MẠCH QUANG BÁO GIAO TIẾP MÁY TÍNH VÀ BÀN PHÍM PS2

THỰC HIỆN ĐỀ TÀI QUANG BÁO

Đề tài:

Mạch quang báo hiển thị chữ Ledmatrix

Giáo viên hướng dẫn: Lê Hồng Nam

Nhóm 3:

Trần Minh Phong

Nguyễn Văn Phú

Nguyễn Hưu Nam

Sơ đồ nguyên lí và phân công nhiêm vụ:

Phần cứng:

Trần Minh Phong: mạch nguồn và mạch trung tâm

Nguyễn Văn Phú :mạch quét cột và ledmatrix

Nguyễn Hữu Nam: mạch quét cột và ledmatrix

Phần mềm:

Trần Minh Phong: giao tiếp máy tính và giao tiếp eeprom

Nguyễn Văn Phú: giao tiếp bàn phím và sắp xếp dữ liệu

Nguyễn Hữu Nam: điều khiển hàng cột

Lịch trình làm việc:

Trần Minh Phong:

Tuần 1:

- Thứ 2 ngày 25/2:

Bốc thăm chọn đề tài, đề tài mạch quang báo

Nghe thầy phổ biến yêu cầu và nội dung thực hiện

Thầy kiểm tra các thành viên

Bắt đầu phân công nhiệm vụ tìm hiểu về các modul

Tuần 2:

- Thứ 2 ngày 4/3:

Tìm hiểu tiếp các thiết bị có bán trên thị trường có chức năng giống với đề tài.thông

số kĩ thuật,nguyên lí làm việc,phân chia modul và tìm hiểu modul

Tìm hiểu các linh kiện

Thầy thông qua sơ đồ mạch,nhiệm vụ

Chưa đạt yêu cầu

Kiểm tra các linh kiện.lắp ráp mạch,hàn mạch và test thử mạch nguồn

Mạch đã hoạt đông được tuy nhiên dòng không đủ để cấp nguồn

Làm lại mạch nguồn thành mạch nguồn xung

- Thứ 4 ngày 20/3:

Tín toán thiết kê mạch nguồn xung

Vẽ lưu đồ thuật toán và chương trình con phần giao tiếp máy tính,giao tiếp eeprom

- Thứ 6 ngày 22/3:

Hoàn thiên mạch và chương trình

Phân chia nhiệm vụ của từng người trong khối mạch

Nhận được khối hiển thị led matrix và quét cột

- Thứ 2 (11/3):

Thầy kiểm tra sơ đồ mạch,nhiệm vụ

Chưa đạt yêu cầu

Test hoạt động của ic 74hc595 bằng board test

Ic hoạt động đúng như tính toán thiết kế

- Thứ 4 (20/3):

Vẽ lưu đồ thuật toán của phần điều khiển hàng cột

- Thứ 6 (22/3):

Viết chương trình con phần điều khiển hàng cột

Hoàn thiên mạch và chương trình

Sinh Viên : Nguyễn Văn Phú

Đề tài: mạch quang báo giao tiếp máy tính và bàn phím.

Phân công công việc:

+ Phần cứng: khối led matrix và khối quét cột

+ Phần mềm: giao tiếp bàn phím và sắp xếp dữ liệu

Thứ 4 (6/3)

- Tìm hiểu về các linh kiện trong khối quét cột: IC74HC595 và ULN2803

- Tìm hiều về bàn phím PC và chuẩn giao tiếp bàn phím PS2

Thứ 6(15/3)

- Test board mạch quét dùng IC74HC595 và IC ULN 2803

- Mạch hoạt động theo đúng nguyên lý

Thứ 2(18/3)

- Vẽ layout mạch led matrix và mạch quét cột

- Tiến hành gắn linh kiện vào mạch

Thứ 4(20/3)

- Kiểm tra hoạt động của mạch led

- Kiểm tra hoạt động của mạch quét cột

- Mạch hoạt động đúng

- Tìm hiểu thuật toán giao tiếp bàn phím và sắp xếp dữ liệu

Thứ 6(22/3)

- Viết chương trình giao tiếp bàn phím PC và kiểm tra chương trình

- Viết chương trình về sắp xếp dữ liệu để đưa ra led matrix

- Hoàn thiện mạch và chương trình

Tìm hiểu về thiết bị trên thị trường:

Trần Minh Phong

Sản phẩm:bảng led chạy chữ đơn sắc và đa sắc của công ty sản xuất biển quảng

cáo HOA NGÂN:

