀ TÀI

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay,cùng với sự phát triển của ngành điện tử ,rất nhiều những ứng dụng của ngành điện tử đã giúp ích cho con người rất nhiều trong đời sống sinh hoạt cũng như trong công việc trong đó không thể không kể đến các bảng đèn dùng mạch quang báo Trước đấy khi mà các mạch quang báo chưa được sử dụng phổ biến thì các cửa

hiệu ,bảng thông báo đều được viết lên nhưng vật liệu thô sơ ,như dùng sơn viết chữ lên các tấm tôn,hay viết lên tường với nhưng khẩu hiệu trọng nhưng dịp trọng đại Nhưng kể từ khi có mạch quang báo ra đời nó đã thay thế cho nhưng phương pháp thủ công làm giảm được chiphí và thời gian cho con người mà vẫn thu được hiệu quả như mong muốn

Mạch quang báo được đưa vào sử dụng khá phổ biến trong đời sống và rất phong phú về thể loại , kích thước ở rất nhiều lĩnh vực trong cuộc sống :làm vật trang trí ,quảng cáo ,giới thiệu sản phẩm, thông báo tin tức … Với rất nhiều ứng dụng ,và lòng ham muốn được tìm hiểu những công nghệ mới rộng ,mà nhóm chúng em đã quyết địnhthực hiện đề tài : “Thiết kế và chế tạo mạch quang báo dùng EPROM”

Nội dung đề tài

Các dữ liệu cho trước:

- Các tài liệu, phương tiện hỗ trợ liên quan

Nội dung công việc cần hoàn thành.:

 Bản báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần, từng tháng

 Thuyết minh đề tài (Phân tích yêu cầu, trình bày các bước tính toán, cơ sở lý thuyết, quá trình thiết kế và thi công mạch, hướng phát triển và phạm vi ứng dụng của đề tài)

 Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ modul, đầy

đủ và chính xác

 Sản phẩm phải hoạt động tốt, đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật, đáp ứng đúng các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.

 Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy định

Báo cáo tiến tiến độ thực hiện công việc trong từng tuần

Ngày giao đề tài : 07/12/2009 Ngày kết thúc : T 01/2010

stt Tuần Công việc làm trong tuần

- Tính toán thông số các phần tử mạch điện

- Dự kiến các linh kiện dùng trong mạch điện

- Báo cáo và xin ý kiến của GVHD về công việc

và những chỉ dẫn thêm

4 Tuần 5+6 - Mua linh kiện ,lắp ráp và test thử trên bo mạch

- Chỉnh sửa mạch điện nếu có sai sót-Vẽ mạch trên Eagle , thực hiện làm mạch in

- Lắp ráp , hàn linh kiện thành sản phẩm hoàn chỉnh

- Kiểm tra mạch điện,cho chạy thử và hiệu chỉnhnếu có sai sót

- Báo cáo và xin ý kiến của GVHD về tiến trình làm việc và những chỉ dẫn thêm

5 Tuần 7 - Trình bày đồ án trên lý thuyết

- Xin ý kiến giáo viên hướng dẫn về tiến trình làm

1.1 Giới thiệu về mạch quang báo sử dụng EEPROM

Mạch quang báo được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực quảng cáo.Ta có nhiều cách để làm một mạch quang báo như có thể dùng vi

xử lý, dùng EPROM chúng em nhận thấy làm mạch quang báo sử dụng EEPROM (AT28C64) là thích hợp nhất đối với chúng em vì:

Ưu điểm: Phù hợp với khả năng và mức kiến thức của nhóm ,mạch

điện đơn giản ,dễ thực hiện , kích thước mạch nhỏ , giá thành phải chăng , cách nạp chương trình đon giản thao tác dễ dàng ,nạp sai có

thể nạp lại, khi muốn thay đổi chương trình cũ ta có thể xóa chương trình đó và nạp vào chương trình mới

