Quang báo led quay ( thuật toán + code)

Hoặc trong sân bay thì có bảng thông tin cho biết thời gian hoạt động của các chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường… Và trên đường phố lúc về đêm thường có rất nhiều các bảng qua

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

-o0o -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐỀ TÀI: FAN LED

GVHD: TH.S VÕ THỊ THU HỒNG SVTH: BÙI HOAN NHỰT MINH MSSV: 40801239

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 1/2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-✩ - -✩ -

Số: /BKĐT Khoa: Điện – Điện tử Bộ Môn: Điện Tử NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

1 HỌ VÀ TÊN:BÙI HOAN NHỰT MINH MSSV: 40801239 NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LỚP : DD08DV05 Đề tài: QUANG BÁO LED QUAY HIỆN CHỮ, HÌNH TĨNH, HÌNH ĐỘNG 2 Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

3 Ngày giao nhiệm vụ luận văn:

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Họ và tên người hướng dẫn: TH.SVÕ THỊ THU HỒNG Phần hướng dẫn

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ Môn Tp.HCM, ngày… tháng… năm 20 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ :

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ luận văn:

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình đại học và viết luận văn này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho em suốt thời gian học tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Bách khoa cùng quí

thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử đã tạo rất nhiều điều kiện để em học tập và hoàn thành tốt khóa học

Đặc biệt, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Võ Thị Thu Hồng đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn em nghiên cứu và giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Mặc dù em đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 12 năm 2013

Sinh viên

BÙI HOAN NHỰT MINH

8051, đặc biệt là dòng vi điều khiển 89S52

Chương 5: Thực hiện ý tưởng thiết kế mạch “FAN LED” và đã thi công mạch thành công dựa trên cơ sỡ những lý thuyết đã nêu ra trong các chương đầu

Chương 6: Thực hiện ý tưởng về giải thuật phần mềm Đã đạt yêu cầu về hiển thị ảnh động và định dạng TEXT trên mạch thiết kế

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu đề tài

Ngày nay, cùng với sự phát triển rất nhanh của nền kinh tế, mức sống của mọi người được nâng cao thì cũng là lúc con người quan tâm nhiều hơn đến cái chân thiện mỹ Vì vậy sự cạnh tranh giữa các nhà kinh doanh ngày càng khốc liệt, chiến lược kinh doanh bị chi phối bởi nhiều yếu tố Một trong những yếu tố quyết định đó là chiến lược quảng cáo

Thông qua nhiều hình thức quảng cáo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của mình đến mọi người Trong nhiều hình thức đa dạng của thông tin quảng cáo như báo, đài, tivi, tờ rơi, áp phích… thì việc dùng quang báo là một cách đơn giản và hiệu quả để quảng cáo

Có thể gặp rất nhiều bảng quang báo như vậy trong thực tế Chẳng hạn, trong một hiệu sách thì có bảng thông tin về giá sách, loại sách Hoặc trong sân bay thì có bảng thông tin cho biết thời gian hoạt động của các chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường… Và trên đường phố lúc về đêm thường có rất nhiều các bảng quang báo lớn hiển thị các hình ảnh, logo sinh động với nhiều hiệu ứng khác nhau (chạy từ trên xuống, từ trái sang,…)

Đề tài này sẽ thực hiện một loại hình quang báo, đó là “Quang báo ảnh quay” Đây là hình thức quang báo sử dụng một dải đèn led quét thành một màn hình hình tròn nhờ động cơ motor Khi quay, dải led sẽ quét ra hình ảnh và text theo yêu cầu

1.2 Phương pháp thực hiện đề tài

 Mục tiêu của đề tài:

 Kích thước quang báo đủ lớn

 Hiển thị ảnh động và tĩnh

 Giá thành có thể phù hợp thị trường tại vn thực thi

 Có khả năng nâng cấp

 Với mục tiêu như trên, có các phương pháp cách sau để thực hiện đề tài:

