Quang báo dùng led ma tran

Như vậy, mạch cĩ 2 trạng thái ra ổn định là 0 và 1; mạch cĩ thể nhận tín hiệu số vào trong trường hợp đơn giản này chỉ là 0 và 1 và đưa được nĩ ra, và từ đây khả năng nhớ lưu trữ dữ liệu

CHƯƠNG DẪN NHẬP

1.1 Đặt vấn ñề

Thông tin liên lạc là vấn ñề ñược quan tâm trong xã hội Ngay từ ngày xưa, con người ñã biết vận dụng những gì ñã có sẵn ñể truyền tin như: lửa, âm thanh, các dấu hiệu…

Hiện nay quảng cáo bằng hình thức quang báo không còn mới và ñược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Nó có thể ñược sử dụng ñể quảng cáo tên nhãn hiệu sản phẩm, tên của một công ty hay tên của một cửa hàng nào ñó

Trong ñó có quang báo dùng Led Ma Trận Đặc ñiểm lớn nhất của quảng báo dùng Led Ma Trận là có thể linh hoạt thay ñổi nội dung tùy ý mà các quang báo khác khó mà làm ñược

phương pháp truyền thống như panô, áp phích không có ñược như việc ñiều chỉnh thông tin một cách nhanh chóng bằng cách thay ñổi chương trình bằng bàn phím hay ñược ñiều khiển thông qua máy vi tinh

Với các ưu ñiểm trên nên nhóm chúng em thuc hiện ñề tài QUANG BÁO DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F4620 NHẬP KÝ TỰ TỪ BÀN PHÍM HEX HIỂN THỊ RA LED MA TRẬN

Nội dung nghiên cứu của ñề tài chính là tạo ra một bảng quang báo ứng dụng trong việc hiển thị thông tin

1.2 Giới hạn ñề tài

Do thời gian thực hiện ñề tài ít và kiến thức còn hạn chế nên ñề tài của của chúng

em chỉ dùng lại việc nhập ký tự từ bàn phím, hiển thị ra led ma trận và tạo hiệu ứng chạy chữ không sử dụng ROM và RAM ngoại, các ký tự còn giới hạn, ñộ sáng chữ hiển thị chưa ñều, chưa tạo nhiều hiệu ứng

1.3 Mục ñích ñề tài

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện ñề tài này nhằm giúp người học:

- Tăng khả năng tự nghiên cứu cũng như tự học

-Tìm hiểu vi ñiều khiển PIC 18F4620

- Các phương pháp ñiều khiển và xử lý dữ liệu cho bảng led ma trận

- Tìm hiểu phương pháp lập trình C

- Tìm hiểu các linh kiện

1.4.2 Mục ñích gần

-Tìm hiểu nguyên lý hoạt ñông của từng linh kiên

- Tìm hiểu nguyên lý hiển thị led ma trận

- Nguyên lý quét phím HEX

CHƯƠNG II LED MA TRẬN VÀ BẢNG QUANG BÁO

Ngày nay khi nhu cầu về thông tin quảng cáo rất lớn, việc áp dụng các phương tiện

kỹ thuật mới vào các lĩnh vực trên là rất cần thiết Khi bạn ñến các nơi công cộng, bạn

dễ dàng bắt gặp những áp phích quảng cáo ñiện tử chạy theo các hướng khác nhau với nhiều hình ảnh và màu sắc rất ấn tượng

2.1 Led ma trận

Ma trận LED bao gồm nhiều LED cùng

nằm trong một vỏ chia thành nhiều cột và

hàng, mỗi giao ñiểm giữa hàng và cột có thể

có 1 LED (ma trận LED một màu) hay nhiều

LED (2 LED tại một vị trí tạo thành ma trận

LED 3 màu) Để LED tại một vị trí nào ñó

sáng thì phải cấp hiệu ñiện thế dương giữa

Anode và Cathode

Trên cơ sở cấu trúc như vậy, ta có thể mở rộng hàng và cột của ma trận LED ñể tạo thành các bảng quang báo

Hình 2.1 LED ma trận 5x7

Đề tài sử dụng loại Led ma trận cathode chung (cathode cột) vì dễ dàng tìm mua ñược Led ma trận loại này trên thị trường linh kiện ñiện tử ở nước ta, ña dạng về kích

cỡ và màu sắc, có loại indoor, outdoor

2.1.3 Hình dạng thực tế và sơ ñồ chân led ma trận

Hình 2.2 Hình dạng thực tế và sơ ñồ chân led ma trận 8x8

Bảng 2.1 Bảng phân loại LED ma trận

2.1.4 Sơ ñồ nguyên lý led ma trận

Led ma trận m×n là Led ma trận có m cột và n hàng, tùy theo từng loại mà con những

led một màu hay 2 màu ñể tạo ra màu sắc khác nhau

Bảng hiện thị ma trận LED ( dot-matran display) co rất nhiều loại và ñủ kích cỡ to nhỏ khác nhau, mỗi bảng gồm có rất nhiều LED ñơn ñược ghép lại với nhau trong một khối