Hạn chế: Thời gian nạp chương trình cho IC tương đối lâu,cần có

nguồn điện ổn định

1.1.1 Sơ đồ khối

1.1.2 Chức năng của từng khối

a Khối nguồn : cung cấp nguồn (+5v,+12v) cho toàn bộ mạch điện

hoạt động ổn định , đáp ứng cho mạch chạy đúng theo yêu cầu kỹ thuật đặt ra

Khốimạch tạoxung

Khốimạch nạp

Bảng đènLed

Khối nguồn

Khối mạch

hiển thị

b Khối mạch tạo xung vuông: Tạo tín hiệu xung vuông cho bộ đếm

hoạt động , ta có thể điều chỉnh mạch đếm nhanh hay chậm dựa vào tốc độ đếm của mạch xung

c Khối mạch đếm : dùng tạo mã địa chỉ cho mạch hiển thị EPROM ,

khi đó EPROM sẽ xuất dữ liệu đã được nạp ,tốc độ của chạy của mạch hiển thị phụ thuộc vào tốc độ của mạch đếm tức là phụ thuộc vào tốc

độ xung

d Khối mạch nạp : Dùng để nạp chương trình cho EPROM bằng cách

tạo mã dữ liệu và mã địa chỉ

e Khối mạch hiển thị : có chức năng để EPROM xuất dữ liệu được

nạp ra bên ngoài và được hiển thị qua bảng đèn Led

f Bảng đèn Led : có chức năng hiển thị chương trình đã nạp của

Có hai loại chính là SRAM (Static RAM) và DRAM (Dynamic RAM)

* ROM (Read-Only Memory)

Cấu tạo chung của bộ nhớ Rom:

Bộ nhớ chỉ đọc (Read-Only Memory - ROM) là một loại thiết bị lưu trữ

dùng trong máy tính và các thiết bị khác Nó có tên như vậy vì không

dễ để ghi thông tin lên nó Không giống như RAM, thông tin trên ROM vẫn được duy trì dù nguồn điện cấp không còn.ROM, theo đúng nghĩa, chỉ cho phép đọc dữ liệu từ chúng tuy nhiên tất cả các loại M đều cho phép ghi dữ liệu ít nhất một lần, hoặc khi sản xuất lần đầu hoặc trong bước lập trình Một số loại ROM cho phép xóa và lập trình lại nhiều lần.Các loại ROM :

 PROM : Được chế tạo bằng các mối nối (cầu chì - có thể làm đứt

bằng mạch điện) Nó thuộc dạng WORM (Write-Once-Read-Many).

Chương trình nằm trong PROM có thể lập trình được bằng những thiết bị đặc biệt Loại ROM này chỉ có thể lập trình được một lần

 EPROM : Được chế tạo bằng nguyên tắc phân cực tĩnh điện Loại ROM này có thể bị xóa bằng tia cực tím và ghi lại thông qua thiết

bị ghi EPROM

 EAROM : Loại ROM này có thể thay đổi từng bit một lần Tuy nhiên quá trình viết khá chậm và sử dụng điện thế không chuẩn Việc viết lại EAROM không được thực hiện thường xuyên

 EEPROM : Được chế tạo bằng công nghệ bán dẫn Nội dung của ROM này có thể viết vào và xóa (bằng điện), có thể thao tác xóa

và ghi dữ liệu cho từng byte

- IC AT28C64 là một loại bộ nhớ ROM , nó thuộc loại EEPROM có đặc điểm chính như sau :

- Dung lượng nhớ: 64K (8Kx8)

- Thời gian đọc nhanh: 120ns

- Thời gian ghi 1 Byte nhanh: 200ms

- Thời gian để ghi 1 Byte bao gồm: Chốt địa chỉ và dữ liệu

-Tự động xóa trước khi ghi

- Có thể dùng vi xử lý điều khiển trực tiếp

- CMOS và TTL tương thích vào và ra

* Cấu trúc và sơ đồ chân của IC AT28C64

Cấu trúc Sơ đồ chân

*Chức năng của các chân của AT28C64

A0- A12 : Các chân tạo mã địa chỉ

D0- D7 : các chân dũ liệu

CE\ : chân chọn chíp ( cho phép chíp hoạt động)

