Đề tài: Thiết kế mạch hiển thị dùng ma trận Led sử dụng họ VĐK MCS51

Nhiệm vụ thiết kế :•Dùng 2 modul ma trận Led 8x8 (3 màu xanh, đỏ, vàng)•Có ma trận 16 phím bao gồm:1 phím dừng toàn bộ hiển thị nếu đang ở 1 trong các chế độ hiển thị. Led ở trạng thái tắt.3 phím chọn chế độ màu hiển thị.1 phím chọn chế độ hiện thị số hay chữ. Mặc định ban đầu là hiển thị số.1 phím cho phép hiển thị chữ hoa hay chữ thường. Mặc định ban đầu là hiện thị chữ hoa.10 phím tương ứng với số 0 ÷ 9 trong chế độ hiện thị số hoặc chữ từ A ÷ K hay a ÷ k tùy theo tưng chế độ cụ thể.•Hiển thị được dòng chữ chạy: ” LỚP D7 CNTD1 TRƯỜNG ĐHĐL”•Kết nối máy tính. Giao diệnYêu cầu: • Chương 1: Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư.(1 tuần)•Chương 2: Tổng quan về phương pháp điều khiển Led ma trận. (2 tuần)•Chương 3: Thiết kế phần cứng.(2 tuần)•Chương 4: Thiết kế phần mềm.(2 tuần)•Chương 5: Kết luận và phương hướng phát triển. (1 tuần)

Đề tài: Thiết kế mạch hiển thị dùng ma trận Led Sử dụng họ VĐK MCS51

1, Dương Văn Đạt

2, Khổng Văn Hải

3, Nguyễn Xuân Huy

- 1 phím chọn chế độ hiện thị số hay chữ Mặc định ban đầu là hiển thị số

- 1 phím cho phép hiển thị chữ hoa hay chữ thường Mặc định ban đầu là hiệnthị chữ hoa

- 10 phím tương ứng với số 0 ÷ 9 trong chế độ hiện thị số hoặc chữ từ A ÷ Khay a ÷ k tùy theo tưng chế độ cụ thể

 Hiển thị được dòng chữ chạy: ” LỚP D7 CNTD1 TRƯỜNG ĐHĐL”

 Kết nối máy tính Giao diện

Yêu cầu: • Chương 1: Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư (1 tuần)

 Chương 2: Tổng quan về phương pháp điều khiển Led ma trận (2 tuần)

LỜI MỞ ĐẦU

Trong đời sống hiện nay, ta có thể gặp đèn Led ở bất kì nơi đâu, đèn Led được ứng dụng trong quảng cáo, phát sáng, trong đó quảng cáo luôn là một trong các vấn đề quan trọng trong sự phát triển của một công ty, doanh nghiệp tùy theo mục đích người sử dụng Quảng cáo tốt sẽ đem nhiều lợi ích to lớn Một trong những biện pháp được ưa dùng hiện nay

đó là sử dụng bảng quảng cáo bằng đèn Led, vì sự đơn giản, hiện đại, bắt mắt, chi phí hợp lí cũng như tính hiệu quả của nó Những bảng thông tin, cổng chảo hay những bảng Led quảng cáo với màu sặc sỡ, bắt mắt, gây nhiều chú ý chắc hẳn đã không còn xa lạ đối với người dân, nhất là người dân đô thị

Quảng cáo bằng Led hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực Nó không chỉ giới hạn bởi việc hiển thị các dòng chữ, các biển hiệu nhấp nháy mà còn có thể hiển thị các hình ảnh đồ họa, các hình ảnh đầy đủ màu sắc và đặc biệt có thể hiển thị được cả video Nó cũng không chỉ giới hạn trong việc quảng cáo trong nhà, bán ngoài trời

mà còn có thể quảng cáo ở ngoài trời, ngay giữa ban ngày với độ sáng và độ sắc nét cao

Do vậy, nhóm em nghiên cứu và tìm hiểu về đề tài: " Thiết kế mạch hiển thị dùng ma

trận Led Sử dụng họ VĐK MCS51 "

Trong thời gian làm đồ án nhóm em luôn nhận được sự giúp đỡ tận tình chỉ bảo của các thầy cô và bạn bè, đặc biệt là cô Bùi Thị Duyên đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất Tuy nhiên do trình độ chúng em còn hạn chế và thời gian có hạn nên bản đồ án của chúng em còn nhiều thiếu sót Em kính mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤ

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ 4

1.1 Đặt vấn đề 5

1.2 Nhiệm vụ thư: 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED MA TRẬN 6

2.1 Khái quát chung về LED 7

2.1.1 Lịch sử hình thành đèn LED 7

2.1.2 Khái niệm về LED 7

2.1.3 Phân loại LED 7

2.1.4 Cấu tạo LED đơn và nguyên lý hoạt động 8

2.2 Giao tiếp với LED ma trận 9

2.2.1 Bản chất LED ma trận 9

2.2.2 Phân loại LED ma trận 9

2.2.3 Cấu tạo một ma trận LED 10

2.2.4 Nguyên lý hoạt động 11

2.3 Các phương pháp kết nối để điều khiển LED ma trận 12

2.3.1 Phương pháp chốt: 12

2.3.2 Phương pháp sử dụng thanh ghi dịch 13

2.4 Ứng dụng của đèn LED 15

2.5 Tổng quan các bảng LED trong thực tế 16

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 18

3.1 Phương pháp điều khiển đèn LED 18

3.1.1 Cơ sở lý thuyết 18

3.1.2 Giới thiệu chung về hệ thống 20

3.1.3 Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED 21

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 36

4.1 Một số thông tin về chương trình biên dịch Keil C 36

4.1.1 Khái niệm 36

4.1.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Keil C 36

4.2 Phần mềm 39

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49

5.1 Kết Luận 49 5.2 Hướng phát triển 50 5.3 Một số hình ảnh thực tế 50

1 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ

1.1 Đặt vấn đề:

Quảng cáo luôn là một trong các vấn đề đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển củamột công ty, doanh nghiệp hay thậm chí là một của hàng.Quảng cáo tốt sẽ đem lại nhiềulợi ích to lớn.Cũng chính vì vậy mà không ngạc nhiên khi hàng năm các doanh nghiệp,công ty đầu tư rất nhiều cho lĩnh vực này Một trong những biện pháp được sử dụng phổbiến hiện nay là sử dụng bảng quảng cáo bằng đèn LED, vì sự đơn giản, hiện đại, bắt mắt

và chi phí hợp lý cũng như tính hiểu quả cao của nó Những bảng thông tin, cổng chào haynhững bảng LED quảng cáo với nhiều màu sắc sặc sỡ, bắt mắt, gây nhiều chú ý chắc chắnkhông còn xa lạ đối với người dân đặc biệt trong các thành phố, thị trấn…

Quảng cáo bằng đèn LED hiện nay được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành, nhiềulĩnh vực Nó không chỉ giới hạn với việc hiển thị các dòng chữ, các biển hiệu nhấp nháy

mà còn có thể hiện thị các hình ảnh đồ họa, các hình ảnh đầy đủ màu sắc và đặc biệt là cóthể hiện thị cả video No cũng không còn giới hạn trong việc quảng cáo trong nhà, bánngoài trời, mà còn có thể quảng cáo ở cả ngoài trời, ngay giữ ban ngày với độ sáng và độsắc nét cao

Từ những nhưng cầu thực tế, dựa trên những gì đã được học trên lớp và tham khảo tìm

hiểu ngoài thực tế chúng em đã nhận đề tài : “Thiết kế mạch hiển thị dùng ma trận

Led” làm đề tài nghiên cứu và tiến hành thực tập.

- 1 phím chọn chế độ hiện thị số hay chữ Mặc định ban đầu là hiển thị số

- 1 phím cho phép hiển thị chữ hoa hay chữ thường Mặc định ban đầu là hiệnthị chữ hoa

- 10 phím tương ứng với số 0 ÷ 9 trong chế độ hiện thị số hoặc chữ từ A ÷ Khay a ÷ k tùy theo tưng chế độ cụ thể.

 Hiển thị được dòng chữ chạy: ” LỚP D7 CNTD1 TRƯỜNG ĐHĐL”

 Kết nối máy tính

1 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU

Đèn LED đã có mặt từ những thập niên 60, nhưng mà hầu hết chỉ dùng hiển thị thờigian của đồng hồ báo thức hay dung lượng pin của máy ghi hình Một thời gian dài, đèn LED

đã không được dùng làm nguồn sáng bởi vì chúng chỉ cho ánh sáng đỏ, xanh lá cây và vàng

mà không cho ánh sáng trắng Đến năm 1993, công ty hóa chất Nichia của Nhật Bản cho rađời loại đèn LED xanh dương, là sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh lá cây để cho ra ánhsáng trắng Sự kiện này đã mở ra một lĩnh vực mới về công nghệ LED Đèn LED dựa trêncông nghệ bán dẫn ngày càng tăng về độ chiếu sáng, hiệu suất và tuổi thọ, giống như bộ xử lícủa máy tính, phát triển ngày càng nhanh và giá thành ngày càng giảm theo thời gian

• Những năm 1960: Phát minh ra đèn LED ánh sáng đỏ

• Những năm 1970: Phát minh ra LED 7 đoạn

• Những năm 1980: Phát minh ra LED xanh lá cây

• Những năm 1990: Phát minh ra LED xanh dương là cơ sở để phát triển đèn LED ánh sángtrắng

