Thiết kế mạch quang báo hiển thị thông tin đa luồng ứng dụng kỹ thuật vi xử lý

Thiết kế mạch quang báo hiển thị thông tin đa luồng ứng dụng kỹ thuật vi xử lý

LỜI NÓI ĐẦU

Song hành với sự phát triển của ngành khoa học máy tính trong hơn 60 năm qua, côngnghệ điện tử đã có những bước tiến vượt bậc với khả năng tích hợp ngày càng cao của

vi mạch từ đó giúp tăng tốc tốc độ xử lý, nâng cao độ tin cậy và giảm giá thành sảnphẩm Từ những ứng dụng ban đầu chủ yếu trong lĩnh vực quân sự và máy tính củacác bộ vi xử lý, ngày nay, sự ra đời của các họ vi điều khiển với việc tích hợp các khốichức năng trên một IC, các vi xử lý chuyên dụng, cùng với thế mạnh vốn có của các

bộ vi xử lý đa năng đã giúp cho việc ứng dụng kỹ thuật vi xử lý vào trong các hệthống phi máy tính trở nên đơn giản hơn, mở rộng đối tượng ứng dụng các thành quảcủa ngành công nghiệp điện tử hiện đại này Ta có thể thấy ứng dụng của chúng trongcác hệ thống máy tính lớn, các hệ thống viễn thông cho đến các sản phầm quen thuộcnhư máy giặt, điều hòa, đèn giao thông,

Trong khuôn khổ bài tập lớn này, với mục đích tìm hiểu ứng dụng

thực tế của kỹ thuật vi xử lý, nhóm chúng em lựa chọn đề tài thiết kế mạch quang báohiển thị thong tin đa luồng ứng dụng kỹ thuật vi xử lý

Song với khả năng được học tập nghiên cứu và tự nghiên cứu còn hạn chế về nộidung và kiến thức trong phạm vi đồ án ,sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạnchế Thông qua đồ án này ,chúng em rất mong được các thầy cô chỉ bảo thêm, để chúng

em có điều kiện nâng cao trình độ ,hiểu biết cũng như kỹ năng của bản thân.Chúng emrất mong được tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy cô!

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU

II Nguyên lý và tác dụng linh kiện

III Lưu đồ thuật toán và Chương trình

CHƯƠNG III KẾT LUẬN

I Nhận xét

II Hướng mở rộng đề tài

III.Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1.Giới thiệu đề tài

Giới thiệu sản phẩm:

Mạch quang báo nhóm thực hiện là mạch có chức năng hiển thị nội dung trên ma trận điểm Nội dung này có thể dịch chuyển từ phải sang trái Nội dung cần hiển thị được nạp trước vào trong bộ nhớ của vi điều khiển trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển Mỗi khi cần thay đổi nội dung hiển thị cần nạp lại chương trình cho vi điều khiển

Lựa chọn các linh kiện:

Để thực hiện một sản phẩm như trên ở quy mô nhỏ ta có thể sử dụng các họ vi điều khiển khác nhau như AVR, PIC, 8051 hay vi xử lý đa năng như 8086 Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí cũng như xét trên khả năng mua các chip trên thị trường, tài liệu nghiên cứu về chúng, bộ Kit phát triển, nhóm em đã lựa chọn AT89C52 làm vi điều khiển cho mạch quang báo này Ngoài ra, các linh kiện khác hoàn toàn dễ kiếm trên thị trường hiện nay

1.2 Sơ đồ khối:

1.3 Chức năng các khối

a) Khối nguồn: nhiệm vụ cấp nguồn cho các khối dùng nguồn 10v

Linh kiện :cầu diode 5A, tụ lọc nhiễu , ic7805

b) Khối vi điều khiển: Dùng IC89S52

- Tương thích với các sản phẩm thuộc họ vi điều khiển MCS-51

- Có 4 Kbyte bộ nhớ flash, khả năng ghi/xóa 1000 lần

- -Làm việc với tần số 0Hz – 24MHz

- Khóa bộ nhớ chương trình 3 mức

- 128 x 8 bit RAM nội

- 32 đường xuất/nhập lập trình được

Khối nguồn 220VAC – 5VDC

Khối vi điều khiển

AT89S52

Điều khiển và khuếch đại công suất hang (Transistor)

