THIẾT kế , CHẾ tạo BẢNG THÔNG TIN điện tử

Ví dụ nh : hệ thống quang báo của chúng em chỉ có thể, thể hiện nhng nội dung theo chủ đề có trớc, còn những nội dung mà thay đổi theo từng ngày thì không thể hiển thị đợc, nếu muốn hiển

Lời nói đầu

mà thông tin đã và đang trở thành lực lợng sản xuất trực tiếp trong nền sản xuất của kỉ nguyên mới

ở nớc ta hiện nay, kĩ thuật vi điều tuy mới xuất hiện xong đã và đang là công cụ đuợc ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực tự động hoá Nó phát triển nhanh chóng , đã mang lại những thay đổi to lớn trong công nghệ cũng

nh trong đời sống hàng ngày Việc các máy móc thiết bị trở lên linh họat hơn, thông minh hơn và làm việc với năng suốt cao hơn là ví dụ minh chứng cho sự hiệu quả trong ứng dụng của vi điều khiển.

Với những u điểm hơn hẳn của vi điều khiển chúng em đã ứng dụng thực hiện nhiệm vụ thiết kế , chế tạo Bảng thông tin điện tử, một ứng dụng của vi

điều khiển trong lĩnh vực quảng cáo Với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy: Bạch Hng Trờng và thầy:Đặng Văn Khanh cùng các thầy cô giáo trong khoa Điện_Điện Tử , đến nay chúng em đã hoàn thành tốt nhiệm vụ đợc giao Trong quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong có sự góp ý quý báu của các thầy cô giáo cùng các bạn sinh viên để chúng em có thể thực hiện đồ án hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội , Ngày tháng năm

****************************************************************************

NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn 1

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

****************************************************************************

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Gi¸o viªn híng dÉn 1 B¹ch Hng Trêng

****************************************************************************

NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn 2

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

****************************************************************************

II Nội dung đề tài

1 Cấu trúc họ vi điều khiển 89c51

1.1 Giới thiệu chung

I Giới thiệu đề tài

1 ý tởng sáng tạo.

Một lần đi chơi em có gặp một hệ thống quang báo trên một chuyến xe khách, nhìn nó rất nhỏ nhng có thể hiện đợc rất nhiều thông tin thay cho việc quang cáo mất rất nhiều kinh phí mà nhìn thì rất hay Và từ đó em rất muốn làm một hệ thống quang báo giống nh vậy.

Em đã mong tới một ngày em sẽ làm đợc một hệ thống quang báo

mạnh dạn đa ra ý tởng của mình và đợc sự đồng tình của các thầy cô trong khoa em dã có dịp để thực hiên ý tởng của mình.

- Thiết kế , chế tạo hệ thống quang báo sử dụng led ma trận 8x8.

- Lắp đặt hệ thống và hoàn thiện bảng quang báo

2 Khả năng ứng dụng

- Hiển thị nhiều thông tin theo chủ đề đã lập trình trớc.

- Tự động thay đổi thông tin theo thời gian định trớc ( các ngày lễ, tết …)

- Thay đổi thông tin hiển thị theo chủ đề đã đợc lập trình sẵn ( bằng nút

ấn ).

Đề tài của em nay đã đợc hoàn thành song còn rất nhiều hạn chế Ví dụ

nh : hệ thống quang báo của chúng em chỉ có thể, thể hiện nhng nội dung theo chủ đề có trớc, còn những nội dung mà thay đổi theo từng ngày thì không thể hiển thị đợc, nếu muốn hiển thị thì phải thay đổi một phần của ch-

ơng trình phần mền, hoặc cần thiết kế giao tiếp giữa hệ thống quang báo với bàn phím da chức năng nhng phần này chung em cha thể tìm hiểu đợc.

