Đồ án: thiết kế hệ thống led quạt

Trong thời đại hiện nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật sử dụng vi xử lý và các linh liện điện tử khác có tính chất hiển thị như led 7 đoạn, led ma trận, led đơn vào các ứng dụng thực tế như nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng nhiều trong các lỉnh vực khác nhau như hiển thị, bảng quảng cáo, . do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.Xuất phát từ thực tế mà nhóm sinh viên thực hiện chúng em có điều kiện tiếp xúc và tham quan tại một số cơ sở tại nhiều điểm trong thành phố, rất nhiều các bảng quảng cáo, logo đều được hiện thị thông qua các linh kiện quang. Từ đó chúng em đã lựa chọn và thực hiện đề tài là “Led quạt”.Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã nhận được sự chỉ bảo,hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa đặc biệt đó là sự chỉ bảo của thầy Lê Ngọc Duy.Chúng em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo của ThầyTrong quá trình thực hiện đồ án kiến thức còn nhiều hạn chế,cũng như chúng em chưa có điều kiện trả nhiệm thực tế,với khoảng thời gian ngắn thực hiện đồ án ,do vậy đồ án cảu chúng em còn nhiều thiếu sót mong quý thầy cô đóng góp và bổ xung ý kiến để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn

MỤC LỤCCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung

1.2 Các vấn đề đặt ra

1.3 Mục đích nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.5 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LED QUẠT 2.1 Giới thiệu chung về led quạt

2.1.1 Tổng quan về vi điều khiển.

4.2 Kiểm tra mạch led

4.2.1.Kiểm tra hoạt động của mạch 89s52

4.2.2 Kiểm tra DS1307 và EEPROM

4.2.3 Kiểm tra ngắt EX0 cho cảm biến từ

4.3 Lắp thanh Led lên quạt

4.4 Viết chương trình

CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Đánh giá kết quả đạt được

5.2 Nhược điểm và biện pháp khắc phụ

5.3 Hướng phát triển đề tài.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại hiện nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹthuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật sử dụng vi xử lý và các linh liện điện tử khác có tính chất hiển thị như led 7 đoạn, led ma trận, led đơn vào các ứng dụng thực tế như nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng nhiều trong các lỉnh vực khác nhau như hiển thị, bảng quảng cáo, do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Xuất phát từ thực tế mà nhóm sinh viên thực hiện chúng em có điều kiện tiếp xúc

và tham quan tại một số cơ sở tại nhiều điểm trong thành phố, rất nhiều các bảng quảng cáo, logo đều được hiện thị thông qua các linh kiện quang Từ đó chúng em đã lựa chọn

và thực hiện đề tài là “Led quạt”

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã nhận được sự chỉ bảo,hướng dẫn tận

tình của các thầy cô trong khoa đặc biệt đó là sự chỉ bảo của thầy Lê Ngọc Duy.Chúng

em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo của Thầy!

Trong quá trình thực hiện đồ án kiến thức còn nhiều hạn chế,cũng như chúng em chưa có điều kiện trả nhiệm thực tế,với khoảng thời gian ngắn thực hiện đồ án ,do vậy

đồ án cảu chúng em còn nhiều thiếu sót mong quý thầy cô đóng góp và bổ xung ý kiến

để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn!

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 05 tháng 01 năm 2016 Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Quốc Văn

Phạm Đình Vương

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu chung

Đèn LED là 1 loại bóng đèn phát sáng đời mới tiêu hao năng lượng cực kỳthấp, có nhiều màu sắc để chọn lựa, và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống ngày nay và tương lai.Việc quảng cáo bằng led có nhiều hình thức khác nhau, từ đơn giản chỉ là các bảnghiệu có thông tin cố định, đến những ứng dụng để tạo các ký tự và hình ảnh ,dùng mạch điện tử điều khiển sự chớp tắt và tạo hiệu ứng ánh sáng mong muốn Bảngđiện

tử có thông tin thay đổi được còn gọi là bảng quang báo hay màn hình điện tử LED,

có nhiều màu sắc, nhiều cách hiển thị sinh động, dễ dàng thu hút sự chú ý của mọi người Do dễ dàng thay đổi thông tin trên bảng điện tử, nên đây được xem như là phương tiện để truyền đạt thông tin hiện đại, nhanh chóng