Trong khối ñó các LED ñơn ñược sắp sếp theo các hang va các cột, tại mỗi giao ñiểm của hang với cột là một LED ñơn, và người ta thường phân biệt các loại bảng LED theo

số hang và cột Một bảng LED 5x7 tức là có 5 cột dọc và 7 hàng ngang, tổng cộng sẽ

có 5x7=35 LED ñơn ñược ghép lại Cũng nhu vậy một bảng 8x8 là có 8 hàng và 8 cột,

do 64 LED ñơn ghép ñược lại Và nhiều loại cỡ to hơn như 6x16 hay 32x32……

Hình 2.3 Cấu trúc kết nối của led ma trận

Trên thị trường ta thường thấy các bảng LED cỡ lớn, dài hàng mét với ñủ kích cở

Các bảng Led ñó là do hàng nghìn Led ñơn ghép lại Khi thiết kế những bảng LED to như vậy ta cần chú ý ñến sự ñồng ñiều về ñộ sang cùa LED ñể việc hiện thị ñược ñồng ñiều Bên cạnh ñó vấn ñề cấp nguồn cho mạch cũng cần ñược chú ý và thiết kế cho phù hợp Trong ñề tài này em sử dụng 16 LED 8x8 cho việc hiện thị

2.2 Một số hình ành về bảng quang báo thực tế

2.2.1 Mẫu một dòng chữ (16 X 240 Điềm ảnh):

Hình 2.2.1 Mẫu một dòng chữ

Các thông số kỹ thuật:

- Kích thước hiển thị: chiều cao 122mm, chiều dài tuỳ ý (thường là bội của 305mm)

- Độ phân giải (số ñiểm ảnh): 16 x 40 x (chiều dài hiển thị/305)

- Kết nối chuẩn (Máy tính, cổng COM) tuỳ chọn (RJ45, Bàn phím)

- Bảng này có thể hiển thị một dòng chữ cao 122mm (16 ñiểm ảnh - như hình trên) hoặc hai dòng chữ cao 61mm (8 ñiểm ảnh) nhưng không dấu Tiếng Việt

- Kết nối chuẩn (Máy tính, cổng COM) tuỳ chọn (RJ45

2.2.2 Mẫu hai dòng chữ (32 X 240 Điềm ành)

Hình 2.2.2 Mẫu hai dòng chữ

Các thông số kỹ thuật:

- Kích thước hiển thị: chiều cao 244mm, chiều dài tuỳ ý (thường là bội của 305mm)

- Độ phân giải (số ñiểm ảnh): 32 x 40 x (chiều dài hiển thị/305)

- Kết nối chuẩn (Máy tính, cổng COM) tuỳ chọn ( RJ45)

- Bảng này có thể hiển thị hai dòng chữ cao 122mm (16 ñiểm ảnh – như hình trên) hoặc một dòng chữ cao 244mm (32 ñiểm ảnh - như hình dưới)

- Kết nối chuẩn (Máy tính, cổng COM) tuỳ chọn ( RJ45)

2.3 Bảng quang báo hiện thị led ma trận trong ñồ án

- Kích thước : chiều cao 12cm,chiều dài 48 cm

- Độ phân giải (số ñiểm ảnh):16 x 128

- Bảng này có khả năng hiển thị một dòng chữ cao 12 cm

- Hiển thị hai màu: xanh và ñỏ

- Dùng ngôn ngữ lập trình CCS ñể lập trình cho vi xử lý PIC18F4620

CHƯƠNG III MẠCH CHỐT VÀ THANH GHI

có nghĩa là ñặt lại) 2 ngõ

ra kí hiệu là Q (ñầu ra bình thường) và Q (ñầu ra ñảo, tức là có trạng thái logic ngược lại với Q)

Vì lí do ñối xứng nên hoạt ñộng thiết lập và xoá mạch chốt ngược nhau

- Khi ñể ngõ vào thường nghỉ S= 1 R=1.Rõ ràng chưa thể biết ngõ ra Q và Q như thế nào

Hãy xét đến trạng thái trước đĩ:

Vì vậy khi S=1 R=1 trạng thái ra khơng thay đổi tức là trước đĩ như thế nào thì sau vẫn vậy (Qo và Qo)

- Khi thiết lập và xố cùng lúc S=0, R=0

Rõ ràng khi nãy cả 2 cổng NAND đều cĩ mức vào là 0 nên mức ra là 1, đây là điều kiện khơng mong muốn vì đã quy ước Q và cĩ trạng thái logic ngược nhau Hơn nữa khi S, R trở lại mức cao(1) thì sẽ khơng thể dự đốn Q và Q thay đổi; vì vậy trạng thái này khơng được sử dụng cịn gọi là trạng thái cấm

Như vậy, mạch cĩ 2 trạng thái ra ổn định là 0 và 1; mạch cĩ thể nhận tín hiệu số vào (trong trường hợp đơn giản này chỉ là 0 và 1) và đưa được nĩ ra, và từ đây khả năng nhớ (lưu trữ dữ liệu), đồng bộ, và một số điểm khác cũng cĩ thể được thực hiện được

Ta sẽ tìm hiểu kĩ hơn ở những mạch sau đĩ Mạch hoạt động như ở trên được coi là 1 mạch chốt, 1dạng mạch tuần tự cơ bản nhất

3.1.2 Chốt cổng NOR

Mạch chốt như trên cĩ thể thay

thế 2 cổng nand bằng 2 cổng

NOR nguyên lí hoạt động

cũng tương tự nhưng ngõ vào

S, R tác động ở mức cao

Hình 3.1.2.1 Chốt cổng NOR

Hình 3.1.2.2 Bảng trạng thái của mạch chốt cổng NOR

Thấy rằng các mạch tuần tự dù là mạch chốt ñã khảo sát ở trên hay các mạch cao hơn thì ñều ñược cấu tạo bởi cổng logic cơ bản Mặc dù tự thân cồng logic không thể lưu trữ ñược dữ liệu nhưng khi biết kết hợp với nhau theo một cách thức cho phép tuỳ theo mức ñộ phức tạp, quy mô kết hợp mà sẽ có mạch chốt, mạch lật, ghi dịch hay hơn nữa

là các bộ nhớ, xử lý

3.1.3 Ứng dụng của mạch chốt

Mạch chốt như tên gọi của nó ñược sử dụng nhiều trong các hệ thống số cần chốt hay ñệm dữ liệu trước khi ñược xử lý ñiều khiển hay truyền nhận Ngoài ra nó còn ñược sử dụng làm mạch chống dội và mạch tạo dạng sóng vuông

Mạch chống dội :

- Hiện tượng dội do các thiết bị cơ khí gây nên khi ñóng ngắt chuyển mạch ñiện tử Mạch chốt có thể ñược dùng ñể chống dội như ñã thấy ở chương 1

- Mạch minh hoạ

Hình 3.1.3.1 Chốt NAND chống dội

Mạch tạo dao ñộng sóng vuông

Một mạch chốt cơ bản kết hợp với một số linh kiện R , C ñể tạo nên mạch dao ñộng sóng vuông do ngõ ra lật trạng thái qua lại giữa mức 1 và 0 Mạch thiết lập và xoá tự ñộng theo thời hằng nạp xả của tụ C và trở R

- Tần số dao ñộng tính theo giá trị R, C là

f = ½(R+R3)C

- Mạch minh hoạ

Hình 3.1.3.2 Ứng dụng chốt tạo dao ñộng sóng vuông

3.2 Thanh ghi

Chúng ñều có thể lưu trữ (nhớ 1 bit) và chỉ khi có xung ñồng bộ thì bit ñó mới truyền

tới ngõ ra (ñảo hay không ñảo) Bây giờ nếu ta mắc nhiều FF nối tiếp lại với nhau thì sẽ nhớ ñược nhiều bit Các ngõ ra sẽ phần hoạt ñộng theo xung nhịp ck Có thể lấy ngõ ra

ở từng tầng FF (gọi là các ngõ ra song song) hay ở tầng cuối (ngõ ra nối tiếp) Như vậy mạch có thể ghi lại dữ liệu (nhớ) và dịch chuyển nó (truyền) nên mạch ñược gọi là ghi dịch Ghi dịch cũng có rất nhiều ứng dụng ñặc biệt trong máy tính, như chính cái tên của nó: lưu trữ dữ liệu và dịch chuyển dữ liệu chỉ là ứng dụng nổi bật nhất

3.2.1 Cấu tạo

Ghi dịch có thể ñược xây dựng từ các FF khác nhau và cách mắc cũng khác nhau

nhưng thường dùng FF D, chúng ñược tích hợp sẵn trong 1 IC gồm nhiều FF (tạo nên

ghi dịch n bit) Hãy xem cấu tạo của 1 ghi dịch cơ bản 4 bit dùng FF D

Hình 3.2.1.1 Ghi dịch 4 bit cơ bản

3.2.2 Hoạt ñộng

Thanh ghi, trước hết ñược xoá (áp xung CLEAR) ñể ñặt các ngõ ra về 0 Dữ liệu cần dịch chuyển ñược ñưa vào ngõ D của tầng FF ñầu tiên (FF0) Ở mỗi xung kích lên của ñồng hồ ck, sẽ có 1 bit ñược dịch chuyển từ trái sang phải, nối tiếp từ tầng này qua tầng khác và ñưa ra ở ngõ Q của tầng sau cùng (FF3) Giả sử dữ liệu ñưa vào là 1001, sau 4

Nếu tiếp tục có xung ck và không ñưa thêm dữ liệu vào thì ngõ ra chỉ còn là 0 (các FFñã reset : ñặt lại về 0 hết Do ñó ta phải “hứng” hay ghim dữ liệu lại Một cách làm l

sử dụng 2 cổng AND, 1 cổng OR và 1 cổng NOT như hình dưới ñây

Hình 3.2.2.1 Cho phép chốt dữ liệu trước khi dịch ra ngoài

Dữ liệu ñược ñưa vào thanh ghi khi ñường ñiều khiển R/W control ở mức cao

(Write).Dữ liệu chỉ ñược ñưa ra ngoài khi ñường ñiều khiển ở mức thấp (Read)

Có nhiều cách chia loại thanh ghi dịch (SR)

- Theo số tầng FF (số bit) : SR có cấu tạo bởi bao nhiêu FF mắc nối tiếp thì có bấy nhiêu bit (ra song song) Ta có SR 4 bit, 5 bit, 8 bit, 16 bit …

Có thể có SR nhiều bit hơn bằng cách mắc nhiều SR với nhau hay dùng công nghệ CMOS (các máy tính sử dụng SR nhiều bit)

- Theo cách ghi dịch có:

SISO vào nối tiếp ra nối tiếp

SIPO vào nối tiếp ra song song

PISO vào song song ra nối tiếp

PIPO vào song song ra song song

- Theo chiều dịch có SR trái, phải, hay cả 2 chiều

- Theo mạch ra có loại thường và 3 trạng thái

Loại vào nối tiếp ra song song và ra nối tiếp

Loại vừa khảo sát ở mục 1 thuộc loại ghi dịch vào nối tiếp ra nối tiếp Đây cũng là cấu trúc của mạch ghi dịch vào nối tiếp ra song song Dữ liệu sẽ ñược lấy ra ở 4 ngõ Q của

4 tầng FF, vì chung nhịp ñồng hồ nên dữ liệu cũng ñược lấy ra cùng lúc

Hình 3.2.2.2 Mạch ghi dịch vào nối tiếp ra song song

Bảng dưới ñây cho thấy làm như thế nào dữ liệu ñược ñưa tới ngõ ra 4 tầng FF

Loại ñược nạp song song (vào song song) ra nối tiếp và song song

Bây giờ muốn ñưa dữ liệu vào song song (còn gọi là nạp song song) ta có thể tận dụng ngõ vào không ñồng bộ Pr và Cl của các FF ñể nạp dữ liệu cùng một lúc vào các

FF Như vậy có thể dùng thêm 2 cổng nand và một cổng not cho mỗi tầng Mạch mắc như sau

Hình 3.2.2.3 Mạch ghi dịch nạp song song

Mạch hoạt ñộng bình thường khi nạp song song ở thấp như ñã nói Khi nạp song song WRITE = 1 cho phép nạp

ABCD ñược ñưa vào Pr và Cl ñặt và xoá ñể Q0 = A, Q1 = B, … Xung ck và ngõ vào nổi tiếp không có tác dụng (vì sử dụng ngõ không ñồng bộ Pr và Cl)

Một cách khác không sử dụng chân Pr và Cl ñược minh hoạ như hình dưới ñây.Các cổng nand ñược thêm vào ñể nạp các bit thấp D1, D2, D3 Ngõ WRITE/SHIFT dùng ñể

cho phép nạp (ở mức thấp) và cho phép dịch (ở mức cao) Dữ liệu nạp và dịch vẫn ñược thực hiện ñồng bộ như các mạch trước

Hình 3.2.2.4 Mạch ghi dịch nạp song song ra nối tiếp

Với mạch hình 3.2.4b ngõ ra dữ liệu là nối tiếp, ta cũng có thể lấy ra dữ liệu song

song như ở hình 3.2.5, Cấu trúc mạch không khác so với ở trên Dữ liệu ñược ñưa vào cùng lúc và cũng lấy ra cùng lúc (mạch như là tầng ñệm và hoạt ñộng khi có xung ck tác ñộng lên

Hình 3.2.2.5 Mạch ghi dịch vào song song ra song song

Ghi dịch 2 chiều

Như ñã thấy, các mạch ghi dịch nói ở những phần trên ñều ñưa dữ liệu ra bên phải nên chúng thuộc loại ghi dịch phải Để có thể dịch chuyển dữ liệu ngược trở lại (dịch trái)

ta chỉ việc cho dữ liệu vào ngõ D của tầng cuối cùng, ngõ ra Q ñược ñưa tới tầng kế

tiếp, … Dữ liệu lấy ra ở tầng ñầu

Để dịch chuyển cả 2 chiều, có thể nối mạch như hình dưới ñây :

Hình 3.2.2.6 Mạch ghi dịch cho phép dịch chuyển cả 2 chiều

Với mạch trên, các cổng NAND và ñường cho phép dịch chuyển dữ liệu trái hay phải

Bảng dưới ñây minh hoạ cho mạch trên : dữ liệu sẽ dịch phải 4 lần rồi dịch trái 4 lần

Để ý là thứ tự 4 bit ra bị ñảo ngược lại so với chúng ở trên

Nhận thấy rằng các ghi dịch mô tả ở trên ñều dùng các FF rời, rồi phải thêm nhiều cổng

logic phụ ñể tạo các loại SR khác nhau Trong thực tế ghi dịch ñược tích hợp sẵn các

FF và ñã nối sẵn nhiều ñường mạch bên trong; người sử dụng chỉ còn phải làm một số

ñường nối bên ngoài ñiều khiển các ngõ cho phép thôi Các SR cũng ñược tích hợp sẵn

các chức năng như vừa có thể dịch trái dịch phải vừa vào nối tiếp vừa nạp song song

Ở ñây là một số ghi dịch hay ñược dùng :

7494 : 4bit vào song song, nối tiếp; ra nối tiếp

7495/LS95 : 4 bit, vào song song/nối tiếp; ra song song; dịch chuyển trái phải

7495/LS96 : 5 bit, vào nối tiếp/song song; ra song song nối tiếp

74164/LS164 : 8 bit vào song song ra nối tiếp

74165/LS765 : 8 bit, vào song song/nối tiếp; ra nối tiếp bổ túc

74166/LS166 : 8 bit; vào song song/nối tiếp; ra nối tiếp; có thể nạp ñồng bộ

74194/LS194 : 4 bit vào song song/nối tiếp; ra song song; nạp ñồng bộ dịch chuyển

trái phải 74195/LS195 : 4 bit, vào song/nối tiếp; ra song song; tầng ñầu vào ở JK

74295/LS295 : như 74194/LS194 nhưng ra 3 trạng thái

74395/LS295 : 4 bit vào song song; ra song song 3 trạng thái

Hình 3.2.2.8 Cấu trúc bên trong ghi dịch 74LS95

Sơ ñồ cấu tạo và bảng hoạt ñộng của IC như hình trên Các chế ñộ hoạt ñộng của nó như sau :

Dữ liệu vào ở 4 ngõ ABCD

Đưa ñiều khiển kiểu lên cao

Khi có ck1 hay ck2 thì dữ liệu sẽ ñược nạp vào ñồng thời các tầng của ghi dịch ở cạnh lên ñầu của xung ck

Thanh ghi dịch ñóng vai trò cực kì quan trọng trong việc lưu trữ, tính toán số học và logic Chẳng hạn trong các bộ vi xử lí, máy tính ñều có cấu tạo các thanh ghi dịch; trong vi ñiều khiển (8051) cũng có các ghi dịch làm nhiều chức năng hay như trong

nhân chia, ALU ñã xét ở chương 2 ghi dịch cũng ñã ñược ñề cập ñến Ở ñây không ñi

vào chi tiết mà chỉ nói khái quát ngắn gọn về ứng dụng của chúng

Ic 74HC595

IC 74HC595, ñây là thanh ghi dịch 8-bit vào nối tiếp ra song song Ta sö dông IC

này ñược dễ dàng

Chức năng các chân cũa IC 74HC595

- Chân DATA-IN (14) ñể ñưa dữ liệu nối tiếp vào

- Chân CLK (11) ñưa xung ñồng hồ -Chân LATCH(12) ñể chốt dữ liệu ñược gửi ra

8 ñầu ra ñược nối ñến 8 hàng của Led thông qua

mạch ñệm dòng (QA,QB,QB,QC,QD,QE,QF,QH)

- VCC và GND : chân cấp nguồn cho IC

- Chân QH’ chân dùng ñể mở rộng nếu có

ghép hơn 79HC595 Hình 3.4.1 Sơ ñồ chân của74HC595

Hình 3.4.2 Cấu tạo bên trong của 74HC595

Nguyên tắc hoạt ñộng

Cho 1 bit vào SERIAL DATA INPUT và tác ñộng vào chân SHIFT CLOCK, bít dữ liệu (1) sẽ ñược ñặt sẳn ở ngõ ra QA của 74HC595, tiếp tục ñưa vào bít (2) và tác ñộng vào SHIFT CLOCK thì bít dữ liệu (1) sẽ ñặt sẳn ở ngõ ra QB, bít dữ liệu (2) sẽ ñược ñặt sẳn ở ngỏ ra QA, tương tư ñến bít cuối cùng Chú ý là dữ liệu chỉ ñược chuẩn bị sẳn

ở các ngõ ra và chỉ ñược xuất ra khi tác ñộng vào chân LATCH CLOCK Bạn có thể xuất dữ liệu bất cứ lúc nào không phải cần chuẩn bị ñến bít cuối cùng

3.2.3 Lưu trữ và dịch chuyển dữ liệu

Đây là ứng dụng cơ bản và phổ biến nhất của chúng Ghi dịch n bit sẽ cho phép lưu trữ ñược n bit dữ liệu một thời gian mà chừng nào mạch còn ñược cấp ñiện Hay nói cách khác dữ liệu khi dịch chuyển ñã ñược trì hoãn một khoảng thời gian, nó tuỳ thuộc vào :

- Số bit có thể ghi dịch (số tầng FF cấu tạo nên ghi dịch)

- Tần số xung ñồng hồ

3.2.4 Tạo kí tự hay tạo dạng song ñiều khiển

Ta có thể nạp vào ghi dịch, theo cách nạp nối tiếp hay song song, một mã nhị phân của một chữ nào ñó (A, B, ) hay một dạng sóng nào ñó Sau ñó nếu ta nối ngõ ra nối tiếp của ghi dịch vòng trở lại ngõ vào nối tiếp thì khi có xung ck các bit sẽ dịch chuyển vòng quanh theo tốc ñộ của ñồng hồ Cách này có thể ñiều khiển sáng tắt của các ñèn (sắp xếp trên vòng tròn hay cách nào khác) Như mô phỏng sau là dạng sáng tắt của ñèn led Với tải cổng suất thì cần mạch giao tiếp công suất như thêm trans, rờ le, SCR, ñã nói ở chương 1 cũng sẽ ñược dùng Cũng có thể tạo ra dạng sóng tín hiệu tuần hoàn cho mục ñích thử mạch bằng cách này Ta có thể thay ñổi dạng sóng bằng cách thay ñổi mã

số nhị phân nạp cho ghi dịch, và thay ñổi tần số xung kích ck ñược cấp từ mạch dao ñộng ngoài từ 0 ñến 200MHz tuỳ loại mạch ghi dịch

Hình 3.4.3 Tạo dạng sóng ñiều khiển bởi ghi dịch

3.2.5 Chuyển ñổi dữ liệu nối tiếp sang song song và ngược lại

Các máy tính hay các bộ vi xử lí khi giao tiếp với nhau hay với các thiết bị ngoài

thường trao ñổi dữ liệu dạng nối tiếp khi giữa chúng có một khoảng cách khá xa Ngoài cách dùng các bộ dồn kênh tách kênh ở 2 ñầu truyền mà ta ñã nói ở chương 2 thì ghi dịch cũng có thể ñược dùng Các ghi dịch chuyển song song sang nối tiếp sẽ thay thế cho mạch dồn kênh và các ghi dịch chuyển nối tiếp sang song song sẽ thay thế cho mạch tách kênh Bên cạnh ghi dịch, cũng cần phải có các mạch khác ñể ñồng bộ, chống nhiễu, rò sai… nhằm thực hiện quá trình truyền nối tiếp hiệu quả

Hình 3.4.4 Truyền dữ liệu nối tiếp

3.2.6 Bus truyền dữ liệu

Bây giờ liệu với 8 ñường dữ liệu song song vừa nhận ñược từ tách kênh ñó (còn gọi là

1 byte), ta có thể dùng chung cho nhiều mạch ñược không? Sở dĩ có yêu cầu ñó là vì trong máy vi tính có rất nhiều mạch liên kết với nhau bởi các ñường dữ liệu ñịa chỉ gồm nhiều bit dữ liệu 8, 16, 32… mà ta ñã biết ñến nó với cái tên là bus Vậy bus chính

là các ñường dữ liệu dùng chung cho nhiều mạch (chẳng hạn bus giữa các vi xử lí, các chíp nhớ bán dẫn, các bộ chuyển ñổi tương tự và số,…

Chỉ có một ñường bus mà lại dùng chung cho nhiều mạch, do ñó ñể tránh tranh chấp giữa các mạch thì cần phải có một bộ phận ñiều khiển quyết ñịnh cho phép mạch nào ñược thông với bus, các mạch khác bị cắt khỏi bus Vậy ở ñây thanh ghi hay các bộ ñệm 3 trạng thái ñược dùng

Hình dưới minh hoạ cho ñường bus 8 bit nối giữa vi xử lí với bộ ñếm 8 bit, bàn phím,

và bộ 8 nút nhấn

Hình 3.4.5 Bus dữ liệu

Giả sử rằng cả thiết bị ñều cần giao tiếp với vi xử lí, nhưng chỉ có một ñường truyền nếu tất cả ñồng loạt ñưa lên thì có thể bị ảnh hưởng lẫn nhau giữa các dữ liệu, và thông tin nhận ñược là không chính xác Do ñó ở ñây vi xử lí sẽ quyết ñịnh: chẳng hạn nó ñặt ngõ OE1 cho phép bộ ñếm cho mạch ñếm ñưa dữ liệu lên bus còn chân OE2 và OE3 ngưng làm dữ liệu từ bàn phím và nút nhấn bị ngắt (chờ) tức ngõ ra các bộ ñệm hay thanh ghi 3 trạng thái ở trạng thái tổng trở cao Tương tự khi vi xử lí cần giao tiếp với các mạch khác Với tốc ñộ xử lí hàng trăm hàng ngàn MHz thì việc dữ liệu phải chờ là không ñáng kể do ñó giữa các thiết bị giao tiếp với nhau rất nhanh và dường như ñồng thời

3.3 Giải mã và mã hóa

3.3.1 Mả hóa

Mã hóa và giải mã không có gì xa lạ và là tất yếu trong ñời sống chúng ta Nó ñược dùng ñể dễ nhớ, dễ ñặt, dễ làm,…là quy ước chung cũng có thể phổ biến cũng có thể bí mật Chẳng hạn dùng chữ ñể ñặt tên cho 1 con ñường, cho 1con người; dùng số trong

mã số sinh viên, trong thi ñấu thể thao; quy ước ñèn xanh, ñỏ, vàng tương ứng là cho phép ñi,ñứng, dừng trong giao thông; rồi viết bức thư sử dụng chữ viết tắt, kí hiệu riêng

ñể giữ bí mật hay phức tạp hơn là phải mã hoá các thông tin dùng trong tình báo, vv…

Thông tin ñã ñược mã hoá rồi thì khi dũng cũng phải giải mã nó và ta chỉ giải ñược khi chấp nhận, thực hiện theo ñúng những quy ước, ñiều kiện có liên quan chặt chẽ tới mã hoá Trong mạch số, tất nhiên thông tin cũng phải ñược mã hoá hay giải mã ở dạng số.Trong những mục này, ta sẽ xem xét cụ thể cách thức, cấu trúc, ứng dụng của mã hoá giải mã số như thế nào

Trong các hệ thống số kể cả viễn thông, máy tính, các ñường ñiều khiển tuỳ chọn hay

dữ liệu ñược truyền ñi hay xử lí ñều phải ở dạng số hệ 2 chỉ gồm 1 và 0; có nhiều ñường tín hiệu chỉ có 1 bit như ñường ñiều khiển mở nguồn cho mạch ở mức 1; rồi có nhiều ñường ñịa chỉ nhiều bit chẳng hạn 110100 ñể CPU xác ñịnh ñịa chỉ trong bộ nhớ;

rồi dữ liệu dạng hex gửi xuống máy in cho in ra kí tự Tất cả các tổ hợp bit ñó ñược gọi

là các mã số (code) hay mã Và mạch tạo ra các mã số gọi là mạch mã hoá (lập mã: encoder)

Mã hóa 8 sang 3 ñường

Hình 3.3.1 1Khối mã hoá 8 sang 3

Mạch mã hoá 8 ñường sang 3 ñường còn

gọi là mã hoá bát phân sang nhị phân (có 8

ngõ vào chuyển thành 3 ngõ ra dạng số nhị

phân 3 bit Trong bất cứ lúc nào cũng chỉ có

1 ngõ vào ở mức tích cực tương ứng với chỉ

Y0 = I1 + I3 + I5 + I7

Y2 = I4 + I5 + I6 +I7

Dựa vào 3 biểu thức trên ta có thể vẽ ñược mạch logic như hình dưới ñây :

Hình 3.3.1.2 Cấu trúc mạch mã hoá 8 sang 3

Mã hóa 10 ñường sang 8 ñường

Mạch gồm bàn phím 10 phím nhấn từ SW0 ñến SW9 Các phím thường hở ñể các ñường I0 ñến I9 ở thấp do có ñiện trở khoảng nối xuống mass Trong 1 thời ñiểm chỉ có

1 phím ñược nhấn ñể ñường ñó lên cao, các ñường khác ñều ở thấp Khi 1 phím nào ñó ñược nhấn thì sẽ tạo ra 1 mã nhị phân tương ứng và sẽ làm sáng led nào nối với bit 1 của mã số ra ñó Mã này có thể ñược bộ giải mã sang led 7 ñoạn ñể hiển thị

Ví dụ khi nhấn phím SW2 mã sẽ tạo ra là 0010 và led hiển thị số 2 Như vậy mạch ñã

sử dụng 1 bộ mã hoá 10 ñường sang 4 ñường hay còn gọi là mạch chuyển ñổi mã thập phân sang BCD

Hình 3.3.1.3 Mạch mã hoá 10 sang 4 và ñèn led hiển thị

Rõ ràng với 10 ngõ vào, 4 ngõ ra; ñây là 1 bài toán thiết kế mạch logic tổ hợp ñơn giản

sử dụng các cổng nand như hình dưới ñây :

Hình 3.3.1.4 Cấu trúc mạch mã hoá 10 sang 4

Bảng 3.3.1.2 Bảng trang thái của mạch mã hoá 10 ñường sang 4 ñường

Trong thực tế hệ thống số cần sử dụng rất nhiều loại mã khác nhau như mã hex,nạp cho

vi ñiều khiển, mã ASCII mã hoá từ bàn phím máy tính dạng in kí tự rồi ñến các mã phức tạp khác dùng cho truyền số liệu trên mạng máy tính, dùng trong viễn thông, quân

sự Tất cả chúng ñều tuân theo quy trình chuyển ñổi bởi 1 bộ mã hoá tương ñương

3.3.2 Giải mã

Là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá tức là nếu có 1 mã số áp vào ngõ vào thì tương ứng sẽ có 1 ngõ ra ñược tác ñộng, mã ngõ vào thường ít hơn mã ngõ ra Tất nhiên ngõ vào cho phép phải ñược bật lên cho chức năng giải mã Mạch giải mã ñược ứng dụng chính trong ghép kênh dữ liệu, hiển thị led 7 ñoạn, giải mã ñịa chỉ bộ nhớ

Giải mã 3 sang 8

Mạch giải mã 3 ñường sang 8 ñường bao gồm 3 ngõ vào tạo nên 8 tổ hợp trạng thái, ứng với mỗi tổ hợp trạng thái ñược áp vào sẽ có 1 ngõ ra ñược tác ñộng

Hình 3.3.1.5 Khối giải mã 3 sang

8

Bảng 3.3.1.3 Bảng trạng thái của mạch giải

mã 3 sang 8

Từ bảng sự thật ta có thể vẽ ñược sơ ñồ mạch logic của mạch giải mã trên

Hình 3.3.1.6 Cấu trúc mạch giải mã 3 sang 8

Rút gọn hàm logic sử dụng mạch giải mã :

Nhiều hàm logic có ngõ ra là tổ hợp của nhiều ngõ vào có thể ñược xây dựng từ mạch giải mã kết hợp với một số cổng logic ở ngõ ra(mạch giải mã chính là 1 mạch tổ hợp nhiều cổng logic cỡ MSI) Mạch giải mã ñặc biệt hiệu quả hơn so với việc sử dụng các cổng logic rời trong trường hợp có nhiều tổ hợp ngõ ra

Ví dụ sau thực hiện mạch cộng 3 số X, Y, Z cho tổng là S và số nhớ là C thực hiện bằng mạch giải mã :

Giả sử mạch cộng thực hiện chức năng

logic như bảng sau :

Mạch giải mã BCD sang thập phân

74LS42 là IC làm nhiệm vụ giải mã 4 ñường sang 10

ñường Cấu tạo logic và bảng hoạt ñộng của nó sẽ

minh hoạ rõ hơn cho mạch giải mã này :

Bảng 3.3.1.4 Bảng trạng thái của 74LS42

Để ý là vì có 4 ngõ vào nên sẽ có 16 trạng thái logic ngõ ra Ở ñây chỉ sử dụng 10 trạng thái logic ñầu, 6 trạng thái sau không dùng Với mạch giải

mã 4 sang 16 thì sẽ tận dụng hết số trạng thái ra Một ñiểm nữa là các ngõ ra của 7442 tác ñộng ở mức thấp

Về nguyên tắc ta có thể mã hoá từ n ñường sang

m ñường và ngược lại giải mã từ m ñường sang n ñường, chức năng giữa mã hoá và giải mã không rõ rệt lắm, chúng ñều làm nhiệm vụ chuyển ñổi từ mã này sang mã khác (những mạch ở trên ñều nói ñến mã hệ 2, thực ra còn nhiều loại mã khác) Cũng chỉ có một số chúng ñược tích hợp sẵn trong IC như

7441, 7442 là giải mã BCD sang thập phân, 7443 là giải mã thừa 3 sang thập phân, … Nhiều mạch giải mã còn có thêm mạch chịu dòng hay thế cao hơn mạch logic TTL thông thường nên còn gọi là mạch giải mã thúc

Mạch sau minh hoạ cách kết hợp mạch ñếm sẽ học ở chương sau với mạch giải mã ñể cung cấp các hoạt ñộng ñịnh thời và ñịnh thứ tự, IC giải mã thúc 7445 ñược dùng vì tải

là ñộng cơ có áp lớn dòng lớn ngoài sức cung cấp của các IC giải mã thường

Hình 3.3.1.10 Ứng dụng 74LS45

Hình trên cho thấy, mạch ñếm tạo ra 16 tổ hợp trạng thái cho mạch mã hoá Phải 4 chu

kì xung ck thì Q3 mới xuống thấp, cho phép ñộng cơ ñược cấp nguồn; còn ñèn ñược

mở chỉ sau 8 chu kì xung ck Thời gian mở của tải là 1 chu kì xung ck Ta có thể ñiều chỉnh thời gian này từ mạch dao ñộng tạo xung ck Về nguyên tắc hoạt ñộng của mạch ñếm 74LS90 ta sẽ tìm hiểu ở chương sau

Giải mã BCD sang led 7 ñoạn

Một dạng mạch giải mã khác rất hay sử dụng trong hiển thị led 7 ñoạn ñó là mạch giải

mã BCD sang led 7 ñoạn Mạch này phức tạp hơn nhiều so với mạch giải mã BCD sang thập phân ñã nói ở phần trước bởi vì mạch khi này phải cho ra tổ hợp có nhiều ngõ ra lên cao xuống thấp hơn (tuỳ loại ñèn led anode chung hay cathode chung) ñể làm các ñoạn led cần thiết sáng tạo nên các số hay kí tự

Led 7 ñoạn

Trước hết hãy xem qua cấu trúc và loại ñèn led 7 ñoạn của một số ñèn ñược cấu tạo bởi

7 ñoạn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); ñược sắp xếp hình số 8 vuông (như hình trên) ngoài ra còn có 1 led con ñược ñặt làm dấu phẩy thập phân cho số hiện thị;

nó ñược ñiều khiển riêng biệt không qua mạch giải mã Các chân ra của led ñược sắp xếp thành 2 hàng chân ở giữa mỗi hàng chân là A chung hay K chung Thứ tự sắp xếp cho 2 loại như trình bày ở dưới ñây

Hình 3.3.1.11 Cấu trúc và chân ra của 1 dạng led 7 ñoạn

Hình 3.3.1.12 Led 7 ñoạn loại anode chung và cathod chung cùng

với mạch thúc giải mã

Để ñèn led hiển thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do ñó, các thanh led ñều phải ñược phân cực bởi các ñiện trở khoảng 180 ñến 390 ohm với nguồn cấp chuẩn thường là 5V IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b, g của led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung)

74LS47

Với mạch giải mã ở trên ta có thể dùng 74LS47 Đây là IC giải mã ñồng thời thúc trực tiếp led 7 ñoạn loại Anode chung luôn vì nó có các ngõ ra cực thu ñể hở và khả năng nhận dòng ñủ lớn Sơ ñồ chân của IC như sau :

Hình 3.3.1.13 Kí hiệu khối và chân ra 74LS47

Hình 3.3.1.14 Cấu trúc bên trong của 74LS47 và dạng số hiển thị

Hoạt ñộng của IC ñược tóm tắt theo bảng dưới ñây

Bảng 3.3.1.5 Bảng trạng thái của 74LS47

- Nhận thấy các ngõ ra mạch giải mã tác ñộng ở mức thấp (0) thì led tương ứng sáng

- Ngoài 10 số từ 0 ñến 9 ñược giải mã, mạch cũng còn giải mã ñược 6 trạng thái khác,

ở ñây không dùng ñến (ghi chú 2)

- Để hoạt ñộng giải mã xảy ra bình thường thì chân LT và BI/RBO phải ở mức cao

- Muốn thử ñèn led ñể các led ñều sáng hết thì kéo chân LT xuống thấp (ghi chú 5)

- Muốn xoá các số (tắt hết led) thì kéo chân BI xuống thấp (ghi chú 3)

Khi cần giải mã nhiều led 7 ñoạn ta cũng có thể ghép nhiều tầng IC, muốn xoá số 0 vô nghĩa ở trước thì nối chân RBI của tầng ñầu xuống thấp, khi này chân ra RBO cũng xuống thấp và ñược nối tới tầng sau nếu muốn xoá tiếp số 0 vô nghĩa của tầng ñó (ghi

chú 4) Riêng tầng cuối cũng thì RBI ñể trống hay ñể mức cao ñể vẫn hiển thị số 0 cuối cùng

Những IC giải mã thúc led 7 ñoạn khác

Ngoài 74LS47 ra còn có một số IC cũng làm chức năng giải mã thúc led 7 ñoạn ñược

kể ra ở ñây :

Một số IC còn có khả năng tổng hợp mạch ñếm, chốt và giả mã thúc trong cùng 1 vỏ như 74142, 74143, 74144 thậm chỉ bao gồm cả led trong ñó như HP5082, TIL308

IC giải mã thúc loại CMOS

-Họ CMOS cũng có các IC giải mã thúc led 7 ñoạn tương ứng, ở ñây giới thiệu qua về

4511

Hình 3.3.1.15 Kí hiệu khối và chân ra của 4511

4511 có khả năng thúc, giải mã và chốt dữ liệu cùng 1 lúc Các ngõ ra như ñã thấy ở trên ñều tác ñộng mức cao nên 4511 dùng cho giải mã led 7 ñoạn loại K chung Các chân BI, LT cũng có chức năng tương tự như bên 74LS47 Đặc biệt chân LE cho phép chốt dữ liệu lại khi nó ở cao Vì cấu trúc có sẵn mạch thúc 8421 trong nó nên 4511 còn

có thể thứ trực tiếp thúc hay thúc ñược tải lớn hơn như ñèn khí nóng sáng, tinh thể lỏng, huỳnh quang chân không

Những ứng dụng chính của nó là mạch thúc hiển thị trong các bộ ñếm, ñồng hồ DVM…, thúc hiển thị tính toán máy tính, thúc giải mã trong các bộ ñịnh thời, ñồng hồ khác nhau

IC 74HC154

IC 74HC154 là Ic giải mã/ giải ña hợp Chíp CMOS này ñược dung ñể giải mã cột, 4 ñường vào , 16 ñường ra 16 ñường ra này ñược nối ñến 16 cột ñể làm nhiệm vụ ñưa tín hiệu cho phép ra cột

Chức năng các chân của IC 74HC154

- Chân Vcc, GND (24, 12) : nguồn cấp cho IC

- Chân A0, A1, A2, A3: ngõ chọn chân kênh ra

(mã nhi phân ñưa vào)

- Các chân ngõ ra (chân 2
chân 11 và

chân 13
chân17)

- Chân 18 và chân 19 chân cho phép hoặc

có thể mở rộng thêm IC 74HC154 Hình 3.3.1.16 Sơ ñồ chân 74HC154

+Cho dữ liệu mã nhị phân vào và A0=0, A1=0, A2=0, A3=0 Khi ñó ngõ ra tương

ứng: chân số 1 bằng 0 và các chân còn lại ñều bằng 1

+Cho dữ liệu mã nhị phân vào và A0=1, A1=0, A2=0, A3=0 Khi ñó ngõ ra tương ứng: chân số 2 bằng 0 và các chân còn lại ñều bằng 1