- ứng dụng: hiển thị một đoạn thông tinh,một hình ảnh,chạy chữ tùy ý

được sử dụng nhiều trong các ngân hàng,các điểm giao dịch,trung tâm chứng khoán,cửa hàng

- thông số kĩ thuật:

* Thiết kế của bảng điện tử: Khung sắt chịu lực bên trong ,vỏ nhôm ( Aluminum ) tạo thẩm

mỹ bên ngoài

* Hiển thị Text và Hình ảnh 1->3 màu: Nội dung có thể thay đổi từ phần mềm trên máy tính

* Lọai Led :Sử dụng Led Module Outdoor /Indoor chuyên dụng

* Xuất xứ chip Led: USA

* Nguồn điện sử dụng:220-240VA

* Nhiệt độ họat động của bảng: -20->60C

* Công suất tiêu thụ tối đa: 700W /1m2

* Thông tin thay đổi : từ máy tính

* CPU sử dụng:IC AVR của hãng Atmel (USA)

* Kết nối: Trực tiếp với máy tính

* Phương thức truyền:Trực tiếp thông qua chuẩnRS -232, RS-485(xa nhất 10,000m )

* Lớp chống thấm: IP65 an tòan tuyệt đối khi để ngòai trời

- Các modul của sản phẩm:

Modul giao tiếp: chuẩn RS-485

Chức năng:kết nối với máy tính để điều khiển và nhận dữ liệu từ máy tính

Phần mềm trên máy tính :có khả năng chỉnh sửa thông tin ,sử dụng các chức năng của bàn phím như trong các phần mềm sọan thảo của hệ thống phần mềm vi tính

Mirosoft,gõ tiếng việt theo kiểu VNI hay TELEX,lưu thông tin đã nhập thành File , cho phép đọc lại thông tin đã lưu

modul hiển thị: có khả năng hiển thị đoạn hình ảnh,chạy chữ…

Nguyễn Hữu Nam

Sản phẩm:bảng led hiển thị ledmatrix cỡ vừa và nhỏ của công ty THẾ GIỚI LED

sản xuất

Các đặc tính cơ bản của Bảng điện tử Led:

Nguyễn Văn Phú:

Sản Phẩm: Biển quảng cáo điện tử led chạy chữ 3 màu

Công ty quảng cáo HÙNG THẮNG

-Bóng Led

Bóng đèn led chuyên dùng ngoài trời loại cực sáng,

Mỗi led cụm gồm 8 x 8 điểm ảnh

Tuổi thọ Led trên 100.000giờ sử dụng

Đảm bảo nhìn rõ nội dung hiển thị giữa ban ngày, kể cả dưới ánh nắng trực tiếp

-Độ sáng

4000 cd ansi lumens/m2

(gấp khoảng hơn 100 lần so với máy chiếu)

-Công suất tiêu thụ

Công suất tối đa: 150W/m2

- Khung vỏ

Sử dụng khung nhôm định hình sơn tĩnh điện, loại tốt

Có hệ thống treo lắp kiên cố, chống va đập và mọi điều kiện thời tiết khắc nghiệt khác

Có thể tháo lắp để bảo dưỡng định kỳ dễ dàng

-Điều khiển, truyền thông tin

Thông qua giao diện máy tính soạn thảo các nội dung trên màn hình trên máy tính

Có thể thay đổi nội dung và kỹ xảo hiển thị một cách dễ dàng

Thời gian truyền thông tin 10 giây

Phần mềm có bản quyền của nhà thầu cung cấp

-Khả năng hiển thị

Trên 40 kỹ xảo hiển thị

Có thể điều chỉnh thời gian hiện chữ, dừng hình tuỳ ý

KHỐI GIẢI MÃ VÀ CHỐT DỮ LIỆU HÀNG

KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM (AT89c51)

KHỐI GIAO TIẾP

MAY

TINH

KHỐI GIẢI

MÃ ĐỊA CHỈ CỘT

BẢNG LED MATRIX (32X80)

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MẠCH QUANG BÁO

GIAO TIẾP MÁY TÍNH

1.1 Nhiệm vụ của mạch

Mạch quang báo giao tiếp máy tính có nhiệm vụ hiển thị văn bản cùng với các hiệu ứng theo mong muốn của người sử dụng Văn bản có thể được nhập trực tiếp thông qua một bànphím máy tính gắn ngoài, hoặc có thể được nhập từ máy tính PC thông qua kết nối với cổngUSB

1.2 Sơ đồ khối và nhiệm vụ từng khối

a Sơ đồ khối

Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch quang báo giao tiếp máy tính

b Nhiệm vụ từng modul:

Modul hiển thị và điều khiển trung tâm:

Khối điều khiển trung tâm

Gồm vi điều khiển có nhiệm vụ xử lý tất cả các hoạt động của mạch: điều khiển nhận tín hiệu từ keyboard, điều khiển giao tiếp với PC, điều khiển hoạt

động xuất dữ liệu hàng và quét cột Các hoạt động này được thực hiện bằng phần mềm nạp bên trong vi điều khiển

Khối giải mã địa chỉ cột

BAN

PHIM PS/2

Nhận tín hiệu từ Vi Điều Khiển, từ đó đưa ra tín hiệu cho phép cột LED nào trên bảng ma trận LED được phép sáng Tại mỗi thời điểm chỉ có một cột LED được phép sáng.Tín hiệu sau đó được đưa qua bộ đệm dòng cho cột.

Khối giải mã và chốt dữ liệu hàng

Nhận tín hiệu từ Vi Điều Khiển, chốt dữ liệu sau đó được đưa qua bộ đệm dòng cho hàng

Khối hiển thị:

Khối hiển thị gồm 40 led ma trận 8x8 tạo thành ma trận 32x80 có nhiệm vụ hiển thị kí tự được nhập Khối ma trận được ghép nối với khối giải mã hàng và cột

Modul giao tiếp:

Khối Keyboard

Chính là bàn phím PS dạng đầy đủ của PC Khi nhấn phím, dữ liệu tương ứngđược xuất hiện trên ma trận led thông qua sự điều khiển của khối trung tâm

Khối giao tiếp máy tính

Truyền nhận dữ liệu 2 chiều,chuyển đổi mức điện áp logic phù hợp

1.3 Chọn lựa linh kiện các khối

Khối điều khiển trung tâm: chọn bộ vi điều khiển AT89c52

- Ngày nay Vi Điều Khiển được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hướng điều

khiển do kích thước gọn, khả năng tích hợp cao nhiều tính năng trong một con ViĐiều Khiển khiến cho mạch điện tử trở nên đơn giản hơn nhiều

- Giá thành của Vi Điều Khiển không quá đắt như Vi xử lý Trên thế giới hiện có rất

nhiều nhà sản xuất Vi Điều Khiển (ATMEL, ZILOG, MicroChip, Motorola,Cypress…) Sự cạnh tranh của các nhà sản xuất về giá thành và khả năng tích hợpđem lại lợi ích cho người sử dụng

- Vi Điều Khiển được coi như một “small computer” hay System On Chip (SoC).

Bên trong vi điều khiển bao gồm CPU, ROM , RAM, EEPOM, các giao tiếp ngoại

vi, các khối số học và tương tự (ADC,DAC, op-amp, bộ so sánh…) tuỳ theo từngloại

- Tại Việt Nam, thị trường vi điều khiển khá sôi động Các công cụ phát triển cho vi

điều khiển cũng rất đa dạng và có thể tìm kiếm dễ dàng qua Internet

Đây là những lí do chính để nhóm quyết định lựa chọn vi điều khiển AT89c52 Khối giải mã địa chỉ cột: lựa chọn IC 74HC595 (4c) và IC ULN2803 (4c).

Khối giải mã và chốt dữ liệu hàng: lựa chọn IC 74HC573 và IC TD62783 (8c).

Khối hiển thị: sử dụng 40 led ma trận 8x8 tạo thành bảng ma trận 32x80.

Khối Keyboard: bàn phím PS2 của máy tính.

Khối giao tiếp máy tính: max485 và Pl2303-giao tiếp qua cổng USB

EEPROM24c64:lưu dữ liệu nhận từ máy tính

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Thiết kế mạch:

2.1.1 Khối trung tâm:

Nguyên lí hoạt động:

Nhận dữ liệu từ PC,bàn phím

Xử lí dữ liệu,lưu dữ liệu từ máy tính vào eeprom

Xuất dữ liệu ra Port 0

Xuất tính hiệu điều khiển hàng cột ra Port1

Tính toán chọn linh kiện:

Khối matrix 16x80 => để quét hết 1 màn hình cần 2x80=160byte dữ liệu

Ta thiết kế chạy 1 dòng chữ tối đa là khoảng 10 màn hình.tức là cần

1600 byte dữ liệu hay khoảng 1.5Kbyte

Chọn eeprom 24c64 có khả năng chứa 8Kbyte dữ liệu

Các điện trở kéo lên nguồn 4.7k

Kiểm tra các chân nguồn và đất của các IC đủ áp

IC89c52,kiểm tra chân EA: ở mức cao 5v

Chân reset,sau khi đóng mạch một thời gian,đo áp ở mức thấp

Eeprom 24c64,khi chưa hoạt động,2 chân sda và scl ở mức 5v

Bàn phím:khi chưa giao tiếp chân clk và data ở mức cao

2.1.2 Khối điều khiển hàng

+ dùng 74hc573 để chốt dữ liệu hàng

+ giả sử thời gian quét hết 1 màn hình led là T

Thời gian mỗi cột sáng trong mỗi chu kì quét là t

Thì ta có quan hệ: t = T/80

 dòng tức thời của mỗi điểm led:

Vì dòng qua trở là liên tục khi quét nên P R=i tt2 R=6.4 w

Do đó,với bảng led ta chia làm 2 phần,lúc này dòng qua trở chỉ 1 nửa chu kì quét

Tính toán:

IC ghi dich 74hc595

Tính toán dòng chịu đựng: như ở trên ta tính được dòng tức thời của mỗi điểm led là

800mA

Trường hợp tất cả các điểm led trong 1 cột sáng hết thì :

dòng tức thời phải chịu là 800mAx16 = 12.8A

dòng trung bình phải chịu 10mAx16 =160mA

chọn IC hút dòng uln2803

tính toán thời gian quét:

dựa trên hiện tượng lưu ảnh của mắt 1/8s : 1/24s ta chọn quết 30 hình/s

như vậy để quét hết 1 hình mất 1/30 s

1 hình có 80 cột,ta quét 80 cột trong 1/30s thì thời gian sáng của mỗi cột là (1/30)/80 = 4.17ms.do đó ta thực hiện dich với chu kì xung clock là 4ms

Cách đo và kiểm tra linh kiện:

Mạch bao gồm IC 74HC595, IC ULN2803, LED MATRIX

+ Đo và kiểm tra IC 74HC595.

Sơ đồ chân và cấu tạo bên trong của IC

- Để kiểm tra điện áp cấp cho nó đã đúng chưa chúng ta tiến hành đo, sử dụng đồng hồ với thang đo 20Vdc, khi đã cấp nguồn vào mạch ta đo lần lượt chân 8(GND) = 0v, chân 16(VCC) = 5v, chân 13(OE) = 0v, chân 10(RESET) = 5v.

Nếu đúng như vậy tức là đã cấp đúng cho IC74HC595

- Để kiểm tra xem IC có bị hư hỏng hay còn sử dụng được phải dùng mạch tạo xung sử dụng IC 555, gắn ở test board,khi kiểm tra 595 thì chúng ta tháo chúng từ mạch rồi gắn vào mạch test

+ Đo và kiểm tra IC ULN2803.

Sơ đồ chân và cấu tạo bên trong của ULN2803

- Để kiểm tra điện áp cấp cho IC đã đúng hay chưa chúng ta tiến hành đo,sử dụng đồng hồ đo với thang đo 20Vdc, khi đã cấp nguồn vào mạch ta tiến hành đo chân 9(GND) = 0V ,chân 10(VCC) = 5V

Nếu đúng như vậy tức là đã cấp nguồn đúng cho IC

- Kiểm tra IC:

IC ULN2803 là IC đảo,khi ngỏ vào 5V thì ngõ ra sẽ là 0V, và khi ngõ vào 0V thì ngõ ra sẽ là 5V.ta chỉ cần rút IC ra khỏi mạch mà cắm vào test board và kiểm tra nhưdatasheet

+ Đo và kiểm tra LED MATRIX

- Trong hình trên chân dài là hàng, theo

lượt qua các cột, nếu sáng là LED còn hoạt động, Nếu không sáng là đã cháy

2.1.4 Mạch nguồn:

2.1.2.1 Nguyên lí hoạt động:

Điện áp vào 220VAC – 50Hz qua cầu diode chỉnh lưu toàn kì và qua tụ để san phẳng

sóng,loc sóng hài,qua tụ chỉ còn một áp một chiều và các gợn sóng hài nhỏ

IC tl494 tạo xung với tần số 90KHz điều khiển cho FET đóng ngắt liên tục làm cho dòng qua cuộn sơ cấp biến áp xung cũng biến thiên liên tục với tần số đó,do hiện tượng cảm ứng

sẽ sinh ra áp đỉnh 12v ở cuộn thứ cấp cũng biến thiên như ở cuộn sơ cấp,áp ở cuộn thứ cấp

sẽ qua tụ lọc san phẳng sóng,lọc hài tạo áp 12v ổn định

Như vậy để nuôi đủ toàn mach ta chọn dòng cung cấp 15A – 12V

2.1.4.2 Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn

2.1.4.3 Tính toán chọn linh kiện

- áp ngõ ra 12v

- dòng ngõ ra max: 15A

- công suất tối đa ngõ ra : 12x15= 180w

- hiệu suất máy biến áp :87%  Pcc = 207w

- tần số xung : 90kHz

Biến áp hạ áp 220Vac/50Hz xuống 12Vac/50Hz

Nguồn này để cung cấp cho khối tạo xung nên dòng không lớn,chỉ với IC ổn áp7812 là đủ,không cần BJT nâng dòng

Hai bộ error amplifier ta không dùng nên chân không dảo nối đất,chân invert nối với

Vref(=5v) tạ ra bởi chính con tl494

BJT đệm đảo pha 2sa1015: chọn Ic=2mA

Khi dẫn,BJT hoạt động ở chế độ bão hòa Vce = 0.2v

Áp ngõ vào 220Vac – 50Hz,qua cầu diode chỉnh lưu toàn kì

ở trên ta tính được công suất ở sơ cấp Pcc = 207 w

Chọn được FET IRF740

2.1.4.4:Đo đạc kiểm tra mạch:

Đo áp của phần tạo trước 12v cấp chi IC tạo xung: áp ra đúng 12v

Phần IC tl494: - đo áp Vcc chân 12: 12v

- đo áp Vref = 5v

- đo áp chân 4(deadtime) 1.25v lúc này xung ngõ ra Ton = Toff

- đo xung ngõ ra chân số 11,Ton = Toff,kiểm tra đúng tần số

2.2 Sơ đồ nguyên lí của mạch quang báo:

2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch quang báo

Mạch điện sử dụng Vi Điều Khiển nên về phần cứng khá đơn giản Khối điều khiểntrung tâm sử dụng Vi Điều Khiển 89S52 và eeprom 24c64 để lưu dữ liệu từ máy tính Khốichốt dứ liệu dùng 74hc573 và nâng dòng dùng TD62783

Khối mạch dịch cột sử dụng IC 74HC595, đây là thanh ghi dịch 8-bit vào nối tiếp rasong song Ta sử dụng IC này nhằm mục đích tiết kiệm chân giao tiếp với Vi Điều Khiển.Chân DATA-IN (14) để đưa dữ liệu nối tiếp vào, chân CLK (11) đưa xung đồng hồ dịch bit,chân LATCH(12) để chốt dữ liệu được gửi ra 8 đầu ra được nối đến 8 cột của bảng LEDthông qua mạch đệm dòng(ULN2803)

Nguyên lý hoạt động: Chương trình phần mềm chứa trong Vi Điều Khiển làm nhiệm

vụ điều khiển chính mọi hoạt động của mạch Chương trình phần mềm gồm có nhiềuchương trình con: chương trình hiển thị, chương trình quét phím, giao tiếp máy tính,ghi vàđọc dữ liệu từ EEPROM

Chương trình Visual C# chạy trên máy tính có nhiệm vụ nhận chữ của người dùng vàxuất ra dữ liệu 8 bit Chương trình viết cho vi điều khiển sẽ nhận dữ liệu này thông quacổng nối tiếp Bình thường vi điều khiển chạy và hiển thị chữ đã có sẵn trong EEPROMnhưng khi có dữ liệu nhận được từ cổng nối tiếp thì một chương trình ngắt nối tiếp sẽ đượcgọi để lưu dữ liệu từ trên máy tính gửi xuống vào EEPROM Ưu điểm của việc dùng ngắtnày là vào bất kì thời điểm nào vi điều khiển cũng có thể nhận dữ liệu mà không làm ảnhhưởng đến nội dung đang hiển thị trên ma trận led

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN

3.1 Lưu đồ thuật toán quét Led matrix

Cho phép chốt byte dữ liệu thứ haiNạp byte dữ liệu thứ hai

Ngưng chốt dữ liệu,xuất 2 byte

dữ liệu đồng thời ra hàng led Delay 4ms

Xóa dữ liệu hàngĐưa bit 0 ra chân dữ liệu nối tiếpThiết lập chọn màu quét, tốc độ quét,nạp con trỏ quét

3.2 Lưu đồ thuật toán giao tiếp máy tính:

Kiểm tra dữ liệu cần truyền hết chưa?

end

Xử lí dữ liệuKhởi tạo 8051 ở chế độ giao tiếp nối tiếp