Công nghệ thắp sáng Led (Light Emitting Diode - Đi ốt phát sáng ) đã mở ra cho con người một kỷ nguyên có nhiều giải pháp lựa chọn hơn trong việc sử dụng nguồn ánh sáng phục vụ cho mọi lĩnh vực đời sống xã hội từ chiếu sáng công cộng, thắp sáng trong đời sống sinh hoạt, ánh sáng cho trang trí quảng cáo, Led nổi trội hơn những thế hệ đènphát sáng huỳnh quang, compact, ở những tính ưu việt hơn hẳn như tiêt kiệm năng lượng, độ bền cao, không gây tác hại môi trường, nguồn sáng mạnh - sặc sỡ phù hợp chocông trình quảng cáo ngoài trời, thi công bảng hiệu quảng cáo Tại VN đèn Led trở nên thịnh hành trong 05 năm trở lại đây, đặc biệt là những ứng dụng rộng rãi trong trang trí quảng cáo, làm bảng hiệu quảng cáo để quảng bá thương hiệu cũng như các loại sản phảm, dịch vụ của doanh nghiệp

Quảng cáo đèn led được ưa chuộng và dần thay thế những kiểu trang trí quảng cáo bằng đèn neon sign và các loại ánh sáng khác nhờ những tính năng tiện lợi như sau:

- Bảng quảng cáo bằng đèn led có độ bền, tuổi thọ rất cao, trung bình khoảng 60.000 giờ- Trang trí quảng cáo đèn led tạo ánh sáng rất sặc sỡ, đẹp, gây ấn tượng mạnh kể cả trong điều kiện ánh sáng ban ngày (điều này các loại đèn thắp sáng khác không phát huy được)- Sử dụng đèn led trong trang trí quảng cáo nói chung cũng như việc thiết kế thi công các loại bảng hiệu quảng cáo dễ thực hiện theo ý tưởng của nhà thiết kế quảng cáo,

bỡi đèn led rất đa dạng: đèn led bóng, led dây, led modul, tùy vào tính chất công trình

và nhu cầu khách hàng mà các nhà làm dịch vụ quảng cáo có sự lựa chọn loại vật tư chophù hợp…

Tại sao nên sử dụng đèn LED trong quảng cáo?

- Tiết kiệm điện:

Mức tiêu thụ điện của biển hiệu bằng đèn LED chỉ tương đương gần 1/5 (điện xoaychiều) so với đèn thường và lượng nhiệt mà chúng tỏa ra không đáng kể Đèn LED cũng

an toàn hơn khi sử dụng do có điện thế thấp, nếu như bóng đèn thường chỉ phát sáng ởhiệu điện thế 110 V - 220 V, thì bóng LED trắng có thể hoạt động ở mức 3V - 24V ( tiếtkiệm 10 đến 40 lần)

- Tuổi thọ bóng đèn:

Đèn LED đạt tuổi thọ 50.000 - 100.000 giờ (so với khoảng 1.000 giờ của bóng thường

và 8.000 giờ của bóng compact) và không cháy khi điện nguồn dao động hàng triệulần/giây Người ta có thể sử dụng đèn LED công suất thấp hơn nhiều so với các loại đènkhác mà vẫn có nguồn sáng tương đương

- Tính thu hút :

Đèn LED có khả năng thu hút người đi đường bằng các màu sắc đa dạng kết hợp vớinhiều hiệu ứng đẹp, độc đáo bắt mắt.

Led quạt cũng là một trong những hình thức quảng cáo led,tuy nhiên hình thức này khá thú vị là những con led không đứng yên mà chuyển động liên tục để tạo ra những thông tin quảng cáo dựa vào sự lưu ảnh của mắt

1.2 Các vấn đề đặt ra

Trong quảng cáo hay trang trí rất nhiều trường hợp yêu cầu phải sử dụng cácthiết bị đèn led gắn trên các thiết bị quay như cánh quạt, các động cơ…để tạo ranhững hiệu ứng đẹp mắt như hình vẽ, chữ số, màu sắc… chuyển động đẹp mắt Cáchiệu ứng đó sẽ tạo ấn tượng, sự chú ý lớn hơn rất nhiều so với các kiểu hình ảnh,thông báo thông thường Chính vì vậy led quạt là một sản phẩm có thể giải quyếtđược những vấn đề trên

Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo led quạt” việc tính toán thiết kế vàchế tạo một sản phẩm led quạt phải đảm bảo được một số yêu cầu sau:

- Động cơ phải đảm bảo ổn định và tốc độ quay của động cơ phải phù hợp để cóthể làm khối đèn led tao ra được hiệu ứng

- Việc chọn loại chip phải đáp ứng được nhu cầu tính toán của bài toán một cáchhiệu quả và đầy đủ chức năng có thể nhìn thấy được