OE\ : chân cho phép xuất dữ liệu

WE| : chân cho phép ghi dữ liệu

 Đưa dữ liệu vào

 Dừng ghi đặt WE \ ở mức 1 (5V) (Sau khi đưa dữ liệu vào

200 ms)

- Giản đồ thời gian điều khiển ghi dữ liệu

- Thông số thời gian ghi

 Cho CE\ suống mức thấp

 Đưa dữ liệu vào

 Dừng ghi đặt CE \ ở mức 1 (5V) (Sau khi đưa dữ liệu 200ms)

 Thiết lập WE \ ở mức 1

- Giản đồ thời gian điều khiển ghi dữ liệu

- Cho WE\ ở mức cao

- Dữ liệu đã sẵn sàng ở ra ( Sau khi OE\ ở mức thấp từ 10 - 100 ns),

ta chỉ cần cấp mã địa chỉ thì dữ liệu tương ứng sẽ được đọc ra

- Dừng đọc dữ liêu đặt CE \ và OE \ ở mức cao

- Giản đồ thời gian điều khiển đọc dữ liệu

- Thông số thời gian đọc

a Sơ đồ chân của IC 74LS90 :

b Chức năng các chân của IC:

-CKA (14): nhận nguồn xung từ ngoài

-VCC (5) : Nối dương nguồn

-GND (10) :nối âm nguồn

- QA (12), QB (9), QC (8), QD (11): các đầu ra của bộ đếm-Chân 6,7 nối đất

-Chân 2,3 làm nhiệm vụ reset bộ đếm

Đầu ra của bộ đếm theo bảng trạng trái sau

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0

0 0

0 0

0

1 1

1 1 1 1 0

1 1

1 1 0

1 0 0 0

0 1 1 1 1

c Thông số kỹ thuật của IC 74ls90

Bảng thông số vận hành:

Bảng thông số điện:

1.2.3 IC 74LS245

a Đặc điểm

IC 74LS245 có tác dụng ổn định dòng và áp cung cấp cho giàn Led

hiển thị.Khi sử dụng IC này ta cần chú y một số đặc điểm sau:

Đầu vào Đầu ra

+ Điện áp đầu vào : 4,5 - 16 VDC

+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA

+ Công suất lớn nhất là : 0.6 W

b Chức năng của từng chân của IC NE555

+ Chân 1(GND): nối mas để lấy dòng cấp cho IC

+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào so sánh điện áp và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tầng so sánh áp

+ Chân số 3(OUTPUT): Dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối đất thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được, nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được

+ Chân số 8 (Vcc): là chân cung cấp nguồn cho IC hoạt động, điện áp hoạt động từ 4.5V >16V DC tối đa lên tới 18 V

c Cấu tạo bên trong :

Về bản chất thì NE555 là một bộ mạch kết hợp giữa hai con Op-amp, 3 điện trở , 1 con transistor ,1 RS-FF

- 2 Op-amp có tác dụng so sánh điện áp

- Transistor để xả điện

- 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp Vcc thành 3 phần, cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 Vcc nối vào chân (+) của Op-pam 1; 2/3 Vcc nối vào chân (-) của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1\3 Vcc thì RS-FF có chân S=1 và FF được

kích ,khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 Vcc chân R=1 và FF được reset

b.IC 78xx

+ 78xx gồm có 3 chân :

1 : Vin - Chân nguồn đầu vào

78xx +5V > +24V Dòng 1A

78Lxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V > +24V Dòng 0.1A

78Mxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V > +24V Dòng 0.5A

78Sxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V > +24V Dòng 0.2A

c.Cấu tạo bên trong của 78xx :