 Thực hiện bằng các cổng logic cơ bản cùng các linh kiện cơ bản: transitor, R, L, C… Phương pháp này cần nhiều linh kiện, mạch cồng kềnh, không có nhiều khả năng linh hoạt, khả năng mở rộng rất hạn chế

 Thực hiện bằng vi mạch tích hợp lập trình được thuộc họ FPGA Phương pháp này cho kết quả mạch khá nhẹ nhàng vì đôi lúc chỉ cần một con chip

mà không cần dùng thêm các linh kiện khác Tuy nhiên, phương pháp này giá thành cao không thấp vì các chip FPGA rất đắt

 Thực hiện bằng vi mạch điều khiển, vi mạch xử lý Đây là phương pháp được chọn để thực hiện đề tài này vì nó cho kết quả khả quan hơn hai phương pháp trên Chỉ cần dùng chip vi xử lý và một số IC để điều khiển dải led Như vậy, mạch quay sẽ nhẹ hơn, và quan trọng là giá thành chip

vi xử lý cũng không quá đắt

CHƯƠNG 2: QUANG BÁO BẰNG MA TRẬN

LED

2.1 Giới thiệu chung

LED là từ viết tắt của Light Emitting Diode – Diode phát quang LED được

sử dụng trong nhiều loại đèn, thiết bị điện, điện tử, trong các biển quảng cáo,…Chúng có tác dụng cảnh báo nguy hiểm, báo động, quảng cáo,… và nhiều công dụng khác

Hình 2.1 Các loại đèn LED dùng để chiếu sáng chỉ thị

Công nghệ đèn LED đã và đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực quảng cáo Đèn LED có hiệu suất phát sáng cao, có nhiều màu sắc đẹp, tiết kiệm điện năng, tuổi thọ cao (hơn 100.000 giờ sáng liên tục), chịu được nắng mưa,

va đập nhẹ

Các bóng LED đơn khi kết nối lại thành một ma trận thì khả năng biểu thị thông tin mạnh hơn, đa dạng hơn, và đa số các mạch quang báo trên thực tế đều sử dụng dạng ma trận LED

Hình 2.2 Ví dụ về ứng dụng của LED ma trận

2.2 Sơ lược về LED

2.2.1 Cấu tạo LED

Hình 2.3 Hình dạng của LED

Hình vẽ cho thấy Led được cấu tạo từ một mối nối bán dẫn PN, khi chất bán dẫn Silicon cho pha Indium (có 3 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ có một nối thiếu điện tử và cho ra 1 lỗ trống) chúng ta sẽ có chân bán dẫn loại P và khi cho pha với Phosphor (có 5 nối hóa trị, khi gắn nó vào

mạng Silicon cần 4 nối, sẽ dư ra 1 hạt điện tử), chúng ta có chân bán dẫn loại

N

Chất bản dẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện bằng các lỗ trống (Hole), đó chính là các nối hóa trị thiếu điện tử Còn chất bán dẫn loại N có điểu kiện dẫn điện là do các điện tử tự do (điện tử dư ra do phosphor có 5 điện tử hóa trị mà trong kết nối tinh thể chỉ cần có 4)

2.2.2 Nguyên tắc hoạt động LED

Hình 2.4 Hoạt động của LED

Khi mối nối PN được cho phân cực thuận với nguồn pin ngoài, một dòng điện kích thích khi chảy qua mối nối bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các điện

tử và các dao động này sẽ phát ra sóng điện từ trường đó chính là các tia sáng Tóm lại Led có 2 chân, gọi là chân âm cực hay Cathode (do chân này cho nối vào cực âm của pin) và chân dương cực hay Anode (do chân này cho nối vào cực dương của pin), khi chúng ta cho dòng điện chảy qua một Led nó sẽ phát ra chùm

tia sáng, và để có điềm sáng đủ mạch, chúng ta dùng vật liệu nhựa trong suốt làm kính hội tụ (Bạn xem hình cấu tạo của Led)

