ĐỒ án VI xử lý LED CUBE 5x5x5

Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp.. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI - Điện tử là một trong những lĩnh vực rất phát tri

TRƯỜNG CĐKT LÝ TỰ TRỌNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Nguyễn Văn Hải

Nguyễn Hữu Thoại Khanh

LỚP: 11CĐ - ĐT1

TP HCM,Tháng 11 Năm 2013

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2

Lời cảm ơn 3

Lời nói đầu 4

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 5

I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 5

II. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU 5

III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 5

V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN 6

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6

II. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH 6

III.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 7

IV.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 8

V.SƠ ĐỒ MẠCH IN 8

VI. GIỚI THIỆU LINH KIỆN 9

VII. CHƯƠNG TRÌNH CODE CUBE 5X5X5 18

VIII. THI CÔNG MẠCH 27

CHƯƠNG III KẾT QUẢ 31

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 32

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.

Chữ ký của giáo viên hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị

Tố Nga cùng quý thầy cô bộ môn khoa Điện-Điện Tử Trường Cao

Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự Trọng Thành Phố Hồ Chí Minh.

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em gặp không ít những khó khăn khi thực hiện và thi công mạch về phần cứng cũng như về phần mềm Nhưng được sự hướng dẫn và chí dạy nhiệt tình của quý thầy cô đã giúp chúng em khắc phục được những thiếu sót đó và có thể hoàn thành được đề tài.

Kế đó xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp đã giúp đỡ nhóm hoàn thành đồ án !.

TP HCM, tháng 11 năm 2013

Nhóm SV thực hiện:

Trần Lợi

Đặng Xuân Bắc

Nguyễn Văn Hải

Nguyễn Hữu Thoại Khanh

Xuân Vinh

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật và trong dân dụng Các bộ vi điều khiển có khả năng xử

lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã

thay thế các tủ điều khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng.

Vi điều khiển không những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà còn góp phần to lớn vào việc phát triển thông tin Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển là điều mà các sinh viên ngành điện mà đặc biệt là chuyên ngành kỹ thuật điện - điện tử phải hết sức quan tâm Đó chính là một nhu cầu cần thiết và cấp bách đối với mỗi sinh viên, đề tài này được thực hiện chính là đáp ứng nhu cầu đó Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp Phần công việc xử lý chính vẫn phụ thuộc vào con người, đó chính là chương trình hay phần mềm Do vậy khi nói đến vi điều khiển cũng giống như máy tính bao gồm 2 phần là phần cứng và phần mềm.

Từ yêu cầu của môn học trên, chúng em quyết định chọn đề tài cho

đồ án môn học là: “ MẠCH CUBE 5x5x5 ”.

Đồ án này do cô Tố Nga giảng viên trường CĐKT Lý Tự Trọng hường dẫn Trong quá trình thực hiện đề tài vẫn còn nhiều sai sót, mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ Thầy Cô và các bạn.

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ

I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Điện tử là một trong những lĩnh vực rất phát triển và đánh giá được tốc độphát triển về kinh tế cũng như khoa học kĩ thuật của một đất nước Việcphát triển, chế tạo các lọai Chip, các lọai IC tích hợp thông dụng, có ứngdụng nhiều trong thực tế có vai trò to lớn trong quá trình phát triển Vi Xử

Lý ngày càng quan trọng Ở Việt Nam công nghệ chế tạo các lọai Chip viđiều khiển, các công nghệ tích hợp IC chưa được chú trọng phát triển, phầnlớn còn ứng dụng và phụ thuộc nhiều vào các công nghệ tiên tiến của cácnước phát triển như: Mỹ, Nhật Bản …

- Vì vậy việc học tập và nghiên cứu về Vi Xử Lý có ý nghĩa quan trọng đốivới sinh viên hiện nay

II. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU

- Giúp cho sinh viên hiểu thêm về lập trình khối led 3d

- Giúp cho sinh viên hiểu về tầm quan trọng của Vi Xử Lý trong cuộc sốnghiện nay

III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Tại các trường đại học, cao đẳng trong TP.HCM

- Thời gian 2 đến 3 tháng

IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đồ án môn học nói riêng và các môn học chuyênngành Điện tử nói chung là các sinh viên theo học, tìm hiểu và nghiên cứutrong lĩnh vực Điện tử, đồng thời là tất cả những người yêu thích chuyênngành Điện tử, vì đây là môn học cơ bản làm nền tảng, trang bị kiến thứccho người học để có thể tự tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu học tập cho cácmôn học tiếp theo, đồng thời cũng cố kiến thức các môn học đã được họctrong thời gian theo học tại trường

V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm,dựa trên cơ sở nghiên cứu trước đây

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

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

- CUBE 5x5x5 là một khối led 3d được ghép bởi 125 bóng led Ta chia 125

bóng led thành 5 mảng bằng nhau, mỗi mảng được ghép bởi 25 bóng led

(cực âm được nối chung với nhau )

II. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH

III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

NGUỒN 12VDC

P0.6

P0.1 – P0.4

P2.0 – P2.7 P3.0 – P3.7

IC LM7805

25

IV. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

- Khi ta cấp nguồn cho vi xử lí thì vi xử lí sẽ hoạt động Nó sẽ tích cực vàcấp nguồn cho các chân của vi xử lí Mạch sẽ hoạt động theo chế độ đãđịnh sẵn

- LED CUBE 5x5x5 được tạo thành từ 125 bóng LED, xếp thành 5 lớp, mỗilớp 25 bóng Điều đặt biệt là ta không dùng 125 mối nối để thắp sáng từngbóng mà thay vào đó, ta mắc chung các chân anode của 25 bóng trên 1 lớplại với nhau và mắc chung 5 chân cathode để tạo thành cột (có 25 cột)

- Để cho 1 led bất kỳ bật sáng, đầu tiên ta nối chân anode chung của lớp vớiđiểm có điện thế cao, khi đó 25 bóng led sẽ có chân anode được gắn vớiđiểm điện thế cao, việc còn lại là nối điểm điện thế thấp cho chân cathodecủa bóng led nào cần thắp sáng

- Việc cấp điện thế cao cho các lớp được thực hiện bởi 5 transistor PNP 5Transistor này được điều khiển bởi 5 chân IO của vi điều khiển và đượcphân cực ở vùng bão hòa và vùng ngưng tương ứng với mức logic 0 và 1(ngược mức logic với chân IO của vi điều khiển) Việc cấp điện thế thấpcho các cột được thực hiện bởi 25 chân IO của vi điều khiển, do không cótransistor để nhận dòng nên khi khi tính toán điện trở hạn dòng cho led phảilưu ý đến khả năng nhận dòng của chân IO vi điều khiển (thông số IOLkhoảng 200mA là tối đa) Ở thời điểm nào đó, mỗi chân này phải nhậndòng từ 5 bóng led của 1 cột Sơ đồ nguyên lý 5 hàng và 25 cột

1. Tổng quan về IC 89C51

AT89C51 là phiên bản 8051 có ROM trên chip là bộ nhớ Flash Phiên bảnnày rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vi bộ nhớ Flash có thể xóa được trongvài giây

AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản suất, chế tạo theo công nghệ CMOS

 128 Bytes RAM nội

 4 Port xuất nhập I/O 8bit

(Power- Ngoài ra, một số IC khác của họ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3 và

256 byte RAM nội

 Cấu trúc bên trong của 89C51

Hình: Cấu trúc bên trong IC 89C51

+ Thành phần chính của vi điều khiển AT89C51 là bộ xử lý trung tâm haycòn gọi là CPU (Central Processing unit) CPU bao gồm:

 Thanh ghi tích lũy A

 Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia

 Đơn vị logic học ALU (Arithmetric Logical Unit)

 Từ trạng thái chương trình PSW (Program Status Word)

 4 bank thanh ghi

 Con trỏ ngăn xếp

 Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiểnthời gian và logic.

+ Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động

+ Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ởbên trong Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm địnhthời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp

+ Hai bộ định thời 16bit hoạt động như một bộ đếm

+ Các cổng (Port 0, Port 1, Port 2, Port 3) được sử dụng vào mục đích điềukhiển Ở cổng Port 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đối với một

bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đấu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắtdẫn bên ngoài

+ Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ,làm việc độc lập với nhau Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong dãyrộng và được ấn định bằng một bộ định thời

+ Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trong khác là bộ nhớ vàcác thanh ghi

 Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ dữ liệu

Port 0 là port có 2 chức năng:

Chức năng I/O (xuất/nhập): dùng cho

các thiết kế nhỏ Tuy nhiên khi dùng chức

năng này thì Port 0 phải dùng thêm các điện

trở kéo lên, giá trị của điện trở phụ thuộc vào

thành phần kết nối với Port

Chức năng địa chỉ/dữ liệu đa hợp: khi

dùng các thiết kế lớn, đòi hỏi phải sử dụng

bộ nhớ ngoài thì Port 0 vừa là bus dữ liệu

(8bit) vừa là bus địa chỉ (8bit thấp)

Hình: Sơ đồ chân IC 89C51

a) Port 1: chân 1-8 (P1.0…P1.7)

Port 1 có một chức năng là IO Có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

b) Port 2: chân 21-28 (P2.0…P2.7)

Port 2 có 2 chức năng Được dùng như các đường xuất nhập hoặc byte caocủa bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng

c) Port 3: chân 10-17 (P3.0…P3.7)

Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên

hệ với các đặc tính dặt biệt của 89C51 như ở bản sau:

P3.0 RxD Ngõ vào port nối tiếp

P3.1 TxD Ngõ ra port nối tiếp

P3.2 INT0 Ngắt ngoài 0

P3.3 INT1 Ngắt ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào của bộ định thời 0

P3.5 T1 Ngõ vào của bộ định thời 1

P3.6 WR Tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc từ bộ nhớ dữ liệu ngoài

trừ trường hợp 2 tác động của PSEN bị bỏ qua cho mỗi truy suất bộ nhớ dữ liệungoài.

f) ALE/PROG (Address Latch Enable/Program): chân 30

Xung của ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE cho phép chốt byte thấp của địachỉ trong thời gian truy suất bộ nhớ ngoài Chân này cũng được làm ngõ vào xunglập trình(PROG)trong thời gian lập trình Flash

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chípvà cóthể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống xung này có thểcấm bằng cách set bit 0 của SFR tại địa chỉ 8EH lên 1 Khi đó, ALE chỉ có tácdụng khi dùng lệnh MOVX hay MOVC

g) EA/VPP (External Access): chân 31

EA dùng để cho phép thực thi chương trình từ ROM ngoài Khi nối chân 31với Vcc, AT89C51 sẽ thực thi chương trình từ ROM nội (tối đa 8KB), ngược lạithì thực thi chương trình từ ROM ngoài (tối đa 64KB)

Ngoài ra, chân EA được lấp làm chân cấp nguồn 12V khi lập trình cho ROM

Thạch anh là một loại linh kiện làm bằng tinh thể đá thạch anh được màiphẳng và chính xác.

3. Tụ Điện

Có hai loại chính tụ không phân cực và tụ phân cực

a) Tụ không phân cực như tụ gốm, tụ giấy, tụ mica

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47

µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số caohoặc mạch lọc nhiễu

Hình: Tụ không phân cực

b) Tụ có phân cực như tụ hóa

Tụ hóa được gắn đầu âm vào chân Reset, đầu dương nối lên nguồn Khi cấpđiện cho mạch, tụ sẽ phóng điện khiến chân Reset bật lên mức cao, khi đó toàn bộ

hệ thống sẽ được nạp lại từ đầu Khi đang vận hành thì tụ hóa ngăn dòng đi vàochân Reset Tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng

để lọc nguồn, tụ hoá thường có hình trụ

Hình : Tụ Hóa

4. Điện Trở

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của mộtvật 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 Hạn chế hoặc điều chỉnh dòng điện và phânchia điện áp trong mạch

Hình : Transistor A1015

6. IC LM7805

IC LM7805 là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra, với điềukiện đầu vào luôn luôn > đầu ra 3V IC LM7805 trong mạch có nhiệm vụ ổn địnhdòng cho IC, chỉ cho điện áp 5v qua để cấp nguồn cho IC chạy ổn định.

Chân 1 (Vin): Chân nguồn đầu vào

Chân 2 (GND): Chân nối đất

Chân 3 (Vout): Chân nguồn đầu ra

1 Dụng cụ sử dụng

- Mạch in, thuốc ngâm mạch

- Cưa, dũa, giấy nhám, nhíp

- Bút vẽ mạch, thước, bút chì

- Chì hàn, nhựa thông pha xăng

- Đồng hồ đo VOM, mỏ hàn, đế gác mạch để hàn linh kiện

- Linh kiện theo sơ đồ mạch

- Đế gắn khối LED cube 5x5x5

2 Quá trình thi công:

a. Phần mạch

Sau khi vẽ mạch xong trên máy tiến hành in ra giấy và dán lên mạch đồng.Mạch đồng khô tiến hành nhâm thuốc, xong rửa lại ta được mạch đồng sơ đồ hoànchỉnh.Để đảm bảo mạch hoạt động tốt ta tiến hành kiểm tra bằng VOM nhằm pháthiện hở mạch, dính mạch Để gắn linh kiện lên ta tiến hành khoanh lỗ Và đểmạch được chống oxi hóa tốt ta quét nhựa thông

Sau khi mạch đồng có đường mạch và khoanh lỗ hoàn chỉnh ta coi sơ đồ

nguyến lý và tiến hành gắn các linh kiện lên mạch in

b. Phần khối Led

Chọn Led:Tùy vào mỗi người mà chọn màu sắc led khác nhau , nhưng cần phảichú ý điện áp của từng led khác nhau mà tính toán giá trị của điện trở Led thườngđược chọn là led vỏ đục đảm bảo độ phát sáng ra xung quanh tốt nhất

 Tạo khung Led: Tham khảo cách làm của các trang web thấy phương phápđược sử dụng nhiều thường là làm khuôn xong khoan lỗ vừa bóng led sau

đó hàn dây Với cách làm này đảm bảo các led thẳng nhau tránh chạm chập Khuôn ở đây có thể dùng gỗ ép

 Sau khi có khung xong ta tiến hành bẻ chân led như sau anot là chân dài hơn

ta bẻ vuông góc ,chân katot giữ nguyên sau khi bẻ ta tiến hành hàn led Hàn

đủ 25 led ta được 1 lớp thứ nhất

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN

1. Lời kết

Đồ án môn học là một bài tập lớn, một thử thách đối với sinh viên, tuy nhiênvới đồ án môn học này giúp cho sinh viên vận dụng một cách cụ thể kiến thức củamình đã học một cách sáng tạo và làm quen dần với cách học tự nghiên cứu, họctập và làm việc với nhóm để nghiên cứu và thực hiện đồ án một cách tốt nhất.Hơn thế nữa,đồ án môn học một còn giúp sinh viên quen dần với cách làm các đồ

án tốt nghiệp sau này

Xin chân thành cẩm ơn sự nhận xét, đánh giá của các thầy cô và sự hướng dẫntận tình của cô Nguyễn Thị Tố Nga

2. Phân chia công việc

Tên Thành Viên Nhóm Công Việc

Đặng Xuân Bắc Lập trình code

Trần lợi Làm word & in sách

Nguyễn Hữu Thoại Khanh Hàn khối LED 5x5x5

Nguyễn Văn Hải Ráp mạch điều khiển

3.Tài liệu tham khảo:

 89s52.htm

http://machdientu.net/mach-tong-hop/huong-dan-lam-led-cube-5x5x5-voi- 5x5x5-voi-89s52.html

http://hoclamquangcaoled.blogspot.com/2013/07/huong-dan-lam-led-cube- x%C6%B0%CC%89-ly%CC%81-thi%E1%BA%BFt-k%E1%BA%BF-m

http://www.doko.vn/tim-kiem/tu-khoa/%C4%91%E1%BB%93-%C3%A1n-vi-%E1%BA%A1ch-led-cube-5x5x5