3 Giải pháp công nghệ

3.1 Giải pháp phần cứng.

- Với yêu cầu của đề tài là chế tạo bảng thông tin điện tử có kích thớc 25cmx100cmx15cm ( chiều cao x chiều dài x chiều dày ), và hiển thị thông tin theo từng chủ đề ( ngày thờng, ngày lễ, hội nghị …) bằng font chữ tiếng việt,

có thể thay đổi tự động theo thời gian đã lập trình hoặc thay đổi thông tin theo sự tác động bên ngoài nh nút ấn Để giải quyết vấn đề này ,mạch điều khiển đợc thiết kế chia thành các modul nhỏ liên kết với nhau Mỗi modul gồm có 3x4 led matrix (hàng x cột) ghép lại (led 8x8) Kích thớc của mỗi

****************************************************************************

modul này đợc thiết kế đo đạc chính xác nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

kĩ thuật vi điều khiển họ AT89c51 cùng với một số loại IC bán dẫn khác ( nh 74ls245, 74ls164 ) để thực hiện đề tài chắc chắn sẽ giải quyết đợc các yêu cầu trên Vi điều khiển AT89C51 có thể nạp xoá nhiều lần , sửa chơng trình

dễ dàng khi có sự cố , cấu trúc của nó gồm có :

+ 4kb để ghi chơng trình điều khiển.

+ 128 byte RAM ghi dữ liệu và các tham số.

+ 4 cổng xuất/ nhập dữ liêụ 8 bít.

+ Các ngắt ngoài hoạt động u tiên ( với 2 ngắt ) làm việc bất kì khi nào

có tác động với 2 chế độ ngắt.

+ Khối xử lý CPU có nhiệm vụ xử lí chơng trình

+ Các bộ timer định thời gian một cách chính xác (s).

+ 210 ô nhớ có thể ding định địa chỉ cho bit.

Ngoài ra nó còn có các u điển nh :

+ Hoạt động với tốc độ cao, chính xác.

+ Mạch điện đơn giản khi có sự giảm bớt của các linh kiện điện tử khác + Giá thành thấp, phù hợp hơn với sinh viên

+ Dễ dàng sửa chữa lỗi gặp phải khi có sự cố vì nó không cần phảit hay

đổi phần cứng.

3.2 Giải pháp phần mền

- Để thực hiện hiển thị thông tin và thay đổi nội dung thông tin trên bảng một cách tự động theo từng chủ đề Giải pháp tốt nhất cho vấn đề này là sử dụng bộ định thời timer trong on chip kết hợp với các tham số trong việc lập trình.

- Điều chỉnh thời gian bằng các ngắt ngoài ( ngắt ngoài 0).

- Thay đổi nội dung thông tin dùng một bit riêng để kiểm tra và thay

đổi thông tin.

****************************************************************************

Phần II Nội dung đề tài

I Cơ sở lý thuyết

1.Cấu trúc họ vi điều khiển 89c51.

1.1 Giới thiệu chung

Vi điều khiển (VĐK) là một “hệ” Vi xử lý (VXL) đuợc tổ chức trong một chip Nó bao gồm:

- Các bộ thời gian dùng trong lĩnh vực chia tần và tạo thời gian thực

- Bộ VĐK có thể đợc lập trình để điều khiển các thiết bị thông tin, viễn thông, thiết bị đo lờng, thiết bị điều chỉnh cũng nh các ứng dụng trong công nghệ thông tin và kỹ thuật điều khiển tự động Có thể xem bộ VĐK

nh một hệ VXL On-chip, đối với họ AT89C51, nó có đầy đủ chức năng của một hệ VXL 8 bit, đựoc điều khiển bởi một hệ lệnh, có số lệnh đủ mạnh, cho phép lập trình bằng hợp ngữ (Assembly)

1.2.Sơ đồ khối.

****************************************************************************

Hình 1 Sơ đồ khối họ VĐK AT89C51

Bộ VĐK 8 bit AT89C51 hoạt động ở tần số 12 MHz, với bộ nhớ ROM 4Kbyte, bộ nhớ RAM 128 Byte c trú bên trong và có thể mở rộng bộ nhớ ra ngoài ở bộ VĐK này còn có 4 cổng 8 bit (P0…P3) vào/ ra 2 chiều để giao tiếp với thiết bị ngoại vi Ngoài ra, nó còn có:

- 2 bộ đinh thời 16 bit (Timer 0 và Timer 1)

- Mạch giao tiếp nối tiếp.

- Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng rẽ).

- RxD: NhËn tÝn hiÖu kiÓu nèi tiÕp (P3.0).

- TxD: TruyÒn tÝn hiÖu kiÓu nèi tiÕp (P3.1).

- /INT0: Ng¾t ngoµi 0 (P3.2).

- /INT1: Ng¾t ngoµi 1(p3.3).

- T0: Ch©n vµo 0 cña bé Timer/Counter 0 (P3.4).

- T1: Ch©n vµo 1 cña bé Timer/Counter 1 (P3.5).

- /Wr: Ghi d÷ liÖu vµo bé nhí ngoµi (P3.6).

- XTAL2: Chân ra từ mạch khuyếch đaị dao động.

- /PSEN : Chân cho phép đọc bộ nhớ chơng trình ngoài (ROM ngoài).

- ALE (/PROG): Chân tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để truy cập bộ nhớ ngoài, khi On-chip xuất ra byte thấp của địa chỉ Tín hiệu chốt đợc kích hoạt ở mức cao, tần số xung chốt = 1/6 tần số dao động của bộ VĐK Nó có thể đợc dùng cho các bộ Timer ngoài hoặc cho mục đích tạo xung Clock.

Đây cũng là chân nhận xung vào để nạp chơng trình cho Flash (hoặc EEPROM) bên trong On-chip khi nó ở mức thấp.

- /EA/Vpp: Cho phép On-chip truy cập bộ nhớ chơng trình ngoài khi /EA=0, nếu /EA=1 thì On-chip sẽ làm việc với bộ nhớ chơng trình nội trú Khi chân này đợc cấp nguồn điện áp 12V (Vpp) thì On-chip đảm nhận chức năng nạp chơng trình cho Flash bên trong nó.

- Vcc: Cung cấp dơng nguồn cho On-chip (+ 5V).

- GND: nối mát.

1.4 Các thanh ghi chức năng đặc biệt.

SFR đảm nhiệm các chức năng khác nhau trong On-chip Chúng nằm

ở RAM bên trong On-chip, chiếm vùng không gian nhớ 128 Byte đợc định

địa chỉ từ 80h đến FFh Cấu trúc của SFR bao gồm các chức năng thể hiện

TMOD GATE C/(/T) M1 M0 GATE C/(/T) M1 M0

P3 RXD TXD /INT0 /INT1 T0 T1 /WR /RD

Bảng 1 Chức năng riêng của từng thanh ghi trong SFR

****************************************************************************

SP Con trỏ ngăn xếp 81h 00000111b

* : có thể định địa chỉ bit, x: không định nghĩa

Bảng2. Địa chỉ, ý nghĩa và giá trị của các SFR sau khi Reset

2 Ngôn ngữ lập trình Assembly

2.1.Ngôn ngữ lập trình

- Khi chơng trình đợc viết trực tiếp bằng ngôn ngữ máy , nếu muốn thêm hoặc xoá một mã lệnh nào đó thì các mã lệnh có địa chỉ kèm theo cũng phải tính toán cho đúng nên rất khó khăn cho viết và sửa chơng trình Vì vậy bằng việc thay phải viết bằng ngôn ngữ máy , ngời lập trình có thể viết bằng một ngôn ngữ dới dạng các kí hiêu hình thức hoặc các từ gợi nhớ tuân theo một qui tắc noà đó dễ đọc và dễ hiểu Mỗi từ gợi nhớ này tơng đơng với một lệnh của CPU Ngôn ngữ này chính là ngôn ngữ Asembly, là ngôn ngữ lập trình cấp thấp gần với ngôn ngữ máy.

2.2 Các lệnh cơ bản trong ngôn ngữ Asembly.

Các lệnh đợc sử dụng trong chơng trình

****************************************************************************

- Cú pháp câu lệnh: MOV <dest-byte>, <src-byte>

Chức năng: Sao chép nội dung của toán hạng nguồn vào toán hạng đích, nội dung của toán hạng nguồn không thay đổi Lệnh này không làm ảnh hởng tới các cờ và các thanh ghi khác

Chức năng: Giá trị 16 bit ở toán hạng thứ 2 trực tiếp trong câu lệnh đ ợc nạp vào thanh ghi DPTR Hằng số 16 bit này đợc đặt ở byte 2 và byte 3 của lệnh Byte 2 là byte cao đợc nạp cho thanh ghi DPH, byte 3 là byte thấp đợc nạp vào thanh ghi DPL Lệnh này không ảnh hởng tới các cờ.

- Lệnh xoá bit

Cú pháp câu lệnh: CLR bit

Chức năng: Xoá bit đợc chỉ ra trong câu lệnh về 0 Lệnh này có thể thao tác trên cờ nhớ, hoặc trên 1 bit bất kỳ đợc định địa chỉ trực tiếp Lệnh không làm ảnh hởng tới trạng thái các cờ.

- Lệnh xoá thanh ghi tích luỹ

Cú pháp câu lệnh: CLR A

Chức năng: Xoá tất cả các bit của thanh ghi tích luỹ về 0 Các cờ không bị ảnh hởng.

- Lệnh thiết lập bit

Cú pháp câu lệnh: SETB bit

Chức năng: Thiết lập bit đợc chỉ ra trong câu lệnh lên mức logic 1 Lệnh này có thể thao tác trên cờ nhớ, hoặc trên 1 bit bất kỳ đợc định địa chỉ trực tiếp Lệnh không làm ảnh hởng tới trạng thái các cờ.

- Lệnh tăng lên 1 đơn vị.

Cú pháp của câu lệnh: INC <byte>

Chức năng: Tăng giá trị của byte trong câu lệnh lên 1 đơn vị Nếu giá trị ban đầu của byte là 0FFh, thì sau khi thực hiện lệnh INC nội dung của byte sẽ là 00h Lệnh này không làm ảnh hởng tới trạng thái các cờ

- Lệnh giảm 1 đơn vị.

Cú pháp của câu lệnh: DEC <byte>

Chức năng: Giảm giá trị của byte trong câu lệnh xuống 1 đơn vị Nếu giá trị ban đầu của byte là 00h, thì sau khi thực hiện lệnh DEC nội dung của byte sẽ

là 0FFh Lệnh này không làm ảnh hởng tới trạng thái các cờ

- Lệnh : MOVC A,@A+DPTR

Lệnh chuyển byte mã lệnh:

****************************************************************************

Chức năng: Nạp cho thanh ghi tích luỹ byte mã lệnh từ bộ nhớ chơng trình.

Địa chỉ của byte đợc tìm nạp trong bộ nhớ là tổng nội dung của thanh ghi A

8 bit với nội dung của thanh ghi DPTR 16 bit

- Nhóm lệnh rẽ nhánh chơng trình.

1 Lệnh gọi tuyệt đối.

Cú pháp câu lệnh: ACALL addr11

Chức năng: Gọi không điều kiện một chơng trình con đặt tại địa chỉ

đ-ợc chỉ ra trong câu lệnh Lệnh này tăng bộ đếm chơng trình thêm 2 đơn vị

để PC chứa địa chỉ của lệnh kế lệnh ACALL, sau đó cất nội dung 16 bit của

PC vào ngăn xếp (byte thấp cất trớc) và tăng con trỏ ngăn xếp lên 2 đơn vị.

Địa chỉ đích sẽ đựơc hình thành bằng cách ghép 5 bit cao của thanh ghi PC (sau khi đợc tăng), 3 bit cao của byte mã lệnh và byte thứ 2 của lệnh Do đó chơng trình con đợc gọi phải nằm trong đoạn 2 Kbyte của bộ nhớ chơng trình chí it phải chứa lệnh đầu tiên của chơng trình con này Lệnh không làm ảnh hởng tới các cờ.

2.Lệnh gọi dài.

Cú pháp câu lệnh: LCALL addr16

Chức năng: Gọi một chơng trình con đặt tại địa chỉ đợc chỉ ra trong câu lệnh Lệnh này tăng bộ đếm chơng trình thêm 3 đơn vị để PC chứa địa chỉ của lệnh kế lệnh LCALL, sau đó cất nội dung 16 bit của PC vào ngăn xếp (byte thấp cất trớc) và tăng con trỏ ngăn xếp lên 2 đơn vị Tiếp theo nó sẽ chuyển byte thứ 2 và byte thứ 3 trong câu lệnh LCALL vào byte cao và byte thấp của PC Việc thực thi chơng trình tiếp tục với lệnh ở địa chỉ này Nh vậy chơng trình con có thể bắt đầu bằng bất cứ nơi nào trong không gian bộ nhớ chơng trình 64 Kbyte Lệnh không làm ảnh hởng tới các cờ.

3 Lệnh quay trở lại từ chơng trình con.

Cú pháp câu lệnh: RET

Chức năng: Trở về từ chơng trình con Lệnh này đợc thực hiện sau khi thực hiện xong lệnh ACALL hoặc LCALL RET lấy lại byte cao và byte thấp của C từ ngăn xếp, giảm SP đI 2 đơn vị Chơng trình tiếp tục đợc thực hiện với lệnh có địa chỉ ở trong PC Các cờ không bị ảnh hởng.

ơng trình tiếp tục đợc thực hiện với lệnh trớc khi xử lý ngắt với địa chỉ ở trong PC Các cờ không bị ảnh hởng.

- Lệnh nhảy khi so sánh 2 toán hạng.

Cú pháp câu lệnh: CJNE<dest-byte>, <src-byte>, rel

Chức năng: So sánh giá trị của 2 toán hạng đầu tiên, nếu 2 toán hạng không bằng nhau thì chơng trình đợc rẽ nhánh Địa chỉ đích rẽ nhánh đợc tính bằng cách cộng độ lệch tơng đối (có dấu) trong byte sau cùng của lệnh với nội dung của PC (sau khi nội dung của PC đợc tăng đến địa chỉ bắt đầu của lệnh kế tiếp CJNZ) Cờ nhớ (CF) sẽ đợc thiết lập nếu nh giá trị nguyên không dấu của toán hạng đích nhỏ hơn giá trị nguyên không dấu của toán hạng nguồn, ngợc lại thì cờ này bị xoá Lệnh này không làm thay đổi giá trị của các toán hạng

- Lệnh giảm và nhảy.

Cú pháp câu lệnh: DJNZ <byte>, <rel-address>

Chức năng: Giảm ô nhớ đi 1 và nhảy tới địa chỉ cho bởi toán hạng thứ

2 nếu nh kết quả khác 0 Nếu kết quả ban đầu là 00h thì nó chuyển qua 0FFh Địa chỉ đích đợc tính bằng cách cộng thêm độ lệch có dấu trong byte lệnh cuối cùng với nội dung của PC (sau khi tăng PC tới byte đầu tiên của lệnh tiếp theo) Ngăn nhớ đợc giảm giá trị có thể là 1 thanh ghi hoặc 1 byte

địa chỉ trực tiếp Lệnh này không ảnh hởng tới trạng thái các cờ.

3.Cấu trúc của IC đệm 74ls245.

 Sơ đồ chân IC

****************************************************************************

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý IC 74ls245

- G(19) : Cho phép IC hoạt động ở mức thấp.

- A1(2) A8(9) , B1(18) B9(11) : Chân xuất nhập dữ liệu

- Dir(1) : Cho phép dữ liệu di chuyển theo chiều từ A sang B hay từ B sang A Nếu chân 1 ở mức cao thì thì cho phép chuyển dữ liệu từ A sang

B, còn ở mức thấp thì cho chuyển dữ liệu từ B sang A,

- A(1),B(2) (serial input) : Chân đầu vào dữ liệu.

- QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG,QH (output) : Chân xuất dữ liệu

- Vcc(14) : Dơng nguồn.

- GND(7) : Âm nguồn

- Clk (8): Chân tác động xung Clook.

****************************************************************************

- Clr(9): Chân Clear hoạt động ở mức thấp.

* Nguyên lí hoạt động :

- IC hoạt động khi cấp nguồn Vcc và GND

- Chân A,B nạp dữ liệu đầu vào mà ta cần dịch

- Chân CLR xoá trạng thái của IC ở thời điểm trớc đó làm cho các chân ra

+ C1,C2….,C8 là các cột (chung catot).

+ H1,H2,….,H8 là các hàng ( chung anot ).

****************************************************************************

- Nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển.

Mạch nguồn ổ áp 7805 kết hợp với các tụ lọc nguồn để cung cấp điện

áp 5v ổn định cho mạch diều khiển Các tín hiệu xuất ra từ IC tới các mạch

và các nut ấn đa tín hiệu vào đều qua IC đệm 74ls245 để ổn định và khuếch

đại dòng điều khiển, ngoài ra còn chống lại dòng kích nguợc từ các thiết bị khác làm ảnh hởng tới quá trình làm việc của IC và mạch vi điều khiển Tất cả các chơng trình đều lu trong bộ nhớ ROM của onchip điều khiển mọi hoạt

động của bảng thông tin.

.

****************************************************************************

Hình 6 Sơ đồ nguyên lí của mạch điều khiển dùng IC AT89C51

****************************************************************************

Hình 7 Sơ đồ vị trí các linh kiện trên mạch Board.

6.2 Modul.

nh led có cấu tạo phức tạp, việc thiết kế mạch điện trở nên gặp nhiều khó khăn khi có nhiều linh kiện trong mạch điện mà yêu cầu về kích thớc khá lớn.

- Để giải quyết vấn đề trên , việc chia nhỏ mạch điện thành các mạch

điện nhỏ hơn ( mà ở đây tạm gọi là các modul ) để dễ dàng cho thiết kế mạch và chế tạo mạch điện là một phơng án cần thiết Sau khi đã đợc hoàn thành, các modul này sẽ đợc ghép nối lại với nhau bằng các dây cáp và gắn

****************************************************************************

cố định mà không làm thay đổi về hình dạng và kích thớc của bảng thông tin theo yêu cầu của đề tài.

- Các modul gồm có mạch hiển thị led (các led đợc bố trí trên mạch này ) và mạch quét led ( hay mạch khuyếch đại ) Mạch hiển thị và mạch quét led sẽ đợc kết nối nhờ các cáp cắm 8 dây, trên các modul liên kết với nhau cũng nhờ các cáp cắm này.

- Bảng thông tin đợc chia thành 4 modul, mỗi modul có kích thớc là 24cmx18cm Việc thiết kế chế tạo và lắp ráp ,kiểm tra sẽ dễ dàng và an toàn, nhanh gọn hơn khi mạch đã đợc chia nhỏ thành các modul.

6.3 Mạch hiển thị.

* Sơ đồ nguyên lí

- Mạch đợc thiết kế cho 3 hàng led với 4 cột

- Do các cột và hàng của led bố trí không theo một quy luật nao nên sơ

đồ nguyên lí phức tạp, có nhiều đờng chồng chéo lên nhau Do vậy mà khi thiết kế sang mạch board buộc ta phải thiết kế mạch hai lớp.

- Mạch nguyên lý đợc thiết kế ghép nối giữa hàng với hàng , cột với cột

đợc quy định bởi sơ đồ chân led ma trận 8x8

- Các cột , hàng đợc nối với nhau và đa ra thành 3 cổng của hàng và 4 cổng của cột Các cổng hàng này cũng đợc thiết kế có hai răm trên mỗi cổng của hàng để kết mối sang board kế tiếp.

****************************************************************************

Hình 8 Sơ đồ nguyên lý

****************************************************************************