• Những năm 2000: Thời điểm bùng nổ đèn LED chiếu sáng

2.1.2 Khái niệm về LED

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là Diode phát quang) là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như diode, LED được cấu tạo

từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

2.1.3 Phân loại LED:

- Có nhiều phương pháp và cách phân loại LED, tuy nhiên nếu theo công dụng thì người taphân thành 2 loại:

+ LED trong nhà (LED indoor): Cường độ sáng yếu, góc nhìn hẹp, công suất nhỏ

+ LED ngoài trời (LED outdoor): Cường độ sáng mạnh, góc nhìn rộng, công suất lớn và kíchthước lớn hơn so với LED trong nhà

Hình 2.2 Các hình dạng LED phổ biến

2.1.4 Cấu tạo LED đơn và nguyên lý hoạt động

- Bản chất LED: Là một diot phát quang, khi có dòng điện chạy qua phát ra ánh sáng trongdải tần nhìn được

- Điện áp rơi trên LED trong khoảng từ 1,7 đến 2,4 V

- Dòng điện chạy qua LED trong khoảng 1 đến 20 mA

•Cấu tạo LED đơn:

Hình 2.1 Sự chuyển dời của hạt điện và lỗ qua mối nối PN và cấu tạo của một LED đơn

•Nguyên tắc hoạt động của LED đơn:

- Hình vẽ cho thấy Led được cấu tạo từ một mối nối bán dẫn PN, khi chất bán dẫn Silicon chopha 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 5nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ dư ra 1 hạt điện tử), chúng ta có chân N

- Chất bản dẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện bằng các lỗ trống, 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)

- Khi mối nối PN được cho phân cực thuận với nguồn pin ngoài, một dòng điện kích thích khichảy qua mối nối bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các điện tử (Bạn xem hình) và các daođộng này sẽ phát ra sóng điện từ trường đó chính là các tia sáng Tóm lại Led có 2 chân, gọi làchân âm cực hay Catode ( do chân này cho nối vào cực âm của pin) và chân dương cực hayAnode (do chân này cho nối vào cực dương của pin), khi chúng ta cho dòng điện chảy quamột Led nó sẽ phát ra chùm tia sáng, và để có điềm sáng đủ mạch, chúng ta dùng vật liệunhựa trong suốt làm kính hội tụ

2.2 Giao tiếp với LED ma trận:

2.2.1 Bản chất LED ma trận:

Ma trận LED bao gồm nhiều LED đơn cùng nằm trong một vỏ, chia thành nhiều hàng vànhiều cột Theo đó giao điểm của mỗi hàng và cột là một điểm sáng Kích thước của LED matrận có nhiều loại mudule như : 8x8 , 5x7 ,

Hình 2.4 Ví dụ một module ma trận LED 5x7

2.2.2 Phân loại LED ma trận:

Ma trận LED bao gồm 2 loại:

- Loại đơn sắc: Trong đó mỗi điểm sáng trên ma trận LED chỉ có một LED Thường ma trậnLED đơn sắc có màu đỏ hoặc màu xanh

- Loại đa sắc: Trong đó mỗi điểm sáng có ít nhất từ 2 LED trở lên Tùy theo yêu cầu thực tế,công năng sử dụng mà mỗi điểm sáng có thể gồm:

+ Một LED màu xanh lục + một LED màu đỏ

+ Một LED màu xanh lục + một LED màu xanh lơ + một LED màu đỏ

+ Một LED màu xanh lục + một LED màu xanh lơ + hai LED màu đỏ.

Với loại ma trận mà mỗi điểm sáng gồm một LED màu xanh lục + một LED màu đỏ thì điểmsáng hiển thị màu xanh nếu LED đỏ tắt, màu đỏ nếu LED xanh tắt, màu vàng nếu cả hai LEDsáng và tắt nếu cả hai LED cùng tắt

2.2.3 Cấu tạo một ma trận LED

- Ma trận LED gồm nhiều LED đơn bố trí thành hàng và cột trong một vỏ Các tín hiệu điềukhiển cột được nối với Anode trên tất cả các LED trên cùng một cột Các tín hiệu điều khiểnhàng cũng được nối với Catode của tất cả các LED trên cùng một hàng như hình vẽ :