Điều khiển hiển thị

trận 8x24

IC ULN2803

Sơ đồ chân

Sơ đồ khối IC

- Vcc: nối với điện áp nguồn

- GND: nối đất

- Port 0: cổng xuất/nhập 8 bit Khi làm cổng xuất, mỗi chân có thể ghép nối với 8 đầu

vào TTL Khi các chân ở mức 1, các chân này có thể được dùng làm đầu vào trở kháng cao Ngoài ra, khi truy cập tới chương trình và dữ liệu bên ngoài, port 0 có thể được sử dụng làm bus địa chỉ thấp/ dữ 7 liệu đa hợp Port này có thể dùng để nhận chương trình nạp vào Flash hoặc kiểm tra

- Port 1: cổng xuất/nhập 8 bit, các bộ đệm ra có thể ghép nối với 4 đầu vào TTL Các

chân này có thể làm đầu vào khi tất cả được thiết lập ở mức 1 Port 1 nhận các byte địa chỉ thấp trong quá trình ghi chương trình và kiểm tra

- Port 2: cổng xuât/nhập 8 bit, các bộ đệm ra có thể ghép nối với 4 đầu vào TTL Các

chân này có thể làm đầu vào khi tất cả được thiết lập ở mức 1 Port 2 truyền byte địa chỉ cao của bus địa chỉ với các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế

có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài Port 2 cũng nhận các bit địa chỉ cao và một vài tín hiệu điều khiển trong quá trình nạp chương trình và kiểm tra

- Port 3: cổng xuất/nhập 8 bit, các bộ đệm ra có thể ghép nối với 4 đầu

vào TTL Khi tất cả các chân ở mức 1, Port 3 thực hiện nhận dữ liệu

Ngoài ta, Port còn phục vụ một số chức năng đặc biệt của AT89C51 như:

Port 3 cũng nhận một số tín hiệu điều khiển trong quá trình nạp chương trình và kiểm tra

- RST: đầu vào reset Khi chân này ở mức cao trong 2 chu kỳ máy khi osccilator đang

hoạt động thì IC sẽ được reset

- ALE/PROG: chân cho phép chốt địa chiđưa ra xung để chốt byte địa chỉ thấp trong

quá trình truy cập bộ nhớ ngoài Chân này cũng đóng vài trò đầu vào xung chương trình PROG trong quá trình nạp chương trình Ở điều kiện bình thường, tín hiệu phát

ra từ chân này có tấn số bằng 1/6 tần số của mạch dao động trong chip và có thể được

sử dụng làm xung clock

- PSEN: chân cho phép bộ nhớ chương trình Khi AT89C51 thực thi các lệnh từ bộ

nhớ chương trình ngoài, chân này được tích cực 2 lần trong mỗi chu kỳ máy

-EA/Vpp: chân này phải nối đất để IC có thể tìm mã từ các ô nhớ chương trình ngoài

bắt đầu từ địa chỉ 0000H đến FFFFH (64Kbyte) Để IC tìm và thực thi các lệnh của chương trình trong bộ nhớ nội, chân này cần nối với Vcc Chân này cũng nhận điện ápcho phép ghi chương trình 12V trong quá trình nạp chương trình

- XTAL1: đầu vào của bộ khuếch đại dao động đảo

- XTAL2: đầu ra của bộ khuếch đại dao động đảo

b/ Tổ chức bộ nhớ

Bộ nhớ bên trong chíp 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

Vùng RAM đa mục đích: Có 80 byte, địa chỉ từ 30H đến 7FH

Bất cứ vị trí nà trong vùng RAM ta đều có thể tri xuất tự do bằng cách sử dụng định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

Ví dụ:

+ Kiểu định địa chỉ trực tiếp:

MOV A, 5FH; Đọc nội dung tại địa chỉ 5FH của RAM; vào thanh chứa A + Kiểu định địa chỉ gián tiếp: (qua các thanh ghi R0,R1)

MOV R0, #5FH; Di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0

MOV A, @R0; Di chuyển dữ liệu trỏ tới R0 vào thanh chứa A

Vùng RAM định địa chỉ

Chíp 89c52 chứa 210 vị trí định địa chỉ trong đó có 128 byte chứa trong các byte ở địa chỉ 20H đến 2FH (16 byte x 8 = 128 bits), phần còn lại chứa trong các thanh ghi chức năng đặc biệt

Công dụng:

+ Truy xuất các bits riêng lẽ thông qua các phần mềm

+ Các port có thể định địa chỉ từng bits, làm đơn giản việc giao tiếp bằng phần mềm với các thiết bị xuất nhập đơn bits

Ví dụ:

+ Set bits trực tiếp:

SETB 67H; lệnh làm nhiệm vụ set bits 67H bằng 1

+ Hoặc ta có thể sử dụng lệnh sau để set bits 67H là bits lớn nhất của byte 2CH:

MOV A,2CH ; Đọc cả byte

ORL A,#10000000B ;Tác dụng set bits

MOV 2CH,A ;Ghi trở lại cả byte

Các dãy thanh ghi:

Not bit addressable

Not bit addressable

Not bit addressable

Not bit addressable

Not bit addressable

Not bit addressable

Not bit addressable

Not bit addressable

ADD A, nguồn : cộng toán hạng nguồn vào A

ADD A,#data : cộng dữ liệu data với A

ADDC A , nguồn : cộng nguồn với A và cờ nhớ

ADDC A, #data : cộng dữ liệu với A và cờ nSUBB A, nguồn : trừ A với nguồn SUBB A, #data : Trừ A với data

INC A : Tăng nội dung thanh nghi A lên 1

DEC A : giảm nội dung thanh nghi A lên 1

INC DPTR : Tăng DPTR

MUL AB : Nhận nội dung thanh ghi A và B

DIV AB : Chia A cho B

DA A :Hiệu chỉnh thập phân thanh ghi A

SWAP A Hoán đổi 2 nửa 4 bit

MOV dest , source

MOV dest, #data

PUSH direct cất vào Stack

POP direct lấy ra từ Stack

XCH A, source Trao đổi các byte

XCHD A, @Ri trao đổi các digit thấp

ANL C, bit AND

ANL C , /bit AND NOT bit với C

ORL C, bit

ORL C, /bit

MOV C, bit

MOV bit, C

JC rel Nhảy đến Rel nếu C=1

JNC Nhảy đến Rel nếu C=0

JB bit, rel Nhảy nếu bit = 1

JNB bit, rel Nhảy nếu bit =0

JBC bit , rel Nhảy nếu bit =1 rồi xóa bit

RETI Quay về từ chương trình ngắt

AJMP addr11 Nhảy

LJMP addr16

SJMP rel

JMP @ A+DPTR

JZ rel Nhảy nếu A=0

JNZ rel Nhảy nếu A <>0

CJNE A,direct, rel so sánh và nhảy

CJNE #data, rel

CJNE Rn,#data, rel

CJNE @ Ri,# data, rel

DJNZ Rn, rel Gỉam và nhảy nếu khác 0

DJNZ direct, rel

NOP Không làm gì

d/ Hoạt động định thời

Là nột chuỗi các Flip-Flop nối tiếp nhau và tín hiệu từ nguồn xung nhịp Bộ định

thời được lập trình sao cho sẽ tràn trong một khoảng thời gian nhất định và set cờ tràn của bộ định thời =1

C/ Thanh ghi dịch 74HC595

74HC595 là một thanh ghi dịch 8 bit đầu vào nối tiếp ,có các đầu ra song song và nối tiếp , ngõ ra có các bộ đệm 3 trạng thái

Sơ đồ chân 74HC595

Sơ đồ logic của 74HC595

+ QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG,QH: là các ngõ ra song song của 74HC595