2.2.3 Đặc tính quan trọng của LED

LED là một diode bán dẫn nên nó mang các đặc tính của diode tiếp xúc P-N thông thường

Hình 2.5 Đặc tuyến I/V của LED

 Điện áp ngắt: VC vào khoảng 1.2 đến 2V phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn,

 Điện áp đánh thủng ngược: VB vào khoảng 5V

 Điện trở động từ vài Ohm đến vài chục Ohm

 Một đặc điểm đáng chú ý là cường độ sáng phụ thuộc vào nhiệt độ, hệ số nhiệt của LED IPR vào khoảng -1%/0C, nghĩa là tăng 250C làm giảm cường

độ sáng đi 25%

 Một đặc tính nữa là thời gian đáp ứng nhanh của LED, tiêu biểu là 90ns đối với LED vàng và đỏ, 500ns với led xanh lá cây Đây là đặc tính khá quan trọng khi cho LED hoạt động ở chế độ xung

2.3 Ma trận LED

2.3.1 Khái niệm

Ma trận led là tập hợp nhiều đèn LED được bố trí thành ma trận dạng hình chữ nhật hoặc vuông với số hàng là a và số cột là b Để giảm số lượng các đường điều khiển, trong các ma trận LED, các LED được nối chung với nhau theo hàng

và cột Số lượng LED trên ma trận LED là axb trong khi số lượng ngõ ra bằng tổng số hàng và cột: a+b Việc điều khiển một ma trận LED kích thước lớn đòi hỏi thiết kế một mạch driver và điều khiển rất phức tạp

Ở đây tìm hiểu về ma trận LED kích thước 7x5 Ma trận LED kích thước 7x5 thường được dùng để hiển thị các ký tự trong bảng mã ASCII thay cho Text LCD Tuy nhiên, vẫn có thể ghép các ma trận này lại để hiển thị các loại hình ảnh bất kỳ có độ phân giải thấp Hình 3.6 mô tả cấu trúc của một ma trận 7x5 với 12 ngõ ra được đặt tên từ C0…C4 và D0…D7 (C đại diện cho Control line và D đại diện cho Data line)

Hình 2.6 Ma trận LED 7x5

Để điều khiển led ma trận sáng theo ý muốn, chúng ta sử dụng phương pháp quét led, lợi dụng tính năng lưu ảnh ở mắt người, trong các biển quảng cáo, chúng ta nhìn thấy led sáng liên tục, thực ra không phải vậy, mà là led nhấp nháy liên tục, nhưng do tốc độ cao nên mắt người không kịp phân biệt và kết quả là chúng ta nhìn thấy 1 hình ảnh liên tục

2.3.2 Ma trận LED hình tròn

LED ma trận được tạo thành từ nhiều LED đơn Vậy khi ghép các LED đơn lại thành một dải thẳng, sau đó giữ cố định LED đầu tiên, và quay các LED còn lại xung quanh trục đi qua LED đầu tiên đó, sẽ thu được một hình tròn tạo bởi các LED

Hình tròn này đóng vai trò như một màn hình hiển thị thông tin theo ý muốn Việc hiển thị trên ma trận hình tròn này tương ứng với việc điều khiển một dải LED xếp theo đường thẳng

Hình 2.7 Dải LED tạo thành LED ma trận hình tròn

LED dùng trong mô hình luận văn:

Features

 Package ( L/W/H ) : 2.0 × 1.25 × 1.1 mm

 Color : Ultra Bright Standard White

 Lens: Yellow Diffuse Flat Mold

 EIA STD Package

 Meet ROHS, Green Product

 Compatible With SMT Automatic Equipment

 Compatible With Infrared Reflow Solder And Wave Solder Process

DỊCH RA TIẾNG VIỆT

Absolute Maximum Ratings At Ta=25

Peak Forward Current

(1/10 Duty Cycle, 0.1ms Pulse Width) IFP 100 mA

Operating Temperature Range Topr -30°C ~ + 85°C °C Storage Temperature Range Tstg -40°C ~ + 90°C °C Soldering Condition Tsol Reflow soldering : 260°C For 5 Seconds