- Cánh quạt phải đảm bảo đủ an toàn đối với người sử dụng và phải đủ độ chắcchắn để có thể gắn thanh led lên

- Ngoài ra do phải sử dụng ðến ðộng cõ DC nhằm ổn ðịnh ðýợc hình ảnh và vãnbản khi hiển thị, nên ngoài việc hiển thị hình ảnh và vãn bản thì vấn ðề ổn tốc cho ðộng

cõ DC cũng ðýợc quan tâm rất nhiều

1.3 Mục đích nghiên cứu

Tạo ra một sản phẩm led quạt về cơ bản đạt được các yêu cầu về nguyên lý hoạt động,khi hoạt động có thể tạo ra một số vài ký tự đơn giản, có thể phục vụ trong quảng cáo hay trang trí

Tìm hiểu rõ hơn về việc kết hợp điều khiển của Chip và sự lưu ảnh của mắt người cảm nhận được hình ảnh liên tục

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Ứng dụng hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc của mắt khi những hình ảnh được thay đổi liên tục trong một khoảng thời gian đủ ngắn và tại cùng một vị trắ mắt người sẽ không thể phân biệt được và cảm nhận nó như những hình ảnh chuyển động.

Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch hiển thị thông qua led đõn nhờ các tắn hiệu đýợc xuất ra từ vi xử lý AT89C51 Tắn hiệu từ vi xử lý đýa ra led đõn cùng vói việc động cõ DC xoay ở một tốc độ ổn định và các khoảng delay khác nhau sẽ hiển thị đýợc các hình ảnh, vãn bản mà ta muốn hiển thị

Với 10 LED, ta có thể tạo hình ảnh tương đương 1 ma trận LED 10x60.Động cơ quay sẽquét LED thành một ma trận với tốc độ đủ cao thỏa điều kiện lưu ảnh của mắt Ảnhđược xuất ra bằngcách xuất từng cột LED, tương tự như phương pháp quét ma trận.Nghĩa là tại 1 thời điểm, dãy LED sẽ hiển thị 1 cột tương ứng với hình ảnh được lưu trữtrong 1 mảng

Tại mỗi thời điểm (cỡ vài ms), 1 cột của ma trận LED sẽ xuất ra Do hiện tượng lưu ảnh của mắt nên ta sẽ thấy được toàn bộ hình ảnh cần xuất

1.5 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

Do thời gian, tài chắnh và tầm hiểu biết nhóm còn nhiều hạn chế nên chúng em chỉchế tạo mô hình led quạt với những đặc điểm sau:

- Chỉ thiết kế và chế tạo bảng mạch Led với những linh kiện sẵn có trên thị trường

- Mạch Led được gắn trực tiếp vào cánh quạt của một chiếc quạt thông thường, không chế tạo động cơ riêng biệt

- Sản phẩm có thể tùy chỉnh tạo ra những kắ tự bất kỳ theo mong muốn của người

sử dụng

- Nhóm chỉ sử dụng 10 led nên khả năng hiển thị và màu sắc cũng bị hạn chế

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LED QUẠT

2.1 Giới thiệu chung về led quạt

LED quạt (quang báo quay)là mạch ứng dụng hiệu ứng led đơn để tạo ra kí tự, chữ, hình ảnh mà người lập trình cần hiển thị

Mạch quang báo dùng trang hoàng cho các buổi tiệc, liên hoan, sinh nhật, giáng sinh,tết, Với mục đích này thì phải thực hiện sao cho đẹp, lạ, gọn nhẹ, an toàn là điều cần thiết

Các hiệu ứng của quang cáo sẽ làm cho buổi tiệc, liên hoan hay các sản phẩm quảng cáo trở nên đẹp và thu hút mọi người hơn

Hình1:Quang báo quay

Mỗi quang báo quay bao gồm:nguồn,động cơ,mạch điều khiển lôgic,led tạo hiệu ứng

2.1.1 Tổng quan về vi điều khiển.

a Vi điều khiển

Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi

xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô-đun vào/ra các mô đun biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số, Ở máy tính thì các mô đun thường được xây dựng bởi các chíp và mạch ngoài

Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng Nó xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v