Hình 2.5 Một ma trận LED cỡ 4x4

Hình 2.6 Ma trận LED cỡ 8x8

2.2.4 Nguyên lý hoạt động:

- Dựa trên nguyên tắc quét màn hình, ta có thể thực hiện việc hiển thị ma trận đèn bằng cáchquét theo hàng và quét theo cột Mỗi LED trên ma trận LED có thể coi như một điểm ảnh Địachỉ của mỗi điểm ảnh này được xác định đồng thời bởi mạch giải mã hàng và giải mã cột,điểm ảnh này sẽ được xác định trạng thái nhờ dữ liệu đưa ra từ bộ vi điều khiển AT 89C52thuộc họ vi điều khiển MCS51 được sử dụng trong đồ án của chúng em Như vậy tại mỗi thờiđiểm chỉ có trạng thái của một điểm ảnh được xác định Tuy nhiên khi xác định địa chỉ vàtrạng thái của điểm ảnh tiếp theo thì các điểm ảnh còn lại sẽ chuyển vè trạng thái tắt (nếuLED đang sáng thì sẽ tắt dần) Vì thế để hiển thị được toàn bộ hình ảnh của ma trận đèn, ta cóthể quét ma trận nhiều lần với tốc độ quét rất lớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt củađèn.Mắt người chỉ nhận biết được tối đa 24 hình/s do đó nếu tốc độ quét rất lớn thì sẽ khôngnhận ra được sự thay đổi nhỏ của đèn mà sẽ thấy được toàn bộ hình ảnh cần hiển thị

- Khi có một tín hiệu điều khiển ở cột và hàng, các chân Anode của các LED trên cột tươngứng được cấp điện áp cao, đồng thời các chân Catode của các LED trên hàng tương ứng đượccấp điện áp thấp Tuy nhiên lúc đó chỉ có một LED sáng, vì nó có đồng thời điện thế cao trênAnode và điện thế thấp trên Catode Như vậy khi có một tín hiệu điều khiển hàng và cột thì tại

một thời điểm chỉ có duy nhất một LED tại chỗ gặp nhau của hàng và cột là sáng Các bảngquáng cáo với số lượng LED lớn cũng được thiết kế như vậy

+ Trong trường hợp ta muốn cho sáng đồng thời một số LED rời rạc trên ma trận, để hiện thịmột kí tự nào đó, nếu trong hiển thị tĩnh ta phải cấp áp cao cho Anode và áp thấp cho Catode,cho LED tương ứng mà ta muốn sáng Nhưng khi đó một số LED ta không mong muốn cũng

sẽ sáng, miễn là nó nằm tại vị trí gặp nhau của các cột và hàng mà ta cấp nguồn Vì vậy trongđiều khiển LED ma trận ta không thể sử dụng phương pháp hiển thị tĩnh mà phải sử dụngphương pháp quét (hiển thị động), có nghĩa là ta phải tiến hành cấp tín hiệu điều khiển theodạng xung quét trên các hàng và cột cần hiển thị Để cho mắt nhìn thấy các LED không bịnháy, thì tần số quét nhỏ nhất của mỗi chu kì là khoảng 20Hz (50ms) Trong lập trình điềukhiển LED ma trận bằng vi xử lí ta cũng phải sử dụng phương pháp quét như vậy

+ Ma trận LED có thể là loại chỉ hiển thị được một màu hoặc hiển thị được 2 màu trên mộtđiểm, khi đó LED có số chân ra tương ứng: đối với LED 8x8 hiển thị một màu, thì số chân ra

là 16, trong đó 8 chân dùng để điều khiển hàng và 8 chân còn lại dùng để điều khiển cột Đốivới loại 8x8 có 2 màu thì số chân ra của LED là 24 chân, trong đó có 8 chân dùng để điềukhiển cột (hoặc hàng) chung cho cả hai màu, 16 chân còn lại thì 8 chân dùng để điều khiểnhàng (hoặc cột) màu thứ nhất, 8 chân còn lại dùng để điều khiển màu thứ hai Đối với loại8x8 3 màu cũng tương tự như vậy với số chân ra của LED là 32

2.3 Các phương pháp kết nối để điều khiển LED ma trận:

2.3.1 Phương pháp chốt:

Điều khiển LED ma trận bằng phương pháp chốt giúp cho người lập trình thay đổi cách thứcquét và hiển thị một cách linh hoạt và nhanh chóng

• Chốt hàng :

Chốt hàng là phương pháp trong một khoảng thời gian xác định chỉ có một cột được tích cực,

dữ liệu được đưa ra 8 hàng rồi chốt lại, dữ liệu được hiển thị trên màn hình LED ma trận Sau

đó dữ liệu kế tiếp được đưa ra 8 hàng và được chốt lại bởi một IC khác, trong khi đó dữ liệutrước đó vẫn hiện diện tại ngõ ra của IC chốt Như vậy dữ liệu của hàng nào được đưa ra đúngđịa chỉ của hàng đó trong khi các dữ liệu của các hàng khác vẫn hiện diện trên hàng mà không

bị mất đi

• Chốt cột :