Cấu tạo bên trong của 78xx gồm có 1 điện trở kết hợp với Diode Zener dùng để ghim mức điện áp,1 transistor để khuếch đại dòng ,

Họ IC78xx chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi ráp IC trongmạch thì Uin > Uout từ 3 đến 5V khi đó IC mới phát huy tác dụng

+IC 78xx có bảo vệ chập tải, nên nếu ta lỡ làm chập thì chưa hẳn 7805

đã hỏng

 Thông số kỹ thuật của IC 7805

-Dòng cực đại có thể duy trì 1A

-Dòng đỉnh 2.2A

-Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

-Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Nếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy

+Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị trên Các giá trị cũng không nên dùng gần giá trị max của các thông số trên Tốt nhất nên dùng <=2/3 max Hơn nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C

+Ta nên hạn chế áp lối vào 7805 để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt

+Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4.8 5.2 V +Độ trôi nhiệt của 7805 xấp xỉ: 1mv/1 độ C Nó có hệ số trôi nhiệt âm, nên nhiệt độ tăng, điện áp ra sẽ giảm

Ví dụ: nếu ở 25 độ C, điện áp lối ra là 4.98V, thì rất có thể tại 65 độ, ta

đo được thế lỗi ra cỡ: 4.94 độ C

1.2.6 Điện trở , Led, Tụ điện

a.Điện trở

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện

của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:

Trong mạch điện, điện trở là một linh kiện điện tử thụ động có nhiều tác dụng như dùng để khống chế dòng điện, gây sụt áp mong muốn….Nhận Dạng Giá Trị Điện Trở, đối với hệ 4 Vạch mã màu

Hệ Thống Vạch Màu giá trị của điện trở

g (Yellow)

Xa

nh

Lá Câ

y (Green)

XanhDươn

g (Blue)

(Tí

m (Violet)

Xá

m (Grey)

Trắ

ng (White)

Cách Tính Giá Trị Điện Trở

Vạch màu thứ nhất cho biết giá trị thứ nhất của Điện Trở

Vạch màu thứ hai cho biết giá trị thứ hai của Điện Trở

Vạch màu thứ ba cho biết cấp số nhân của lủy thừa mười

Vạch màu cuối cho biết sự thay đổi giá trị của điện trở theo nhiệt

độ

Đối với điện trở 5 vạch màu thì 3 vach đàu tiên la giá trị hệ số, vạch tiếp theo la cấp số nhân của lủy thừa mười, vach cuối cùng

là sai số

Biến trở: là loại điện trở thuần có thể biến đổi được giá trị theo ý

muốn Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt

độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ

Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

Hình dạng:

*Cấu tạo:

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang)

là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghépvới một khối bán dẫn loại n

Thông số kỹ thuật của Led

Màu sắc Chủng loại Dòng Id (mA) DòngId max

(mA)

Điện áp Ud (V)

Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn.

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống)

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay cácbức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

Tính chất

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng

ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau)

Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấutrúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3 V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.

Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển

từ xa cho đồ điện tử dân dụng

c.Tụ Điện

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện

được ngăn cách bởi môi trường điện môi Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu

Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượng điện trường của tụ điện Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt

là điện thế xoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều

Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc quy Mặc dù cách hoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng điện Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electron ở cực này và chuyển electron sang cực còn lại Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra electron - nó chỉ lưu trữ chúng Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh Đây là một ưu thế của nó so với ắc qui.

Phân loại

 Tụ điện một chiều, hay tụ phân cực (Electrolytic Capacitor): Khi đấu nối phải đúng cực âm - dương Thường trên tụ quy ước cực

âm bằng cách sơn một vạch màu sáng dọc theo thân tụ, hoặc khi

tụ chưa cắt thì chân dài hơn là cực dương

 Tụ điện xoay chiều: hay tụ không phân cực