Hầu hết các vi điều khiển ngày nay được xây dựng dựa trên kiến trúc Harvard, kiến trúc này định nghĩa bốn thành phần cần thiết của một hệ thống nhúng Những thành phần này

là lõi CPU, bộ nhớ chương trình (thông thường là ROM hoặc bộ nhớ Flash), bộ nhớ dữ liệu (RAM), một hoặc vài bộ định thời và các cổng vào/ra để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và các môi trường bên ngoài - tất cả các khối này được thiết kế trong một vi mạch tích hợp Vi điều khiển khác với các bộ vi xử lý đa năng ở chỗ là nó có thể hoạt động chỉ với vài vi mạch hỗ trợ bên ngoài

Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực

kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hoá và điều khiển từ xa Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hoá, tối ưu (thời gian, không gian, giá thành), bảo mật, tính chủ động trong công việc ngày càng đòi hỏi khắt khe Việc đặt ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điện tử để đáp ứng những yêu cầu trên là hoàn toàn cấp thiết mang tính thực tế cao

Để hiểu khái niệm về bộ vi điều khiển, ta có thể làm phép so sánh nó với bộ vi xử lý công dụngchung như sau:

Ta biết rằng, các bộ vi xử lý công dụng chung như họ Intel x86 (8086, 80286, 80386,

80486 và Pentium) hoặc họ Motorola 680x0(6800, 68010, 68020, 68030, 68040 vv ) không có RAM, ROM và không có các cổng ra vào trên chip Với lý do đó mà chúng được gọi là các bộ vi xử lý công dụng

Một nhà thiết kế hệ thống sử dụng một bộ vi xử lý công dụng chung sẽ phải bổ sung thêm RAM, ROM, các cổng vào ra và các bộ định thời ngoài để làm cho chúng hoạt động được Mặc dù việc bổ xung các RAM, ROM, các cổng vào ra sẽ làm cho hệ thống cồng kềnh lên nhưng nó lại có ưu điểm khi sử dụng các bộ vi xử lý này là rất linh hoạt Chẳng hạn như người thiết kế có thể quyết định về số lượng RAM, ROM, và các cổng vào ra cần thiết sao cho phù hợp với khả năng, mục đích sử dụng của hệ thống Điều nàykhông thể có đối với các bộ vi điều khiển Bởi vì, một bộ vi điều khiển đã có một CPU (một bộ vi xử lý) cùng với một số lượng RAM, ROM, các cổng vào ra và một bộ định thời trên cùng một chíp Hay nói cách khác là bộ vi xử lý, RAM, ROM, các cổng vào ra

và một bộ định thời cùng được nhúng trên một chip Do vậy người thiết kế không thể bổ sung thêm bộ nhớ ngoài, số các cổng vào ra hoặc bộ định thời cho nó Với số lượng RAM, ROM và số các cổng vào ra cố định như vậy là một mặt hạn chế (kém linh hoạt) xong nó lại thật sự lý tưởng đối với những ứng dụng mang tính chuyên biệt, tối ưu về giáthành, tối ưu về không gian

b Những yêu cầu để lựa chọn một bộ vi điều khiển là:

Đáp ứng nhu cầu tính toán của bài toán một cách hiệu quả về mặt giá thành và đầy đủ chức năng có thể nhìn thấy được, (khả dĩ)

Có sẵn các công cụ phát triển phần mềm chẳng hạn như các trình biên dịch trình hợp ngữ

và gỡ rối

Nguồn các bộ vi điều khiển có sẵn nhiều và tin cậy

c Các tiêu chuẩn lựa chọn một bộ vi điều khiển:

Tiêu chuẩn đầu tiên và trước hết trong lựa chọn một bộ vi điều khiển là nó phải đáp ứng nhu cầu

bài toán về mặt công suất tính toán, giá thành và hiệu quả Trong khi phân tích các nhu cầu của một dự án dựa trên bộ vi điều khiển, chúng ta trước hết phải biết là bộ vi điều khiển nào là 8 bít, 16 bít hay 32 bít có thể đáp ứng tốt nhất nhu cầu tính toán của bài toánmột cách hiệu quả nhất

• Những tiêu chuẩn được đưa ra để cân nhắc là:

- Tốc độ: Tốc độ lớn nhất mà bộ vi điều khiển hỗ trợ là bao nhiêu

- Kiểu đóng vỏ: Đó là kiểu 40 chân DIP hay QFP hay là kiểu đóng vỏ khác

- Công suất tiêu thụ: Điều này đặc biệt khắt khe đối với những sản phẩm dùng pin, ắc quy

- Dung lượng bộ nhớ RAM và ROM trên chíp

- Số chân vào – ra, bộ định thời, số ngắt trên chíp

- Khả năng dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao hoặc giảm công suất tiêu thụ