Chốt cột là phương pháp trong một khoảng thời gian xác định chỉ có một hàng được tích cực,

dữ liệu được đưa ra 8 cột rồi chốt lại, dữ liệu được hiển thị trên màn hình LED ma trận Sau

đó dữ liệu được đưa ra 8 cột kế tiếp và được chốt lại bởi một IC chốt khác, trong khi đó dữ

liệu trước đó vẫn hiện diện tại ngõ ra của IC chốt Như vậy dữ liệu của cột nào được đưa rađúng địa chỉ của cột đó trong khi các dữ liệu của các cột khác vẫn hiện diện trên cột mà không

bị mất đi

• Ưu và nhược điểm của phương pháp dùng IC chốt:

- Ưu điểm:

+ Mở rộng số hàng, số cột của bảng quang báo

+ Dữ liệu được truyền đi nhanh

+ Chuyển đổi cách quét hàng, cột một cách linh hoạt

- Nhược điểm:

+ Tạo bảng mã khó khăn

+ Khó khăn trong việc lập trình xuất dữ liệu ra

2.3.2 Phương pháp sử dụng thanh ghi dịch:

a Quét hàng:

- Quét hàng là phương pháp mà trong một khoảng thời gian xác định chỉ cho một hàng đượctích cực hiển thị trong khi các hàng khác đều tắt, các hàng được quét (tích cực) tuần tự ở cáckhoảng thời gian kế tiếp nhau được lặp lại nhiều lần với tốc độ lớn hơn 24 hình/s sẽ cho tamột hình ảnh liên tục cần hiển thị trên màn hình LED ma trận

Ví dụ hiển thị chữ B lên màn hình LED ma trận ( hàng được tích cực ở mức 1, cột được tíchcực ở mức 0)

Hình 2.7 Hiển thị chữ B trên LED ma trận dùng phương pháp quét hàng

Dữ liệu thứ nhất có giá trị : 11111111 được đưa ra cột tích cực hàng thứ nhất (điều khiển hàngthứ nhất cho ra giá trị 1); dữ liệu thứ hai có giá trị 00001111 đưa ra cột, tích cực hàng thứ hai;

dữ liệu thứ 3 có giá trị: 01110111 đưa ra cột, tích cực hàng thứ ba; dữ liệu thứ 4 có giá trị:

01110111 đưa ra cột, tích cực hàng thứ 4; tiếp tục dữ liệu hàng thứ 5 có giá trị: 00001111 đưa

ra cột, tích cực hàng thứ 5; kế tiếp là dữ liệu hàng thứ 6 có giá trị: 01110111 được đưa ra cột,tích cực hàng thứ 6; dữ liệu của hàng thứ 7 có giá trị: 01110111 đưa ra cột, tích cực hàng thứ7; dữ liệu thứ 8 có giá trị: 00001111 đưa ra cột, tích cực hàng thứ 8 Như vậy toàn bộ dữ liệucủa chữ B đã được đưa ra hiển thị trên màn hình LED ma trận Quá trình trên được diễn ra rấtnhanh >24 hình/s nên chúng ta có cảm giác nó diễn ra một cách đồng thời nhờ đó mà chúng taquan sát được trên màn hình LED ma trận là một chữ B liên tục.

b Quét cột

Phương pháp quét cột là phương pháp mà trong khoảng thời gian xác định chỉ có một cộtđược tích cực hiển thị trong khi các cột khác đều tắt, các cột được quét (tích cực) tuần tự ở cáckhoảng thời gian kế tiếp nhau được lặp lại nhiều lần với tốc độ >24 hình/s sẽ cho ta một hìnhảnh liên tục cần hiển thị trên màn hình LED ma trận

Ví dụ hiển thị chữ B lên màn hình LED ma trận

Hình 2.8 Hiển thị chữ B trên LED ma trận dùng phương pháp quét cột

Dữ liệu thứ nhất có giá trị : 1111110 được đưa ra hàng, tích cực cột thứ nhất (điều khiển cộtthứ nhất cho ra giá trị 0); dữ liệu thứ hai có giá trị 10010010 đưa ra hàng, tích cực cột thứ hai;

dữ liệu thứ 3 có giá trị: 10010010 đưa ra hàng, tích cực cột thứ ba; dữ liệu thứ 4 có giá trị:

10010010 đưa ra hàng, tích cực cột thứ 4; tiếp tục dữ liệu hàng thứ 5 có giá trị: 01101100 đưa

ra hàng, tích cực cột thứ 5; kế tiếp là dữ liệu hàng thứ 6 có giá trị: 0000000 được đưa ra hàng,tích cực cột thứ 6; dữ liệu của hàng thứ 7 có giá trị: 0000000 đưa ra hàng, tích cực cột thứ 7;

dữ liệu thứ 8 có giá trị: 0000000 đưa ra hàng, tích cực cột thứ 8 Như vậy toàn bộ dữ liệu củachữ B đã được đưa ra hiển thị trên màn hình LED ma trận Quá trình trên được diễn ra rấtnhanh >24 hình/s nên chúng ta có cảm giác nó diễn ra một cách đồng thời nhờ đó mà chúng taquan sát được trên màn hình LED ma trận là một chữ B liên tục

c.Ưu và nhược điểm của phương pháp

• Ưu điểm:

- Tiết kiệm đường truyền, hiệu quả kinh tế

- Tiết kiêm chân PORT

- Truyền dữ liệu đi xa hơn

- Mở rộng bảng ma trận lên một cách dễ dàng

- Lập trình dễ dàng trong phương pháp quét cột

• Nhược điểm:

- Tốn thời gian để thực hiện việc truyền dữ liệu đến các cột

- Chuyển đổi không linh hoạt bằng phương pháp chốt

- Lập trình khó khăn hơn khi sử dụng phương pháp quét hàng

+Đèn LED có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như đèn đọc, chiếu sáng bể bơi, nhất làcho chiếu sáng quảng cáo ngoài trời tại những nơi khó thay lắp, do có tuổi thọ cao hơn nhiềulần so với bóng đèn neon, đồng thời có nhiều màu sắc phong phú như: đỏ, xanh lá, xanh datrời, màu hổ phách, …

Ở nước ta, đèn LED được ứng dụng để tiết kiệm năng lượng, phục vụ cho quảng cáo,chiếu sáng đô thị Điển hình là việc lắp đặt hệ thống đèn LED tại cầu sông Hàn và ThuậnPhước (TP Đà Nẵng)

2.5 Tổng quan các bảng LED trong thực tế:

Ngày nay, đèn LED được ứng dụng nhiều trong thực tế như làm bảng quảng cáo, trang trí,

Hình 2.9 Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng

Hình 2.10 LED được dùng làm biển quảng cáo, đèn giao thông

Hình 2.11 Đèn LED dùng để trang trí

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

3.1 Phương pháp điều khiển đèn LED

Theo yêu cầu của đồ án: Thiết kế mạch hiển thị dùng ma trận LED Hiển thị dòng chữ chạy “LỚP D7 CNTD1 TRUONG ĐHĐL “ và kết nối với máy tính Mạch dùng 2 modul ma trậnvới kích thước mỗi modul là 8x8 LED tương đương với một LED ma trận có kích thước 8x8.Sau đó ta điều khiển theo nguyên tắc của LED ma trận

3.1.1 Cơ sở lý thuyết

Dựa trên nguyên tắc quét màn hình, ta có thể thực hiện việc hiển thị ma trận đèn bằng cáchquét theo hàng và quét theo cột Mỗi LED trên ma trận LED có thể coi như một điểm ảnh Địachỉ của mỗi điểm ảnh này được xác định đồng thời bởi mạch giải mã hàng và giải mã cột,điểm ảnh này sẽ được xác định trạng thái nhờ dữ liệu đưa ra từ bộ vi điều khiển AT 89C52thuộc họ vi điều khiển MCS51 Như vậy tại mỗi thời điểm chỉ có trạng thái của một điểm ảnhđược xác định Tuy nhiên khi xác định địa chỉ và trạng thái của điểm ảnh tiếp theo thì cácđiểm ảnh còn lại sẽ chuyển vè trạng thái tắt (nếu LED đang sáng thì sẽ tắt dần) Vì thế để hiểnthị được toàn bộ hình ảnh của ma trận đèn, ta có thể quét ma trận nhiều lần với tốc độ quét rấtlớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt của đèn.Mắt người chỉ nhận biết được tối đa 24 hình/s

do đó nếu tốc độ quét rất lớn thì sẽ không nhận ra được sự thay đổi nhỏ của đèn mà sẽ thấyđược toàn bộ hình ảnh cần hiển thị

Sơ đồ khối:

Dữ liệu

Hình 3.1.Sơ đồ khối dùng ma trận LED

Để thực hiện quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau:

LEDGiải mã cột

+ Các LED trên cùng một hàng sẽ được nối các chân dương với nhau.

+ Các LED trên cùng một cột sẽ được nối các chân âm với nhau như hình vẽ

Ta có thể mô phỏng môt ma trận LED đơn giản 4x4 như sau:

Hình 3.2.Sơ đồ thiết kế ma trận LED cỡ 4x4Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời cả 2 chân

Ví dụ để LED sáng thì điện áp 5V phải đưa vào chân dương và chân âm phải được nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương Với đề tài này, chúng em chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thước mỗi modul là 8x8 LED để hiển thị

Ta có sơ đồ nguyên lý của ma trận LED 8x8:

Hình 3.3.Sơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8

3.1.2 Giới thiệu chung về hệ thống

Với mục đích tìm hiểu về cách thiết kế hiển thị LED dòng chữ chạy có điều khiển chúng em xây dựng một hệ thống với sơ đồ khối như sau:

Hình 3.4.Sơ đồ khối hệ thống

-Khối giao tiếp với máy tính: có chức năng trao đổi dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển,

truyền các dữ liệu như nội dung hiển thị, màu sắc hiển thị, hiệu ứng hiển thị, … đến vi điềukhiển, đồng thời nhận các dữ liệu đó tại vi điều khiển để có thể điều khiển hiển thị như mongmuốn Do đó, khối này khi thực hiện gồm có một phần mềm sử dụng trên máy tính có chứcnăng giao tiếp với người dùng để chọn các thông số cần truyền tới vi điều khiển và một số thủtục để nhận dữ liệu tại vi điều khiển Các dữ liệu này sẽ được khối điều khiển hiển thị xử lí để

có thể điều khiển ma trận LED hiển thị nội dung cũng như hiệu ứng mong muốn

- Khối điều khiển hiển thị: Có chức năng xử lí các dữ liệu mà máy tính truyền tới để tạo ra các

dữ liệu về mức logic cần cấp cho các LED trong từng cột đồng thời điều khiển quá trình cấpnguồn cho LED mâ trận Khối này được xây dựng bằng các thủ tục xử lí dữ liệu trên vi điềukhiển Khi nhận được dữ liệu về chuỗi kí tự cần hiển thị thì khối này sẽ tạo dữ liệu về mức

Giao tiếp vớimáy tính

Điều khiểnhiển thị

Chốt dữ liệuhàng

Chốt dữ liệucột

Khuyếch đạicông suất hàng

Khuyếch đạicông suất cột

LED ma trận

logic cần cấp cho LED ma trận Khi nhận được dữ liệu về màu sắc, hiệu ứng hiển thị thì khốinày sẽ xác định thủ tục gửi dữ liệu cho các khối chốt dữ liệu hàng và cột.

- Khối chốt dữ liệu hàng: có chức năng chốt các giá trị logic cấp nguồn cho các hàng của ma

trận Khối này gồm một chuỗi các bộ IC 74HC595 mắc nối tiếp.Dữ liệu về mức logic của cáchàng và tín hiệu báo chốt dữ liệu sẽ được khối điều khiển hiển thị gửi đến.Các dữ liệu này sẽđược chốt lại tại đầu ra của khối cho đến khi dữ liệu mới được yêu cầu chốt

- Khối chốt dữ liệu cột: có chức năng chốt các giá trị logic cấp nguồn cho các cột của ma trận.

Khối này được thực hiện bằng cách sử dụng IC 74HC138.Dữ liệu về mức logic của các cột sẽđược khối điều khiển hiển thị gửi đến phù hợp với dữ liệu của các hàng để có thể hiển thịđúng như mong muốn.Các dữ liệu này sẽ được chốt lại tại đầu ra của khối cho đến khi dữ liệumới được yêu cầu chốt

- Khối khuyếch đại công suất hàng: có chức năng đảm bảo cấp đủ nguồn cho các hàng của

LED ma trận, đồng thời hạn chế dòng chạy qua chân của các IC chốt dữ liệu hàng Để đảmbảo chức năng này khối này gồm các IC ULN 2803 mắc nối tiếp với các IC 74HC595

-Khối khuyếch đại công suất cột: có chức năng đảm bảo cấp đủ nguồn cho các cột của LED

ma trận, đồng thời hạn chế dòng chạy qua các chân của các IC chốt dữ liệu cột Để đảm bảochức năng này khối được xây dựng gồm các transistor B562.Cực B của các transistor đượcđiều khiển bởi IC 74HC138

3.1.3 Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED

Khối điều khiển Khối nguồn

Khối giải mã

Khối đệm dòng Khối điều khiển LED

Khối kết nối VĐK với

PC

Khối giao tiếp với VĐK

a Khối điều khiển :

Đây là khối điều khiển chính của bảng điện tử với bộ xử lí trung tâm là vi điều khiểnAT89C52 Khối điều khiển là khối quan trọng nhất, nó điều khiển toàn bộ hoạt động của hệthống Có thể nói đây là bộ não của toàn bộ hệ thống, nó thực hiện các chức năng sau:

- Nhận dữ liệu từ bộ nhớ chương trình ghi vào bộ nhớ RAM

- Lấy dữ liệu từ bộ nhớ RAM và hiển thị qua bảng điện tử thông qua các thao tác đẩy dữ liệu

và quét hàng

Dựa trên nguyên lý và yêu cầu công việc, khối điều khiển được thiết kế như sau:

Trung tâm của khối điều khiển cũng là thành phần chính của khối điều khiển là vi điều khiểnAT89C52, vi điều khiển này sẽ điều khiển mọi hoạt động của khối điều khiển, vi điều khiểnđược chế tạo trên công nghệ SRAM có khả năng lưu trữ chương trình lớn Vi điều khiển cóthể được lập trình bằng ngôn ngữ ASSEMBLY hoặc ngôn ngữ C để thực hiện chức năng cầnthiết Ưu điểm của việc sử dụng vi điều khiển là:

Nhanh chóng xây dựng được các thiết bị điều khiển cần thiết với các chức năng phức tạp dựavào các công cụ thiết kế mạch và ngôn ngữ lập trình

Vi điều khiển thực hiện đọc dữ liệu từ RAM đẩy dữ liệu ra khối quét dòng thông các chânPort 1 là AD0, AD1, AD2, AD3, AD4, AD5, trong đó AD0 - AD3 là các tín hiệu chọn dòng.Mặt khác vi điều khiển đẩy dữ liệu ra khối hiển thị qua các chân của Port 1 là: AD3, AD4,AD5 Trong đó AD3 là chân tín hiệu CLK dùng để đưa dữ liệu thanh ghi dịch của các IC74HC595, AD4 là chân tín hiệu dùng để chốt dữ liệu vào thanh ghi dịch của các IC đó, châncòn lại là AD5 là chân tín hiệu điều khiển cho các hàng của khối hiển thị

Hình 3.5.Vi điều khiển đọc dữ liệu từ RAM đẩy dữ liệu ra khối quét dòng

Gồm có bộ vi điều khiển AT89C52 và các khối chức năng khác như mạch reset, mạch daođộng Đây là nơi lưu giữ chương trình điều khiển chính và dữ liệu cho các mạch giải mã hàng

và cột.AT89C52 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công suất nguồntiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được/lập trình được Chip này được sảnxuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao AT89S52 có các đặctrưng chuẩn sau: 8Kbyte Flash, 256 byte RAM, 32 đường xuất nhập, ba bộ định thời/đếm 16bit, một cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên và 6 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công,mạch tạo dao động và tạo xung Clock trên Chip Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn chophép RAM, các bộ định thời/đếm, Port nối tiếp và hệ thống ngắt hoạt động

* Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C52:

Hình 3.6.Sơ đồ chân IC 89S52

-Vcc: Chân cung cấp điện

- GND: Chân nối đất.

- Port 0: Port 0 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều cực D hở Port 0 còn được cấu hình làm bus địa

chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớchương trình ngoài Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập trình cho Flash và xuất cácbyte mã trong khi kiểm tra chương trình

- Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các

logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mức cao bởi các điện trởkéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào Khi làm nhiệm vụ là các portnhập, các chân của port 1 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng

do có các điện trở kéo lên bên trong

- Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các

logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được sử dụng như là các ngõ vào Khilàm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bênngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉtrong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và trong thời gian truy xuất bộ nhớ

dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit

- Port3: Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các logic 1

được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lênbên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, các châncủa port 3 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện

trở kéo lên bên trong Port 3 còn được sử dụng làm các chức năng khác của AT89S52:

P3.0 ngõ vào Port nối tiếp

P3.1 ngõ ra Port nối tiếp

P3.2 ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1

P3.5 ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 0

P3.6 điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

- RST: Ngõ vào Reset Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ dao động đang

hoạt động sẽ Reset AT89S52.

Hình 3.7.Mạch reset tự động khi khởi động máy

Với bài này chúng em thực hiện Reset bằng cách nối chân 9 của 89C52 với nguồn 5V

- ALE: ALE là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (AddressLatch Enable) cho phép

chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài Chân này cũng được dùnglàm ngõ vào xung lập trình (PROG) trong thời gian lập trình cho FlashC Khi hoạt động bìnhthường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động trênchip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên ngoài và tạo xung Clock Tuynhiên cần lưu ý là một xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kì truyxuất của bộ nhớ dữ liệungoài Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá bằng cách

set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8E(h) Khi bit này được set, ALE

chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnh MOVX hoặc MOVC Ngược lại chân này sẽđượckéo lên mức cao Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉsẽkhông có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài

- XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào đến mạch tạo

xung Clock bên trong chip

- XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động Để tạo mạch dao động cho vi

điều khiển 89C52 hoạt động, chúng em chọn mạch tạo dao động như hình vẽ dưới đây, vớicác giá trị của linh kiện là: C1 = C2 =33pF

Trong bài 2 chân XTAL1 và XTAL2 được nối với mạch dạo động như sau: