Báo cáo nhập môn kĩ thuật điện tử truyền thông

Báo cáo nhập môn kĩ thuật điện tử truyền thông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG 

BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: MẠCH LED CÂY THÔNG NOEL

GVHD:

Nhóm thực hiện:

Các thành viên:

Hà Nội, ngày tháng năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIẾN THÔNG 

BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: MẠCH LED CÂY THÔNG NOEL Nhóm thực hiện:

Các thành viên:

Hà Nội, ngày tháng năm

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay ngành điện tử đang trên đà phát triển cao, kéo theo những sản phẩm điện tử ngày càng phổ biến Với nhu cầu của con nguời để tạo ra những món quà tinh

thần đặc biệt ý nghĩa trong các dịp lễ, chúng em đã đi đến quyết định thiết kế mạch

LED cây thông Noel.

Sau hơn 1 tháng tìm hiểu, hoạt động và thực hiện, các thành viên trong nhóm

12 đã thu được rất nhiều kiến thức bổ ích, học hỏi được rất nhiều kỹ năng như kỹ năng hàn mạch, kỹ năng lắp ráp linh kiện, kỹ năng thực hiện công việc hiệu quả, kỹ năng sử dụng 1 số phần mềm như proteus, OrCad, Microsoft Project,…., kỹ năng thuyết trình và làm việc nhóm, biết được cách thức hoạt động của các loại linh kiện điện tử, 4 quy tắc an toàn khi thực hiện thiết kế mạch và lớn nhất đó là quy trình thiết kế 1 project hoàn chỉnh của 1 người kỹ sư tương lai

Trong quá trình thực hiện đề tài này, chúng em đã rất cố gắng để hoàn thành tốt nhưng có lẽ do vốn kiến thức còn hạn hẹp cũng như những yếu tố khách quan khác mà không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm của thầy cô

Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy đã hướng dẫn tận tình, giảng giải chi tiết giúp chúng em hoàn thành tốt bài tập lớn này Hơn nữa thầy còn chỉ dẫn cho chúng em rất nhiều kiến thức thiết thực trong cuộc sống: kỹ năng mềm, cách học tốt ngoại ngữ, cách lắng nghe và tư duy…

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 5

DANH SÁCH CÁC BẢNG 5

A GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG 6

1 Ứng dụng đèn LED trong cuộc sống 6

2 Chọn đề tài 6

B NỘI DUNG 7

PHẦN 1 THIẾT KẾ MẠCH LED CÂY THÔNG NOEL 7

1.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT 7

1.1.1 Yêu cầu chức năng 7

1.1.2 Yêu cầu phi chức năng 8

1.2 LẬP KẾ HOẠCH 8

1.3 THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ PHỎNG 8

1.3.1 Sơ đồ khối 8

1.3.2 Chi tiết từng khối, phương án tối ưu 9

1.3.3 Sơ đồ nguyên lý 18

1.3.4 Thiết kế phần mềm 19

1.3.4.1 Viết Code cho IC AT89C52 19

1.3.4.2 Nạp Code cho IC AT89C52 19

1.3.5 Mô phỏng bằng proteus 20

1.3.6 Kiểm tra hoạt động của mạch trên Breadboard 21

1.3.7 Vẽ mạch in 21

1.4 LẮP RÁP MẠCH 23

PHẦN 2: KẾT LUẬN 24

C TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

D PHỤ LỤC 26

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kích thước khối LED 7

Hình 1.2 Bản kế hoạch dùng Microsoft Project 8

Hình 1.3 Sơ đồ khối của mạch 9

Hình 1.4: Một số loại IC 9

Hình 1.5 Sơ đồ chân IC AT89S52 11

Hình 1.6 LED siêu sáng 15

Hình 1.7 Thạch anh 12MHz 16

Hình 1.8 Tụ gốm 33pF 16

Hình 1.9 Một số loại nguồn điện 17

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý 18

Hình 1.11 Chi tiết code 19

Hình 1.12 Mạch mô phỏng bằng Proteus 20

Hình 1.13 Bố trí linh kiện (mặt trước) 21

Hình 1.14 Bố trí linh kiện (mặt sau) 22

Hình 1.15 Mạch in 22

Hình 1.16 Sản phẩm hoàn thiện 23

Hình 1.17 26

Hình 1.18 27

Hình 1.19 28

Hình 1.20 29

Hình 1.21 30

Hình 1.22 31

Hình 1.23 32

DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Giá thành và đặc điểm của một số loại IC 9

Bảng 1.2 Giá thành và đặc điểm của một số loại LED 14

Bảng 1.3 Giá thành và đặc điểm của một số nguồn điện 17

A GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG

1 Ứng dụng đèn LED trong cuộc sống

 Đèn LED có rất nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử Đi khắp các con phố thì dường như chỗ nào cũng có đèn LED

 Đèn LED được dùng để trang trí trên cây cầu, làm bảng quảng cáo cho quán bar, thậm chí còn được sử dụng làm quà tặng, …

2 Chọn đề tài

 Do tính phổ biến là rất cao nên chúng ta có thể dễ dàng tìm mua và sử dụng đèn LED

 Hợp với kinh tế của các bạn học sinh, sinh viên

 Là sinh viên ngành điện tử, chúng em thiết nghĩ tự chế tạo ra một sản phẩm để tặng người thân bạn bè là một điều cần làm Từ đó chúng em quyết

định thiết kế mạch LED cây thông Noel

 Đề tài này sẽ đáp ứng được yêu cầu môn học, giúp chúng em có được những kiến thức đầu tiên về ngành

B NỘI DUNG

PHẦN 1 THIẾT KẾ MẠCH LED CÂY THÔNG NOEL

1.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT

1.1.1 Yêu cầu chức năng

Các hiệu ứng của mạch LED cây thông Noel: 33 LED được sắp xếp thành khối

LED hình cây thông với 5 tầng 8 cột với kích thước được mô tả như hình 1.2

 Hiệu ứng 1: Các cột LED sáng lần lượt theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

 Hiệu ứng 2: Các hàng LED sáng lần lượt từ trên xuống dưới

 Hiệu ứng 3: 33 LED lần lượt sáng từ trên xuống dưới trong đó các LED

ở tầng 2 và tầng 4 sáng theo chiều kim đồng hồ, các LED ở tầng 3 và tầng 5 sáng theo chiều thuận chiều kim đồng hồ

 Hiệu ứng 4: 33 LED nhấp nháy liên tục

 100% với các hiệu ứng 1, 3

 50% với các hiệu ứng 2, 4

Hình 1.1 Kích thước khối LED

1.1.2 Yêu cầu phi chức năng

Mạch có tính thẩm mỹ cao, dễ sử dụng, thân thiện với người dùng, thiết kế nhỏ gọn, đẹp mắt

Các đèn LED tiếu tốn ít năng lượng, có khả năng hiển thị trong một thời gian dài Tuổi thọ của mạch cao và giá thành hợp lý với đa số người tiêu dùng Một số thông số kỹ thuật của mạch:

• Giá thành: 100.000 đồng

• Thời gian hoàn thành sản phẩm: 4 tuần

• Thời gian bảo hành: 1 tháng

• Nguồn điện: pin

• Kích cỡ: 10cm x 10cm x 10cm

• Khối lượng: 150g

• Hoạt động tốt trong môi trường khô ráo

• Bảo quản:độ ẩm 0-80%, dưới 60 độ C

1.2 LẬP KẾ HOẠCH

Hình 1.2 Bản kế hoạch dùng Microsoft Project

1.3 THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ PHỎNG

1.3.1 Sơ đồ khối

Khối điều khiển

Hình 1.3 Sơ đồ khối của mạch

1.3.2 Chi tiết từng khối, phương án tối ưu

 Khối điều khiển

- Chức năng: Điều khiển hoạt động của khối hiển thị

- Yêu cầu:

+ Điều khiển một cách chính xác hoạt động của 33 đèn LED như yêu cầu của người lập trình

+ Thiết kế nhỏ gọn, chất lượng tốt, tiết kiệm chi phí

IC AT89C52 IC AVR IC ARM

Hình 1.4 Một số loại IC

Bảng 1.1 Giá thành và đặc điểm của một số loại IC

Đặc điểm Thông dụng

Dễ lập trình

Khó mua Khó lập trình

Khó mua Khó lập trình

Như chúng ta đã thấy thì IC AT89S52 giá thành khá là rẻ, thông dụng và lại dễ lập trình Vì thế chúng em đã quyết định chọn IC AT89S52 để điều khiển hoạt động của mạch

 Tổng quan về IC AT89S52

Ưu điểm

 Có thể lập trình được cho IC

 Có khả năng điều khiển được nhiều LED

 Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ, chứa được nhiều phần tử

 Tiêu thụ ít năng lượng

Nhược điểm

 Khá phức tạp

 Muốn thực hiện được, người sản xuất sản phẩm phải có kiến thức rộng

 Yêu cầu năng lượng nhỏ nên hạn chế về tốc độ làm việc

 Yêu cầu độ ổn định của điện áp đầu vào

Cấu trúc chung về VĐK AT89S52:

VĐK 89S52 mà chúng em sử dụng có những đặc điểm sau:

· 8KB ROM bên trong

· 256 Byte ngoài

· 4 Port xuất nhập dữ liệu I/O

· Giao tiếp song song

· 64 KB vùng nhớ mã ngoài

· 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài

· Xử lý Boolean

Khảo sát sơ đồ chân

Hình 1.5 Sơ đồ chân IC AT89S52

Trên sơ đồ chân trên có các nhóm chân sau:

1 Nhóm chân nguồn nuôi

+ Nguồn nuôi 5V (chân số 40)

+ Nối đất (chân số 20)

2 Nhóm chân điều khiển

Nhóm này còn phân biệt các tín hiệu vào, ra

a Nhóm tín hiệu vào điều khiển

+ Xtal1 (chân số 18), Xtal2 (chân số 19): nối tinh thể thạch anh cho máy phát xung nhịp chu trình

+ RST(Reset): (chân số 9): nối chuyển mạch để xóa về trạng thái ban đầu hay khởi động lại

+ EA/CPP: (chân số 31) chọn nhớ ngoài (nối đất) hay chọn nhớ trong (nối nguồn nuôi 5V)

+ T2 hay P1.0: (chân số 1) tín hiệu vào đếm cho Timer2/ Counter2 của 8952 + T2EX: (chân số 2) tín hiệu vào ngắt ngoài 2 cho 8950

+ INT0 hay P3.2: (chân số 12) tín hiệu vào gây ngắt ngoài 0 cho 8051

+ INT1 hay P3.3: (chân số 13) tín hiệu vào gây ngắt ngoài 1 cho 8051

+ T0 hay P3.4: (chân số 14) tín hiệu vào đếm cho Timer0/ Counter0

+ T1 hay P3.5: (chân số 15) tín hiệu vào đếm cho Timer1/ Counter1

b Nhóm tín hiệu ra điều khiển

+ ALE//PROG: (chân số 30) dùng để đưa tín hiệu chốt dịa chỉ (ALE) khi có nhớ ngoài hay điều khiển ghi chương trình /PROG

+ PSEN: (chân số 29) dùng để đưa tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ chương trình ROM ngoài

+ WR hay P3.6: (chân số 16) để đưa tín hiệu ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài

+ RD hay P3.7: (chân số 17) để đưa tín hiệu đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

c Nhóm các tín hiệu địa chỉ, dữ liệu

+ cổng vào, ra địa chỉ/ dữ liệu P0 hay P0.0-P0.7: (chân số 39-32) dùng để trao đổi tin về dữ liệu D0-D7, hoặc đưa ra các địa chỉ thấp (A0-A7) theo chế độ dồn kênh (kết hợp với tín hiệu chốt địa chỉ ALE)

+ cổng vào ra địa chỉ/ dữ liệu P2 hay P2.0-P2.7: (chân số 21-28) dùng để trao đổi tin song song về dữ liệu (D0-D7) hoặc đưa ra địa chỉ cao (A8-A15)

+ cổng vào ra dữ liệu P1 hay P1.0-P1.7: (chân số 1-8) dùng để trao đổi tin song song dữ liệu (D0-D7)

+ cổng vào, ra P3 hay P3.0-P3.7: (chân số 10-17)

- P3.0: (chân số 10) đưa vào tín hiệu nhận tin nối tiếp RXD

- P3.1: (chân số 11) đưa ra tín hiệu truyền tin nối tiếp TXD

- INT0 hay P3.2: (chân số 12) tín hiệu vào gây ngắt 0 của VĐK

- INT1 hay P3.3: (chân số 13) tín hiệu vào gây ngắt 1 của VĐK

- T0 hay P3.4: (chân số 14) tín hiệu vào đếm cho Timer0/ Counter0 cho VĐK 8051/8052

- T1 hay P3.5: (chân số 15) tín hiệu vào đếm cho Timer1/ Counter1 cho VĐK 8051/8052

- WR hay P3.6: (chân số 16) để đưa tín hiệu ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài

- RD hay P3.7: (chân số 17) để đưa tín hiệu đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

- T2 hay P1.0: (chân số 1)tín hiệu vào đếm cho Timer2/ Counter2 cho VĐK

8052

- T2EX: (chân số 2) tín hiệu vào gây ngắt 2 của VĐK 8052

Ngoài các tín hiệu chuyên dùng trên, cổng vào/ ra P3 này còn dùng để trao đổi tin

về dữ liệu D7-D0

 Khối hiển thị

a Chức năng

 Hiển thị các hiệu ứng mà người lập trình đã nạp vào IC

 Trang trí và làm nổi bật cho hình ảnh người lính Trường Sa qua đó thể hiện được tinh thần yêu nước và tinh thần tự tôn dân tộc

b Yêu cầu

 Tất cả các Led phải sáng hết, sáng đều sáng đúng với những gì mà người lập trình mong muốn

 Đảm bảo độ bền

 Đảm bảo độ sáng của các LED

 Đảm bảo tính thẩm mỹ

+ Cách bố trí khối hiển thị

- Bao gồm 33 LED được sắp xếp thành khối LED hình cây thông (kích thước cụ thể của khối LED xem hình 1.2)

- Chân anot của các tầng được nối chung với nhau và nối với chân điều khiển của IC thông qua transistor C1815, chân catot của các cột được nối chung với nhau và nối với chân điều khiển của IC Chân catot của LED ở đỉnh được nối trực tiếp với cực âm của nguồn điện

Bảng 1.2 Giá thành và đặc điểm của một số loại LED

Hình 1.6 LED siêu sáng

LED siêu sáng

- Điện áp LED siêu sáng:

LED màu đỏ, màu vàng: 1,9 đến 2,1 Volt

LED màu xanh các loại: 3,0 đến 3,4 Volt

LED màu trắng các loại: 3,4 đến 4,0 Volt

- Dòng điện qua LED:

Thông thường nhà sản xuất đưa ra giá trị là 17 đến 20 mA cho dòng điện qua đèn LED siêu sáng12/19/16

- Ghép nối LED:

Các LED được ghép nối với nhau tạo thành hình cây thông

 Khối tạo xung

Hình 1.7 Thạch anh 12MHz

Hình 1.8 Tụ gốm 33pF

Chức năng thạch anh : Là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định (12MHz)

cho dao động của AT89S52 Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2 của AT89S52 Tụ gốm có chức năng lọc nhiễu cho dao động thạch anh 2 tụ gốm 33pF sẽ được nối một đầu với chân của thạch anh, đầu còn lại đấu ra Mass

 Khối nguồn

Hình 1.9 Một số loại nguồn điện

a Chức năng: Biến đổi điện áp DC-5V cung cấp cho khối điều khiển, khối

hiển thị và khối bấm phím

b Yêu cầu:

 An toàn

 Ổn định

 Tạo ra được điện áp DC-6-9V

 Thời gian sử dụng lâu dài

 Tiết kiệm chi phí thiết kế

Bảng 1.3 Giá thành và đặc điểm của một số nguồn điện

1.3.3 Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý

1.3.4 Thiết kế phần mềm

1.3.4.1 Viết Code cho IC AT89C52

Code cho mạch được viết bằng ngôn ngữ lập trình C (có File riêng)

1.3.4.2 Nạp Code cho IC AT89C52

Viết bằng ngôn ngữ lập trình C sau đó chuyển sang file hex, nạp vào mô phỏng

chạy thử, nếu đã đạt yêu cầu thì nạp cho IC

Hình 1.11 Chi tiết code

1.3.5 Mô phỏng bằng proteus

Hình 1.12 Mạch mô phỏng bằng Proteus

1.3.6 Kiểm tra hoạt động của mạch trên Breadboard

Sau khi mô phỏng trên Proteus thành công, chúng em tiến hành chạy thử mạch trên Breadboard nhằm kiểm tra hoạt động của mạch và hoạt động của các linh kiện

1.3.7 Vẽ mạch in

Để vẽ mạch in chúng em sử dụng phần mềm Altium

Hình 1.13 Bố trí linh kiện (mặt trước)

Hình 1.14 Bố trí linh kiện (mặt sau)

Hình 1.15 Mạch in

1.4 LẮP RÁP MẠCH

Tiến hành đặt in mạch, hàn linh kiện vào mạch in theo đúng sơ đồ bố trí linh kiện và chạy thử

Hình 1.16 Sản phẩm hoàn thiện

PHẦN 2: KẾT LUẬN

Sản phẩm đã hoạt động như mong muốn

Mạch còn đơn giản chưa có nhiều tùy biến

Hướng phát triển:

• Sản phẩm có thêm nút nhấn điều khiển hiệu ứng theo ý muốn

• Thiết kế được biển quảng cáo và các thiết bị hiển thị dùng đèn LED Thông qua việc thực hiện bài tập lớn, chúng em đã tính lũy rất nhiều kiến thức

thực tế về chuyên ngành điện tử viễn thông, thầy Phạm Ngọc Nam đã tạo cho chúng em niềm say mê học tập, tìm tòi kiến thức mới Thầy còn giúp chúng

em hoàn thiện các kỹ năng mềm như kỹ năng thuyết trình, làm việc nhóm, làm việc trong các môi trường chuyên nghiệp powerpoint, project, các phần mềm

mô phỏng, thiết kế mạch: proteus, orcad…

Do vốn kiến thức còn ít nên việc thực hiện ý tưởng còn nhiều hạn chế Có gì sai sót, chúng em mong thầy hướng dẫn và chỉ bảo chúng em để có thể hoàn thành một cách tốt nhất ý tưởng này

Chúng em xin chân thành cám ơn!

C TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Sử dụng tài liệu data sheet IC AT89S52

- Sử dụng các tài liệu tham khảo trên một số trang mạng

http://www.dientumaytinh.com/2012/03/gioi-thieu-co-ban-ve-lcd-16x2.html http://www.icvietnam.com

http://www.codientu.vn

http://www.dientuvietnam.net

http://www.phuclanshop.com/TraoDoiHocTap-ChiTiet.aspx?NewsId=143 http://www.codientu.org/

và một số trang web về điện tử khác…

D PHỤ LỤC

Sau đây là các bảng tra, giúp Bạn biết chức năng, biết công dụng của các IC logic thông dụng:

Hình 1.17

Hình 1.18

Hình 1.19

Hình 1.20

Hình 1.21

Hình 1.22

Hình 1.23