báo cáo thiết kế mạch led trái tim sử dụng IC 89c52

Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật bộ nhớ không bốc hơi mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp trong hệ thống bởi một lập trình viên bình thường.. Nế

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

I Mục tiêu và phương án thiết kế 4

1 Mục tiêu 4

2 Phương án thiết kế 4

II Cơ sở lý thuyết và linh kiện 5

1 Sơ đồ nguyên lý 5

a Mạch điều khiển dùng 89C52 5

b Mạch chuyển tiếp, chốt và dịch dữ liệu( IC 74HC595) 6

c Nguyên lý hoạt động 6

2 Các linh kiên trong mạch 12

a Vi điều khiển AT89C52 12

b IC 74HC595 16

c Điện trở: 17

d Tụ điện: 18

e LED: 19

f Thạch anh: 20

III Thiết kế mạch in và lắp ráp mạch 21

1 Mạch in 21

a Board mạch điều khiển chủ 21

b Board mạch chuyển tiếp, chốt và dịch dữ liệu( IC 74HC595) 22

2 Lắp ráp mạch 23

a Mạch điều khiển chủ 23

b Mạch chuyển tiếp, chốt và dịch dữ liệu( IC 74HC595) 25

c Bảng LED 27

3 Kiểm tra hoạt động của mạch 29

IV Kết luận và hướng phát triển của đề tài 31

1 Kết luận 31

2 Hướng phát triển của đề tài 31

PHỤ LỤC 32

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khi cuộc sống ngày càng phát triển thì các nhu cầu của con người cũng tăng lên theo từng ngày Trong các nhu cầu đó có nhu cầu làm đẹp, làm đẹp không chỉ riêng cho người mà còn làm đẹp cho các hiện vật xung quanh như nhà, xe,

Khi đi trên các con phố, chúng ta dễ dàng thấy rất nhiều các cửa hàng, cửa hiệu với các bảng quảng cáo bằng đèn LED với nhiều hiệu ứng rất đẹp mắt, ấn tượng Tại sao những bảng LED đó lại có thể chạy đẹp được như vậy và liệu mình

có thể làm được nó không? Xuất phát từ câu hỏi trên và nhu cầu muốn thử sức, thử tài của mình, nhóm chúng em đã lựa chọn và hoàn thành đề tài " Thiết kế mạch trái tim chạy 32 led và dòng chữ "T36" sáng nhấp nháy theo nhiều hiệu ứng khác nhau"

Trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế do kinh nghiệm, kiến thức và khả năng của mỗi thành viên còn nhiều hạn chế, nên nhóm chúng em không tránh khỏi những khuyết điểm, thiếu sót Nhóm chúng em rất mong nhận được các ý kiến đánh giá của thầy, cô giáo để chúng em có thể hiểu sâu hơn về lĩnh vực này

Nhóm chúng em xin chần thành cám ơn!

I Mục tiêu và phương án thiết kế

 Nguồn cung cấp: cấp nguồn ổn định 5VDC cho mạch hoạt động

 Khối điều khiền: Là IC AT89C52 được lập trình để điều khiển toàn mạch

 Thanh ghi dịch: Là IC 74HC595 có chức năng dịch và chốt dữ liệu để đưa ra hiển thị

 Khối hiển thị: Hiển thị trái tim 32 LED và dòng chữ “T36” sáng nhấp nháy nhiều hiệu ứng

II Cơ sở lý thuyết và linh kiện

1 Sơ đồ nguyên lý

a Mạch điều khiển dùng 89C52

b Mạch chuyển tiếp, chốt và dịch dữ liệu( IC 74HC595)

//code chuyển dữ liệu sang IC 74HC595//

void dich(unsigned char x)

void dich3(unsigned char a,unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)

unsigned char code led1[]={0xaa,0x55};

unsigned char code led2[]={0x55,0xaa};

void tat2nuatrenxuong()

{

int j,x;

unsigned char code led1[]

unsigned char code led1[]={0x01, 0x03, 0x07, 0x0f, 0x1f, 0x3f, 0x7f, 0xff, 0xff};

//chuong trinh chinh//

2 Các linh kiên trong mạch

a Vi điều khiển AT89C52

AT89C52 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS, chất lượng cao, công suất thấp với 8 KB Flash (Flash programmable and erasable read only memory) Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật bộ nhớ không bốc hơi mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp

trong hệ thống bởi một lập trình viên bình thường Bằng cách nối một CPU 8 bit với một Flash trên một chip đơn, ATMEL AT89C52 là một vi điều khiển mạnh (có công suất lớn) mà nó cung cấp một sự linh động cao và giải pháp về giá cả đối với nhiều ứng dụng vi điều khiển

Các đặc điểm chủ yếu như sau:

 Tương thích hoàn toàn với họ MCS-51 của Intel

 Bộ nhớ chương trình bên trong: 8 KB thuộc loại Flash Memory

 Giao tiếp nối tiếp

 3 bộ định thời 16 bit

 256 byte ngoài

 32 đường I/O lập trình được (4 port)

 64 KB vùng nhớ mã ngoài

 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài

Sơ đồ cấu tạo chân AT89C52

Sơ đồ khối AT89C52

Mô tả chức năng các chân

 Vcc: Áp nguồn

 GND: Đất

 Port 0: là một port I/O 8bit hai chiều, cực máng hở Khi xuất ra, mỗi chân port có thể lái 8 đầu vào TTL Nếu ghi các mức 1 ra của các chân port thì các chân này có thể dùng như các đầu vào trở kháng cao

 Port 1: Là một port I/O 8bit hai chiều có pullup nội Đầu ra port 1 có thể lái 4 đầu vào TTL Khi viết các mức 1 ra các chân port thì chúng được kéo lên do có điện trở nội và có thể dùng làm đầu vào Khi đóng vai trò là cổng nhập, những chân của port 1 bị kéo xuống thấp sẽ đổ dòng vì có nội trở kéo lên Hơn nữa, P1.0 và P1.1 có thể được dùng như đầu vào bộ đếm timer/counter 2 bên ngoài (P1.0/T2) và xung kích (P1.1/T2EX).Port 1 cũng nhận những byte địa chỉ thấp trong khi lập trình Flash và trong khi kiểm tra Flash

khiển trực tiếp)

 Port 2: Là một port I/O 8bit hai chiều có pullup nội Đầu ra port 2 có thể lái 4 đầu vào TTL Khi viết các mức 1 ra các chân port thì chúng được kéo lên do có điện trở nội và có thể dùng làm đầu vào Khi đóng vai trò là cổng nhập, những chân của port 2 bị kéo xuống thấp sẽ đổ dòng vì có nội trở kéo lên

 Port 3: Là một port I/O 8bit hai chiều có pullup nội Đầu ra port 3 có thể lái 4 đầu vào TTL Khi viết các mức 1 ra các chân port thì chúng được kéo lên do có điện trở nội và có thể dùng làm đầu vào Khi đóng vai trò là cổng nhập, những chân của port 3 bị kéo xuống thấp sẽ đổ dòng vì có nội trở kéo lên.Port 3 cũng có chức năng của họ MSC-51 được liệt kê ở bảng sau:

P3.3 𝐼𝑁𝑇1̅̅̅̅̅̅̅ B3H Ngắt ngoài 1

Port 3 cũng nhận vài tín hiệu điều khiển trong lúc lập trình Flash và trong lúc kiểm tra Flash

 RST: là ngõ vào Reset Khi ngõ này được đưa lên cao (trong ít nhất hai chu kỳ máy), các thanh ghi bên trong AT89C52 được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống

byte địa chỉ thấp khi truy nhập bộ nhớ ngoài.Chân này còn là ngõ vào của xung lập trình (PROG) khi lập trình Flash

 EA: Tích cực mức thấp, chạy chương trình ROM ngoài.Tích cực mức cao, chạy chương trình ROM nội

 XTAL1: Đầu vào của bộ khuếch đại dao động đảo và cũng là đầu vào đến mạch tạp xung clock nội

 XTAL2: Đầu ra của bộ khuếch đại dao động đảo

Để lái vi điều khiển từ nguồn xung clock bên ngoài, XTAL2 phải được để trống trong khi XTAL1 nối đến nguồn lái Không có yêu cầu gì về duty cycle nhưng phải chú ý đến thời gian tối đa và tối thiểu của mức điện áp cao cũng như mức điện áp thấp

Nguyên lý hoạt động của IC AT89C52

Hoạt động của hệ vi xử lý AT89C52 là thực hiện các lệnh theo thứ tự của tập lệnh đã cài đặt trong bộ nhớ của hệ thống hoặc thực hiện theo lệnh điều khiển của

Cũng giống như bất kỳ tập lệnh cho các bộ vi xử lý khác, mỗi lệnh của vi xử

lý AT89C52 cũng được xử lý theo chu kỳ lệnh gồm hai giai đoạn là giai đoạn gọi lệnh và giai đoạn thực hiện lệnh Mỗi lệnh gồm hai phần, phần thứ nhất là mã lệnh (opcode), phần thứ hai là toán hạng (operand)

Giai đoạn gọi lệnh: Giai đoạn đầu tiên của quá trình xử lý lệnh là giai đoạn gọi lệnh từ bộ nhớ chương trình Nội dung thanh ghi con trỏ chương trình PC chính là địa chỉ của lệnh cần xử lý được xuất ra theo kênh địa chỉ để xác định ngăn nhớ chứa byte mã lệnh cần đưa vào CPU của hệ Với vi xử lý AT89C52, truy xuất

bộ nhớ chương trình là nội chú thì byte mã lệnh sẽ trực tiếp được xuất ra theo kênh dữ liệu để chuyển tới thanh ghi lệnh Khi được truy cập, byte mã lệnh từ bộ nhớ chương trình được xuất ra theo kênh dữ liệu, qua cổng P0 và qua chốt cổng 0

để chuyển vào thanh ghi lệnh Byte mã lệnh từ thanh ghi lệnh được chuyển sang

bộ giải mã lệnh để xác định ý nghĩa của lệnh và độ dài của câu lệnh, nhờ đó mà khối điều khiển và đồng bộ sẽ xác định công việc mà vi xử lý AT89C52 phải thực hiện tiếp theo

Giai đoạn thực hiện lệnh: Giai đoạn thứ 2 của quá trình xử lý một lệnh là giai đoạn thực hiện lệnh Các lệnh khác nhau sẽ có nguyên lý thực hiện khác nhau.Phương thức thực hiện lệnh, thời điểm và khoảng thời gian thực hiện lệnh tùy thuộc vào ý nghĩa và chức năng của từng lệnh

Chức năng trong mạch: Là vi điều khiển chính, điều khiển hoàn toàn quá

trình của mạch

b IC 74HC595

IC74HC595 là IC dịch 8bit kết hợp chốt dữ liệu, đầu vào nối tiếp dầu ra song song Nó thường dùng trong các mạch quét led 7, led matrix để tiết kiệm số chân VDK tối đa (3 chân).Có thể mở rộng số chân vi điều khiển bao nhiêu tùy thích

mà không IC nào có thể làm được bằng việc mắc nối tiếp đầu vào dữ liệu các IC

Khái niệm dịch và chốt:

Dịch có thể hiểu là đặt tính ngõ vào nối tiếp của IC, có thể hiểu đơn giản là

ta có thể đưa lần lượt nhiều giá trị logic vào 1 ngõ vào của IC đó để nó lưu vào bộ nhớ chờ đến khi có lệnh xử lý.Có thể hiểu ngõ vào nối tiếp tức là các giá trị được nạp vào IC một cách từ từ ở những thời điểm khác nhau trên cùng một ngõ vào, còn nếu nói song song thì có nghĩa là sẽ có nhiều ngõ vào và các giá trị sẽ được nạp vào IC cùng một lúc.Đối với ngõ ra thì thuật ngữ này cũng được hiểu theo nghã tương tự

Chốt: Là khi thỏa mãn một điều kiện nào đó nó sẽ cho phép IC giữ nguyên giá trị ngõ ra, không cho nó thay đổi mặc dù tín hiệu ngõ vào có thay đổi thế nào

Sơ đồ chân:

Chức năng các chân:

 Chân 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 15: Xuất dữ liệu khi chân 13 tích cực ở mức thấp

và có một xung tích cực ở sườn âm tại chân chốt 12

 Chân 9: Chân dữ liệu nối tiếp Nếu dùng nhiều IC 74HC595 mắc nối tiếp nhau thì chân này được đưa vào đầu của IC 74HC595 tiếp theo khi

 Chân 13: Chân cho phép tích cực ở mức thấp (0).Khi ở mức cao, tất cả các đầu ra của 75HC595 trở về trạng thái cao trở, không đầu ra nào được cho phép

 Chân 14 (DS):Đầu vào dữ liệu nối tiếp.Tại một thời điểm xung clock chỉ đưa vào được 1 bit

Chức năng trong mạch: nhận dữ liệu từ IC AT89C52 để thực hiện dịch và

cho hiển thị ra LED

 Phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và đầu vào của bộ khuếch đại, giữa đầu ra của bộ khuếch đại và tải, hay giữa đầu ra của tầng khuếch đại trước và đầu vào của tầng khuếch đại sau

Hình dạng thực tế:

Tác dụng trong mạch: Điện trở dùng để hạn áp cấp cho khối hiển thị

d Tụ điện:

Gồm 2 bản cực làm bằng chất dẫn điện được đặt song song với nhau, ở giữa

là lớp cách điện gọi là chất điện môi (giấy tẩm dầu, mica hay gốm, không khí) Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện (tụ giấy, tụ dầu, tụ gốm hay tụ không khí)

Ứng dụng:

 Ghép tầng: Ngăn thành phần một chiều, chỉ cho thành phần xoay chiều

đi qua Cách ly các tầng về thành phần một chiều, đảm bảo điều kiện hoạt động độc lập của từng tầng trong chế độ một chiều

 Tụ thoát: Loại bỏ tín hiệu không hữu ích xuống đất

 Tụ lọc: Dùng trong các mạch lọc

 Tụ cộng hưởng: Dùng trong mạch cộng hưởng LC để chọn tần

Ngoài ra tụ chó tính chất tích và phóng điện nên được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu để là phẳng điện áp một chiều

Tác dụng trong mạch: kết hợp với thạch anh để tạo giao động nội cho IC

AT89C52

e LED:

LED (Light Emitting Diode - Diode phát quang) là đi-ốt có khả năng phát ra ánh sang hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như đi-ốt, LED được cấu tọa

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

Nguyên lý hoạt động của LED:

Hoạt động của LED giống với nhiều loại đi-ốt bán dẫn Khối bán dẫn loại p chứa nhiều 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 trống này có xu hướng chuyển động khuếch 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 điện tử, thừa lỗ trống)

Ở biên giới hai bên mặt tiếp xúc, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên

tử trung hòa Qúa trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện tử có bước sóng gần đó)

Hình ảnh thực tế

f Thạch anh:

Thạch anh là một linh kiện điện tử làm bằng tinh thể đá thạch anh được mài phẳng và chính xác Thạch anh làm việc dựa trên hiệu ứng áp điện Hiệu ứng này

có tính chất thuận nghịch tức là khi áp một điện áp vào hai mặt của thạch anh, nó

sẽ bị biến dạng Ngược lại, khi tạo sức ép vào hai bề mặt đó, nó sẽ phát ra điện Xung giữ nhịp từ mạch thạch anh bên ngoài: Dùng xung nội có nhược điểm

là tần số xung đã được giữ cố định trong 4 mức và tần số cao nhất có thể đạt là 8MHz trong khi AVR cho phép làm việc ở 16MHz, mặt khác sai số cũng tương đối lớn khi dùng xung nội, dùng thạch anh để tạo xung giữ nhịp là một giải pháp tốt vì nó cho ra tần số rất ổn định Tần số của thạch anh tạo ra ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn các mạch dao động RC Trong vi điều khiển bắt buộc phải có thạch anh vì khi xem xét chi tiết thì vi điều khiển có CPU, timer, CPU bao gồm các mạch logic và mạch logic muốn hoạt động cũng cần có xung clock, còn timer thì cũng cần có xung để đếm

III Thiết kế mạch in và lắp ráp mạch

1 Mạch in

Dựa trên sơ đồ nguyên lý, mạch in cũng được thiết kế thành 2 phần là board mạch điều khiển chủ(CPU) và board mạch của thanh ghi dịch

a Board mạch điều khiển chủ

Mạch in sau khi thiết kế

Sơ đồ lắp ráp của mạch điều khiển chủ dùng AT89C52

b Board mạch chuyển tiếp, chốt và dịch dữ liệu( IC 74HC595)

Sơ đồ mạch in sau khi thiết kế

2 Lắp ráp mạch

a Mạch điều khiển chủ

Mặt trươc của mạch sau khi lắp xong

Mặt sau của mạch sau khi hàn các linh kiện đầy đủ

b Mạch chuyển tiếp, chốt và dịch dữ liệu( IC 74HC595)

Mặt trước của mạch đã lắp linh kiện

Mặt sau của mạch sau khi hàn các linh kiện

c Bảng LED

Bảng LED được thiết kế

Các chân dương của LED được nối với nhau và nối với Vcc, các chân âm của

LED được nối với điện trở 330 Ohm và nối với đầu ra của IC

3 Kiểm tra hoạt động của mạch

Mạch hoạt động bình thường(tất cả các led đều sáng)

Các đèn LED đang nhấp nháy theo hiệu ứng đã được lập trình

IV Kết luận và hướng phát triển của đề tài

1 Kết luận

Qua tìm hiểu và thiết kế mạch trái tim 32 LED với dòng chữ “T36” sáng nhấp nháy theo nhiều hiệu ứng khác nhau, nhóm chúng em rút ra được những bài học cơ bản sau đây:

Mạch sau khi được thiết kế và lắp đặt đã chạy được nhiều hiệu ứng khác nhau theo code được lập trình trước cho IC 89C52

2 Hướng phát triển của đề tài

Với sự đa năng của IC 89C52 kết hợp với thanh ghi dịch là IC 74HC595, mạch của nhóm chúng em sau khi được thiết kế, lắp đặt đã hoạt động tốt Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên nhóm chúng em chưa khai thác hết các chức năng của chúng Mạch của nhóm chúng em có thể phát triển lên quy mô lớn hơn theo các hướng sau đây:

dạng hơn