- Giá thành cho một đơn vị: Điều này quan trọng quyết định giá thành cuối cùng của sảnphẩm mà một bộ vi điều khiển được sử dụng

•Với 1 số lý do trên, nhóm quyết định chọn chip AT89C52 vì đã tìm hiểu chip này từ

lâu, ổn định, tốc độ cao, các tập lệnh đơn giản, dễ sử dụng Phần mềm viết code dễ sửdụng

Hình 2: Chíp AT89C52

2.1.2 Sự lưu ảnh của mắt:

a Mắt người

Giác mạc là cấu trúc trong suốt nằm ở phía trước mắt giúp tập trung ánh sáng đi vào Phía sau giác mạc là màng sắc tố được gọi là mống mắt, mống mắt có một lỗ tròn có thể điều chỉnh gọi là đồng tử (con ngươi) Đồng tử giãn ra và co lại tùy thuộc vào số lượng ánh sáng đi vào trong mắt

Khoảng trống giữa giác mạc và mống mắt được chứa đầy các dịch trong suốt gọi là thủy dịch Phía sau đồng tử (con ngươi) có một cấu trúc giống như pha lê trong suốt được gọi

là thủy tinh thể Thủy tinh thể được bao quanh bởi các cơ gọi là cơ mi giữ vai trò quan trọng trong thị lực Khi các cơ này nghỉ ngơi, chúng kéo ra và làm phẳng dẹt thủy tinh thể cho phép mắt nhìn thấy sự vật ở xa Trong trường hợp nhìn sự vật gần, cơ mi phải co lại làm cho thủy tỉnh thể dầy lên do vậy cho phép mắt nhìn thấy rõ ràng

Sau khi đi qua thủy tinh thể, ánh sáng xuyên qua dịch kính trước khi vào lớp tế bào nhạycảm gọi là võng mạc Võng mạc nằm trong tận cùng của 3 lớp cấu tạo nên mắt Lớp ngoài cùng được cấu tạo bởi lớp mô bảo vệ chắc bền gọi là củng mạc Đây là lý do làm cho nhãn cầu có màu trắng Giác mạc cũng là một phần của lớp ngoài cùng Lớp giữa

nằm giữa võng mạc và củng mạc gọi là màng bồ đào Màng bồ đào chứa các mạch máu cung cấp chất dinh dưỡng và oxy cho võng mạc.

Có hàng triệu tế bào nhạy cảm ánh sáng bao lấy trong võng mạc Chúng có hai loại khác nhau: tế bào hình que và tế bào hình nón Tế bào hình que cho phép nhìn sự vật trong điều kiện thiếu ánh sáng trong khi đó tế bào hình nón được dùng phân biệt các màu sắc

Tế bào hình nón hầu như tập trung dày đặc trong trung tâm võng mạc gọi là hố thị giác

Hố thị giác nằm ở vị trí trong hoàng điểm và là phần nhạy cảm ánh sáng nhất của võng mạc Khi ánh sáng đi vào các tế bào nhạy cảm ánh sáng, nó sẽ biến đổi thành tínhhiệu vàsau đó được chuyển tiếp đến não qua thần kinh mắt Lúc đó não chuyển đổi các tính hiệunày thành hình ảnh mà chúng ta thấy

b.Sự lưu ảnh của mắt:

Hiện tượng lưu ảnh ở mắt được nhà vật lý người Bỉ Joseph Plateau phát hiện ra vào năm 1829 Ông nhận thất rằng trong tầm khoảng 0,1 giây, chúng ta vẫn có cảm giác rằng

ta đã nhìn thấy vật Ông đã giải thích rằng do màng lưới của mắt vẫn còn lưu giữ ảnh

dù ánh sáng kích thích không còn nữa Như vậy, Plateau đã phát hiện ra một hiên tượng thú vị của vật lý cũng như của sinh học

Hiện tượng lưu ảnh ở mắt rất có tác dụng trong điện ảnh Trong phim ảnh người ta chiếu 25 ảnh trên một giây để người xem có cảm giác các hoạt động trong phim ảnh

là liên tục Cụ thể, khi chiếu phim, cứ sau 0,033 hay 0,04 giây, người ta lại chiếu một cảnh phim Khi đó, do hiện tượng nói trên, người xem có cảm giác rằng quá trình trong phim đang diễn ra liên tục

Sự lưu ảnh của mắt tức là lưa ảnh trên võng mạch phải mất một khoảng thời gian

cở 0.1s thì võng mạc mới phục hồi lại như cũ được Trong khoảng thời gian 0.1s này cảm giác ánh sáng chưa bị mất và người quan sát vẩn còn thấy hình ảnh của vật

c Ứng dụng sự lưu ảnh của mắt vào đề tài:

Mạch LED quạt ứng dụng hiện tượng lưu ảnh của mắt Với 10 LED, ta có thể tạo hìnhảnh tương đương 1 ma trận LED 10x60

Động cơ quay sẽ quét LED thành một ma trận với tốc độ đủ cao thỏa điều kiện lưu ảnhcủa mắt Ảnh được xuất ra bằngcách xuất từng cột LED, tương tự như phương pháp quét

ma trận Nghĩa là tại 1 thời điểm, dãy LED sẽ hiển thị 1 cột tương ứng với hình ảnhđược lưu trữ trong 1 mảng

Tại mỗi thời điểm (cỡ vài ms), 1 cột của ma trận LED sẽ xuất ra Do hiện tượng lưu ảnh của mắt nên ta sẽ thấy được toàn bộ hình ảnh cần xuất

2.2Các linh kiện sửdụng trong mạch:

Các hãng sản xuất vi xử lý đầu tiên ở thời điểm này là Intel, Texas Instruments

và Garrett AiResearch với ba dòng chip tương ứng: Intel 4004, TMS 1000 và Central Air Data Computer Đây là những vi xử lý 4 bit

Sau sự ra đời của các vi xử lý 4 bit thì các hãng cho ra đời các dòng 8 bit, 12 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit

Intel 8008 là vi xử lý 8 bit đầu tiên trên thế giới được sản xuất năm 1972 Tiếp sau thành công của 8008 là các phiên bản như 8080 (1974), Zilog Z80 (1976) Các vi xử lý của Motorola 6800 được phát hành tháng 8 năm 1974 và MOS technology ra đời năm 1975

Intersil 6100 là vi xử lý 12 bit, từ khi được sản xuất bởi công ty Harris nó đượcbiết đến với tên HM-6100 được sử dụng trong quân đội suốt thập niên 1980.

Vi xử lý 16 bit đầu tiên được giới thiệu bởi hãng National Semiconductor IMP-16 vào năm 1973 đây là vi xử lý đa chip Đến năm 1975 hãng này giới thiệp vi xử lý đơn chip đầu tiên Hãng Texas Instruments ra đời vi xử lý 16 bit đơn chip TI-990 sử dụng như một máy tính mini Intel cũng cho ra đời dòng vi

xử lý 16 bit lấy tên 8086

Vi xử lý 16 bit chỉ xuất hiện trên thị trường một thời gian ngắn thì dòng 32 bit

đã bắt đầu xuất hiện MC6800 là vi xử lý 32 bit đầu tiên của hãng Motorola, họ 68k có 32 bit thanh ghi nhưng sử dụng đường dẫn dữ liệu 16 bit bên trong và 16bit dữ liệu bên ngoài để giảm số lượng pin, hỗ trợ 24 bit địa chỉ Motorola thường được biết đến như vi xử lý 16 bit mặc dù nó có cấu trúc 32 bit Vi xử lý

32 bit đầy đủ đầu tiên là AT&T Bell Labs BELLMAC-32A với mẫu đầu tiên vào năm 1980 và sản xuất năm 1982 Vi xử lý 32 bit đầu tiên của Intel là dòng iAPX 432 được giới thiệu năm 1981 nhưng không thu được thành công Vi xử

lý ARM đầu tiên ra đời năm 1985 với thiết kế RISC viết tắt của reduced

instruction set computer máy tính có tập lệnh rút gọn, các vi xử lý ARM được

sử dụng chủ yếu trong các điện thoại di động

Vi xử lý 64 bit được thiết kế cho các máy tính cá nhân Nó được thiết kế vào đầu những năm 1990 đến đầu những năm 2000 chứng kiến vi xử lý 64 bit nhằm vào thị trường máy tính Vi xử lý AMD 64 bit tương thích ngược với x86, x86-

64 còn gọi là AMD64 trong tháng 9 năm 2003, tiếp sau thành công của Intel64

Kỷ nguyên của máy tính 64 bit đã bắt đầu

• Vi điều khiển

Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử Vi điều khiển thực chất gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ cao và giá thành thấp (so với các vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các thiết bị ngoại vi như các bộ nhớ, các mô

đun vào/ra, các mô đun biến đổi từ số sang tương tự và từ tương tự sang số, mô đun điều chế độ rộng xung (PWM)

Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng hệ thống nhúng Nó xuất hiện nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, dây truyền tự động