+ Chân 14 (A): đầu vào nối tiếp

+ Chân 9 (SQH) : đẩu ra nối tiếp

+ Chân 13 (Output Enable): Tích cực mức thấp, khi chân này ở mức thấp thì tín hiệu

từ bộ chốt được đưa ra đầu ra Khi nó ở mức cao thì các đầu ra song song ở trạng thái trở kháng cao Đầu ra nối tiếp không bị ảnh hưởng bởi chân này

+ Chân 12 (Latch clock): Quá trình chuyển từ mức thấp sang mức cao ở Latch clock

sẽ chốt dữ liệu được dịch trong thanh ghi dich thanh ghi dịch một nhịp vào bộ chốt+ Chân 11 (Shift Clock) : đầu vào xung nhịp, một quá trình chuyển từ mức thấp đến mức cao ở chân này sẽ dịch dữ liệu trong

+ Chân 10 (Reset) : reset không đồng bộ, tích cực mức thấp Mức thấp ở chân này sẽ reset thanh ghi dịch nhưng không reset bộ chốt lối ra

D/ Transistor quét hàng

- Transistor Polarity: PNP

- Collector Emitter Voltage V(br)ceo: 20V

- Transition Frequency Typ ft: 350MHz

- Power Dissipation Pd: 0.9W

- DC Collector Current: 1A

- DC Current Gain hFE: 240

- Transistor Case Style: TO-92

- Hfe Min: 85

E/ IC ULN2803

IC đệm ULN2803 có chức năng đệm dòng khi tín hiệu vào mức 1 ngõ ra mức 0 và ngược lại ULN2803 có dòng đệm tương đối lớn Imax=1A và thường được dùng để điều khiển động cơ bước , ma trận led … Ngõ ra của IC phải được kéo lên Vcc bằng một điện trở thanh nhằm xác định mức logic

F/ Thạch anh:

Thạch anh được gọi là băng tinh, không tan thành nước, trông trong suốt như pha lê,

có một đặc tính đáng chú ý: Nó bao giờ cũng mát lạnh khi ta cầm lên tay Bởi vậy từ xưa, để kiểm tra xem là đồ thật hay đồ giả, thợ kim hoàn thường áp nó vào má xem cólạnh không

Thạch anh điện tử: là một linh kiện làm bằng tinh thể đá thạch anh được mài phẳng vàchính xác Linh kiện thạch anh làm việc dựa trên hiệu ứng áp điện.Hiệu ứng này có tính thuận nghịch.Khi áp một điện áp vào 2 mặt của thạch anh, nó sẽ bị biến

dạng.Ngược lại, khi tạo sức ép vào 2 bề mặt đó, nó sẽ phát ra điện áp

Những tinh thể thạch anh đầu tiên được sử dụng bởi chúng có tính chất “áp điện”, có nghĩa là chúng chuyển các dao động cơ khí thành điện áp và ngược lại, chuyển các dao động cơ khí thành các xung điện áp Tính chất áp điện này được Jacques Curie phát hiện năm 1880 và từ đó chúng được sử dụng vào trong các mạch điện tử do tích

chất hữu ích này.Một đặc tính quan trọng của tinh thể thạch anh là nếu tác động bằng các dạng cơ học đến chúng (âm thanh, sóng nước ) vào tinh thể thạch anh thì chúng

sẽ tạo ra một điện áp dao động có tần số tương đương với mức độ tác động vào chúng,

do đó chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực Chẳng hạn kiểm soát những sự rung động trong các động cơ xe hơi để kiểm soát sự hoạt động của chúng

Tần số cộng hưởng của Thạch anh tùy thuộc vào hình dáng và kích thước

của nó Mỗi tinh thể thạch anh có 2 tần số cộng hưởng: tần số cộng

hưởng nối tiếp, và tần số cộng hưởng song song Hai tần số này khá gần

nhau và có trị số khá bền vững, hầu như rất ít bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường bên ngoài.Ngoài ra, hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng rất lớn, nên tổn haorất thấp

Mạch Dao động Thạch anh: cho ra tần số rất ổn định, sử dụng rất nhiều trong các đồng hồ điện tử (như đồng hồ đeo tay, đồng hồ để bàn ), trong các thiết bị đo lường điện tử (tạo xung chuẩn), trong mạch đồng bộ màu của TV, VCR, trong các thiết bị tinhọc (máy vi tính, các thiết bị nối với máy vi tính), trong các nhạc cụ điện tử như Pianođiện, organ

Mạch lọc tích cực dùng Thạch anh: sử dụng nhiều trong các mạch khuếch

đại trung tần của các máy thu thông tin liên lạc, TV, Radio Ngày nay, mọi máy tính

dù hiện đại nhất cũng vẫn sử dụng các bộ dao động tinh thể để kiểm soát các bus, xung nhịp xử lý

Ngoài tinh thể thạch anh, có những nguyên liệu khác như gốm cũng có hiệuứng áp điện.Tuy nhiên, thạch anh là dễ sử dụng, có sẵn, có tần số ổn định

và chính xác nhất Vì lý do này, thạch anh đã được sử dụng như một thành phần thiết yếu cho vô số thiết bị điện tử Thạch anh có thể chuyển đổi chínhxác sự rung chuyển cơ học thành các tín hiệu điện tử, được sử dụng như một nguồn tín hiệu liên quan đồng bộ trong nhiều loại mạch tổ hợp, những tín hiệu liên quan tới màu sắc, đồng hồ hoặc tương tự Các thiết bị ứng dụng thạch anh đóng một phần quan trọng trong xã hội hiện đại.Ngay cả trong máy tính có hiệu suất cao "cũng chỉ là một cái hộp" nếu không có các thiết bị ứng dụng thạch anh

G/ Matrix 8x8

Đây là loại led Anode chung ở hàng nên để một led sáng thì dữ liệu

ở hàng phải ở mức cao và xuất ra ở cột phải ở mức thấp Vi điều khiển

điều khiển thanh ghi dịch để lựa chọn cột sáng

Tại mỗi thời điểm chỉ có một cột được sáng, nhưng ta lợi dụng tính

chất lưu ảnh trên võng mạc để có thể hiển thị được đồng thời cả 32 cột

Tần số quét lúc này phải đảm bảo >=24 hình/s

Để led sáng đẹp và ổn định thì dòng qua led khoảng Itb =10mA

Một cột có 8 led, nghĩa là tối đa một thời điểm có 8 led sáng

Vậy dòng cần thiết cho một cột led là:

Icột= Itb x 8 x Hệ số an toàn

= 10x8x2

= 160mA

Về nguyên lý tại một thời điểm chỉ có một cột được phép sáng,

nhưng do ta quét nhanh nên sẽ cảm thấy tất cả các cột đều sáng, thời gian

sáng 1 cột chỉ là 1/32 chu kỳ quét Để đảm bào mắt người nhìn thấy các

led sáng không bị nhấp nháy thì dòng cung cấp cho một led cần gấp 32

lần dòng trung bình để chia đều khoảng thời gian nó không được chiếu

Nội dung cần hiển thị được nạp trước vào trong bộ nhớ của vi điều khiển trong

quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển Mỗi khi cần thay đổi nội dung hiển thị

cần nạp lại chương trình cho vi điều khiển

III Lưu đồ thuật toán và chương trình

1.Lưu đồ

Sai

Số lần dịch = số cột sai sai Đúng Đúng

Chương trình chính

Khởi tạo hệ thống Hiển thị Hiển thị

Con trỏ dữ liệu

Con trỏ dữ liệu về đầu

unsigned char code string[22] = {"Truong CD KTKT Phu Lam"};

unsigned char code string2[32] = {"Van Loc - Trung Thanh - Van Thoa"};

unsigned char code string3[42] = {"Mach Quang Bao hien thi thong tin da

luong"};

unsigned char buffer[25];

unsigned int code ha[8] = {1,2,4,8,16,32,64,128};

int n=22,n2=32,n3=42; //so ki tu hien thi

int cd = 1;

void delay() {

TH0=0xFB;

TL0=0x00;