Hand soldering: 300°C For 3 Seconds

Electrical Optical Characteristics At Ta=25

Luminous Intensity IV - 80 - mcd IF = 20mA Viewing Angle 2θ1/2 - 120 - deg IF = 20mA

Dominant Wavelength λd - 468 - nm IF = 20mA Peak Wavelength λp - 470 - nm IF = 20mA Spectral Line Half-Width Δλ - 30 - nm IF = 20mA Forward Voltage VF 2.8 - 3.6 V IF = 20mA Reverse Current IR - - 10 uA VR = 5V

Hình minh họa Led dán HT17-2102UBC

CHƯƠNG 3: VI ĐIỀU KHIỂN 89S52

3.1 Vi điều khiển 89S52:

3.1.1 Cấu hình phần cứng:

Các đặc điểm của chip AT89S52 được tóm tắt như sau:

• 8 KByte bộ nhớ có thể lập trình nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá

• Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 33 MHz

• 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

• 3 bộ Timer/counter 16 Bit

• 128 Byte RAM nội

• 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

• Giao tiếp nối tiếp

phần)

Chân cho phép chốt địa chỉ ALE/PROG:

Là chân số 30, chân này xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE để giảiđa hợp bus

dữ liệu và bus đia chỉ Khi port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/ dữliệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ (byte thấp của địa chỉ 16-bit)vào một thanh ghi ngoài trong suốt 1/2 đầu của chu kì bộ nhớ Sau khi điều nàyđã được thực hiện, các chân của Port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu hợp hệ trong suốt1/2 còn lại của chu

kỳ bộ nhớ

Chân truy xuất ngoài EA:

Là chân 31 có thể nối với 5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0) Nếu chânnày nối lên 5V, 8051 thực thi chương trình trong ROM nội ( chương trình nhỏ hơn 8K) Nếu chân này nối với GND, chươngtrình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài

Chân RESET:

Ngõ vào RST (chân 9) là ngõ vào xoá chính (master reset) của 8051 dùngđể thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống Khingõ vào này được treo ở logic 1 tối thiểu hai chu kỳ máy, các thanh ghi bêntrong của

8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống.Khi đó, toàn

bộ các cổng đều ở mức logic 1

Tổ chức bộ nhớ:

Bộ nhớ bên trong chip bao gồm ROM, RAM va EPROM RAM trên chip bao gồm vùng RAM đa chức năng, vùng RAM với từng bit được định địa chỉ,các dây thanh ghi (bank) và các thanh ghi chức năng đặc biệt.Có 2 đặc tính đáng lưu ý:+ Các thanh ghi và các port I/O được định địa chỉ theo kiểu ánh xạ bộnhớ và được truy xuất như một vị trí nhớ trong bộ nhớ.+ Vùng track thường trú trong RAM trên chip thay vì ở trong RAMngoài như đối với các bộ vi xử lý

Vùng RAM định địa chỉ :

Chip 8051 chứa khá nhiều vị trí định địa chỉ trong đó có 128 byte

chứatrong các byte ở địa chỉ 20H đến 2FH (16 byte x 8 = 128 bits), phần còn lại chứatrong các thanh ghi chức năng đặc biệt Ý tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng phần mềm là một đặc tính tiện lợi của vi điều khiển nói chung

CHƯƠNG 4:

THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG

4.1 Yêu cầu thiết kế

Kích thước quang báo đủ lớn và độ phân giải đủ săc nét để hiển thị ảnh động, định dạng TEXT Đề tài này thiết kế quang báo bằng ma trận LED hình tròn bán kính 15cm

(phần này trình bày cần phải làm j chứ ko đưa ra số liệu cụ thể)

Dải led phải có độ phân giải cao và diện tích hiển thị đủ lớn để có thể nhìn từ xa Mạch gọn nhẹ để giảm momen cản khi quay đảm bảo tốc độ quay và tần số hiển thị của led

Mạch led có khả năng hiện được nội dung text, hiện ảnh

Linh hoạt trong việc thay đổi nội dung, hình ảnh hiển thị cho led bằng phần mềm trên máy tính, giao diện đơn giản cho người duùng

4.2 Ý tưởng thiết kế:

Sơ đồ khối của thiết kế

Nguyên lý hoạt động Hoạt động cơ bản:

Khối nguồn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho duy trì hoạt động của khối điều khiển

Khối điều khiển xử lý các tín hiệu điều khiển, ngắt ngoài, truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ và xử lý các hiệu ứng tạo các data xuất ra khối hiển thị

Bộ nhớ chứa các thông số điều khiển, các mảng dữ liệu cho hình ảnh,

text…Khi người dùng thay đổi nội dung, hình ảnh thì các dữ liệu này sẽ được lưu vào bộ nhớ này Khi led hoạt động, các ô nhớ được truy cập liên tục cho khối xử lý

Khối hiển thị có vai trò xuất các tín hiệu logic sau khi xử lý xong ra các led, khối này quyết định chất lượng hiển thị của led

Khối cảm biến: tạo các tín hiệu ngắt đưa về khối xử lý nhằm đảm bảo các led hiện thị chính xác vị trí

Hoạt động đơn giản nhưng mạch phức tạp ở chỗ cấp nguồn ổn định cho mạch hoạt động đúng trong lúc mạch được motor quay với tốc độ rất cao

4.3 Thiết kế chi tiết:

2 Chổi quét (chèn hình vô)

Ưu điểm dễ chế tạo, hiệu suất truyền điện khá cao

Nhược điểm: có tiếng ồn khi hoạt động , do tiếp xúc ma sát dễ gây mòn chổi quét nên phải bảo trì định kỳ Lực ma sát làm ảnh hưởng đến momen quay của động cơ làm động cơ nóng và giảm tuổi thọ

3 Cấp nguồn không dây(chèn hình vô)

( biến áp không khí, bức xạ điện từ)

Ưu điểm: cấp nguồn liên tục, không có chuyển động cơ khí nên không ảnh hưởng đến momen quay của động cơ

Nhược điểm: Hiệu suất truyền điện thấp nhất Module chế tạo phức tạp

4 Phương pháp cấp nguồn lên mạch bằng ổ bi : (chèn hình vô)

Phương pháp này có ưu điểm cáp nguồn lên mạch liên tục, không gây ồn, không cần bảo trì thường xuyên Ma sát của ổ bi loại ma sát lăn nên ít ảnh hưởng đến momen quay của động cơ

Nhược điểm: khó chế tạo

Sau khi tìm hiểu các phương pháp trên thì cấp nguồn bằng ổ bi đáp ứng được yêu cầu của đề tài Cụ thể như sau:

Nguyên lý: (chèn hình cái ổ bi) Do vành trong và vành ngoài chuyển động trên các viên bi, tất cả đều làm bằng kim loại nên trong quá trình bi quay vẫn dẫn điện từ vòng trong ra vòng ngoài

(chèn hình cái ổ bi gắn vào động cơ)

Ổ bi được gắn vào trục động cơ, giữa vòng trong của ổ bi và trục có lớp cách điện bằng cao su Trục động vỏ động cơ được nối nguồn (-), trục quay dẫn điện với vỏ nên cấp nguồn (-) lên mạch Vòng ngoài của ổ bi cố định và được nối nguồn (+), như vậy vòng trong của ổ bi khi quay sẽ có điện (+) cấp lên mạch

Ở giữa trục bi cấp nguồn âm nối lên mạch, vành xoay bên ngoài ổ bi cấp nguồn dương kéo lên mạch