Hầu hết các loại vi điều khiển hiện nay có cấu trúc Harvard là loại cấu trúc mà

bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu được phân biệt riêng

Cấu trúc của một vi điều khiển gồm CPU, bộ nhớ chương trình (thường là bộ nhớ ROM hoặc bộ nhớ Flash), bộ nhớ dữ liệu (RAM), các bộ định thời, các cổng vào/ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài, tất cả các khối này được tích hợp trên một vi mạch

Các loại vi điều khiển trên thị trường hiện nay:

•Freescale 68HC11 (8-bit)

•Intel 8051

•STMicroelectronics STM8S (8-bit), ST10 (16-bit) và STM32 (32-bit)

•Atmel AVR (8-bit), AVR32 (32-bit), và AT91SAM (32-bit)

•Freescale ColdFire (32-bit) và S08 (8-bit)

•Hitachi H8 (8-bit), Hitachi SuperH (32-bit)

•MIPS (32-bit PIC32)

•PIC (8-bit PIC16, PIC18, 16-bit dsPIC33 / PIC24)

•PowerPC ISE

•PSoC (Programmable System-on-Chip)

•Texas Instruments Microcontrollers MSP430 (16-bit), C2000 (32-bit), vàStellaris (32-bit)

•Toshiba TLCS-870 (8-bit/16-bit)

•Zilog eZ8 (16-bit), eZ80 (8-bit)

•Philips Semiconductors LPC2000, LPC900, LPC700

b Sơ lược về AT89C52

AT89C52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất Các sản

phẩm AT89C52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte

và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truyxuất dữ liệu nhanh trên RAM nội Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên chipdùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý vàkiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển

AT89C52 có 8Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong để lưu chương trình, vìvậy Vi điều khiển nó có khả năng nạp xóa chương trình bằng điện lên đến 1000lần Dung lượng RAM 128 byte, AT89C52 có 4 Port xuất/nhập 8 bit, có 2 bộđịnh thời 16 bit Ngoài ra AT89C52 còn có khả năng giao tiếp dữ liệu nối tiếp,

có thể mở rộng không gian nhớ chương trình và nhớ dữ liệu ngoài lên đến64Kbyte.

AT89C52 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập Trong đó

có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa là một chân có hai chức năng), mỗi đường

có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc làthành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ

Sơ đồ chân AT89C52

1 External count input to Timer/Counter 2, clock-out T 2 P 1 0

2 Timer/Counter 2 capture/reload trigger anddirection control T 2 EX P 1 1

6 P 1 5

10 Input (receiver) for serialcommunication RxD

8 bit input/output port (P 3 ) pins

P 3 0

11 Output (transmitter) for serialcommunication TxD P 3 1

29 Program store enable; Read from external program memory PSEN

Program pulse input during Flash programming Prog 31

External Access Enable; Vcc for internal program executions EA

Programming enable voltage; 12V (during Flash

32

8 bit input/output port (P 0 ) pins

Low-order address bits when interfacing with external

AT89C52 tiêu thụ năng lượng thấp, hiệu suất cao CMOS 8-bit vi

tính với 8Kbyte của Flash có thể lập trình và xóa được với bộ nhớ

chỉđọc (PEROM) Thiết bịđược sảnxuất bằng cách sử dụng mật độ cao công nghệ bộ nhớ không bay hơi của Atmel và làtương thích với các tiêu chuẩn côngnghiệp 80C51 và 80C52 hướngdẫn càiđặt và sơđồchân

Trên chip flash cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình trong hệ thống hoặc bằng mộtthường lập trình bộ nhớ không bay hơi Bằng cách kết

hợp một CPU đa năng 8-bitvới Flash trên một chip đơn

khối, Atmel AT89C52 là một máy tính siêu nhỏ

cung cấp một giải pháp hiệu quả rất linh hoạt và chi phí để kiểm soát

nhiều nhúng các ứng dụng

+ Các cổng vào ra

- Port 0 (Chân 32-39):là cổng hai chiều dùng 8 bit để mở, như là cổng ra, Port 0

có những cấu hình công đường dẫn địa chỉ, dữ liệu để truy xuất tới chương trìnhngoài và bộ nhớ dữ liệu yêu cầu bên ngoài dừng lại trong lúc kiểm tra chươngtrình

- Port 1 (Chân 1-8): có cổng hai chiều 8bit, trong phép cộng P1.0 và P1.1 có thểthực hiện để đi tới bộ định thời/bộ đếm bên trong đ ếm ngõ vào(P1.0/T2) và hai

bộ định thời/bộ đếm truy xuất ngõ vào(P1.1/T2EX)

- Port 2 (Chân 21-28): có cổng hai chiều 8bit, phát ra những địa chỉ byte caokhác trong lúc tìm về từ bộ nhớ chương trình bên ngoài và truy xuất từ bộ nhớ

dữ liệu bên ngoài việc đó sử dụng 8bit địa chỉ Port 2 phát ra những nội dungcủa thanh ghi có chức năng đặc biệt P2

- Port 3 (Chân 10-17):

P3.0 RxD Chân phát dữ liệu của Port nối tiếp

P3.1 TxD Chân thu dữ liệu của Port nối tiếp

P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào bộ định thời đếm 0

P3.5 T1 Ngõ vào bộ định thời đếm 1

P3.6 WR Điều khiển ghi dữ liệu vào RAM ngoài

P3.7 RD Điều khiển đọc dữ liệu từ RAM ngoài

+ Reset (Chân 9): Chân reset có tác dụng reset cho chíp, mức tích cực của chânnày là mức 1 , để reset ta phải đưa mức 1 (5v) đến chân này với thời gian tốithiểu 2 chu kỳ máy ( tương đương 2µs – tương đương với thạch anh 12Mhz )

- RxD :nhận tín hiệu kiểu nối tiếp

- TxD :truyền tín hiệu kiểu nối tiếp

- /INT0: ngắt ngoài 0 - /INT1: ngắt ngoài 1

- T0: chân vào 0 của bộ timer/counter 0

- T1: chân vào 0 của bộ timer/counter 1

- /WR: ghi giữ liệu vào bộ nhớ ngoài

- /Rd: đọc giữ liệu từ bộ nhớ ngoài

- XTAL1: chân vào mạch khuếch đại dao động

- XTAL2: chân ra từ mạch khuếch đại dao động

- /PSEN: chân cho phép đọc chương trình ngoài (Rom ngoài)

Sơ đồ kết nối phần cứng AT89C52

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 ghép với một khối bán dẫn loại n.Cấu tạo của Led bao gồm mốt số bộ phận cơ bản sau:

LED(Light-emitting diode – Đi-ốt bức xạ ánh sáng)

Bản chất của LED là một đi-ốt, nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất đểtạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt( kênh P) đến K-tốt (kênh N), khi điện tử lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh sáng, các bước sóng phát ra có màu khác nhau tùy thuộc vào tạp chất trong chíp bán dẫn LED phân thành ba loại chính theo dải công suất:

cỡ nhỏ, cỡ trung bình, cỡ lớn

Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn giữa LED với mạch in ảnh hưởng đến lớn đến độ bền của đèn, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt nam, nếu

chất lượng của mạch in và mối hàn không tốt dễ gây oxi-hóa đứt mạch in,

không tiếp xúc làm cho đèn không thể phát sáng sau một thời gian sử dụng.Trong thực tế người ta có thể sử dụng mạch in thường, hoặc bằng nhôm, gốm cho phép tản nhiệt nhanh cho loại LED công suất trung bình và lớn

Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện và điện áp

ổn định phù hợp lới loại LED đang sử dụng các linh kiện chế tạo bộ nguồn phải

có tuổi thọ sử dụng tương đương với tuổi thọ của LED.>> Với loại đèn công suất nhỏ bộ nguồn đơn giản chỉ là một nguồn áp kết với một điện trở hạn dòng cho LED nhưng đối với LED công suất trung bình và lớn cần tạo một nguồn dòng cho LED

Phần tản nhiệt cho đèn LED được thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phát sáng xuống nhiệt độ thấp nhanh nhất, bộ phận này đặc biệt quan trọng khi thiết kế đèn LED công suất lớn, nếu bộ phận tản nhiệt này có kết cấu không phù hợp thì phần tử LED sẽ nhanh bị già, hiệu suất phát sáng giảm đi đáng kể

Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định và bền, vỏ đèn được chế tạo để có độ chống thấm nước cao, đồng thời đảm bảo khả năng tỏa nhiệt nhanh chóng

Do vậy khi sử dụng đèn LED chúng ta căn cứ vào các yếu tố chính trên đây để

có thể đưa quyết định đúng khi mua hàng

b Nguyên lý hoạt động

- LED dựa trên công nghệ bán dẫn Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn Khối bán dẫn loại p chứa nhiều loại 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 trốngnày có xu hướng chuyển động khuyếch 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 hường kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thểgiải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn