Mạch vi điều khiển AVR thực hiện chức năng đọc giá trị từ bàn phím ma trận 3x4 và hiển thị kí tự tương ứng lên màn hình Led ma trận 8x8”. Đây là một đề tài có tính ứng dụng rất cao vì hiện nay việc sử dụng màn hình Led để quảng cáo, tạo thẩm mĩ cho các toà nhà hay là thiết kế Logo có nhu cầu rất nhiều
Trang 1MỤC LỤC
BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC 3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH 5
LỜI MỞ ĐẦU 6
NỘI DUNG 7
Chương 1: TỔNG QUAN VÀ CẤU TRÚC CÁC KHỐI CHỨC NĂNG 7
1.1 Tổng quan về sản phẩm 7
1.1.3 Chức năng và yêu cầu của sản phẩm 7
1.2.2 Ứng dụng thực tiễn 7
1.2 Các khối chức năng của sản phẩm 8
1.2.1 Khối mạch nguồn 8
1.2.2 Khối mạch Led 8
1.2.3 Khối trung tâm 9
Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 10
2.1 Tiêu chí sản phẩm 10
2.2 Nguyên lí hoạt động của mạch 10
2.3 Cấu trúc phần cứng của hệ thống 10
2.3.1 Vi điều khiển trung tâm AVR Atmega16 10
2.3.2 IC Max 7219 11
2.3.4 Led matrix 12
2.4 Sơ đồ mạch 12
Chương 3: KẾT QUẢ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐÁNH GIÁ 14
3.1 Kết quả thực hiện sản phẩm 14
3.2 Ưu, nhược điểm của sản phẩm 15
3.2.1 Ưu điểm 15
3.2.2 Nhược điểm 15
3.4 Hướng phát triển và ứng dụng của đề tài 15
3.5 Tổng kết chương 3 15
KẾT LUẬN 16
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 17
Trang 2DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Biển quảng cáo sử dụng màn hình LED 7
Hình 1.2 Ứng dụng màn hình LED và hiển thị các Logo 7
Hình 1.3 Khối mạch nguồn 5V 8
Hình 1.4 Khối IC Max 7219 và Led ma trận 8x8 8
Hình 1.5 Khối xử lí trung tâm sử dụng Atmega 16 9
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí mạch mô phỏng trên phần mềm Proteus 12
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí mạch mô phỏng trên phần mềm Orcad Capture 13
Hình 3.1 Mạch in sản phẩm thực tế 14
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Đến với đề tài kết thúc học phần này bọn em được chọn đề tài đó là thiết
kế “Mạch vi điều khiển AVR thực hiện chức năng đọc giá trị từ bàn phím ma trận 3x4 và hiển thị kí tự tương ứng lên màn hình Led ma trận 8x8” Đây là một
đề tài có tính ứng dụng rất cao vì hiện nay việc sử dụng màn hình Led để quảng cáo, tạo thẩm mĩ cho các toà nhà hay là thiết kế Logo có nhu cầu rất nhiều Và chúng em xem đó như là một động lực để nhóm có thể đầu tư thêm nhiều thời gian, công sức để cố gắng hoàn thiện sản phẩm tốt nhất có thể
Đề tài gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan và cấu trúc cách khối chức năng
Chương 2: Thiết kế, chế tạo và cấu trúc phần cứng
Chương 3: Kết quả hoạt động và đánh giá
Trang 4NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN VÀ CẤU TRÚC CÁC KHỐI CHỨC NĂNG 1.1 Tổng quan về sản phẩm
1.1.3 Chức năng và yêu cầu của sản phẩm
Để đọc được giá trị từ bàn phím 3x4 và sau đó hiển thị lên màn hình LED ma trận 8x8 thì có các chức năng và yêu cầu sau:
+ Nhập và đọc các kí tự từ bàn phím 3x4
+ Xử lý và hiển thị các kí tự vừa nhập từ bàn phím lên ma trận 8x8
+ Mạch thiết kế các kết nối hợp lí, không bị chồng chéo
+ Đảm bảo tính thẩm mỹ và độ hoàn thiện sản phẩm cao
1.2.2 Ứng dụng thực tiễn
Sản phẩm là một mô hình nhỏ và làm tiền để có thể thiết kế những bản mạch khác lớn hơn Và hiện nay, việc sử dụng màn hình LED rất phổ biến, điển hình trong các biển quảng cáo, logo công ty, cửa hàng, các bản áp phích v.v…
Hình 1.1 Biển quảng cáo sử dụng màn hình LED
Hình 1.2 Ứng dụng màn hình LED và hiển thị các Logo
Trang 51.2 Các khối chức năng của sản phẩm
1.2.1 Khối mạch nguồn
Khối mạch và chỉnh lưu: Sử dụng diode cầu 5A để chỉnh lưu điện áp xoay chiều
có giá trị hiệu dụng ta lấy là 12V Chúng kết hợp với tụ chỉnh lưu để tạo ra điện áp DC
có giá trị 15V Sử dụng IC 7805 để chuyển điện áp đầu vào 15V thành điện áp có mức 5V IC cho dòng ra 500mA – 1A
Hình 1.3 Khối mạch nguồn 5V 1.2.2 Khối mạch Led
- Khối đèn Led ma trận 8x8 được gắn song song với chip IC Max 7219 sử dụng cổng giao tiếp SPI (gồm 3 chân LCK, SS, DIN, LOAD) cùng với mạch nạp Có khả năng đọc nối tiếp từ Master và dịch song song để đưa tín hiệu ra khối đèn Led
Hình 1.4 Khối IC Max 7219 và Led ma trận 8x8 1.2.3 Khối trung tâm
Trang 6- Sử dụng Atmega 16 và phần mềm lập trình CodeVisionAVR đồng thời kết nối với bộ tạo dao động thạch anh 16MHz cùng với mạch nạp giao tiếp qua cổng SPI Có chức năng điều khiển toàn bộ hoạt động của thiết bị bao gồm nhận thông tin từ bàn phím, đưa tín hiệu qua cổng SPI cho Led ma trận 8x8
Hình 1.5 Khối xử lí trung tâm sử dụng Atmega 16
Trang 7Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 2.1 Tiêu chí sản phẩm
- Đối với sản phẩm để đọc được giá trị từ bàn phím 3x4 và sau đó hiển thị lên màn hình LED ma trận 8x8 thì có các tiêu chí sau:
+ Sản phẩm có thể hoạt động hiển thị các kí từ vừa nhập từ bàn phím 3x4 lên màn hình LED ma trận 8x8
+ Có sơ đồ đi dây, layout thiết kế phù hợp, đảm bảo tính thẩm mỹ
+ Các múi hàn đẹp, gòn gàng Cố định chắc chắn các linh kiện
2.2 Nguyên lí hoạt động của mạch
- Khi cấp nguồn điện 9-12V DC thì mạch sẽ hoạt động Đầu tiên, chúng ta sẽ nhập kí tự mà chúng ta hiển thị lên màn hình LED ma trận 8x8
- Sau đó thì mạch điều khiển trung tâm là AVR Atmega 16 sẽ xử lí và xuất ra thông tin thông qua IC MAX 7219 sử dụng giao thức SPI
2.3 Cấu trúc phần cứng của hệ thống
2.3.1 Vi điều khiển trung tâm AVR Atmega16
- AVR Atmega16 là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng
là nhà sản xuất dòng vi điều khiển 89C51 mà có thể bạn đã từng nghe đến) AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC(Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí
Một vài đặc điểm của ATMEGA16:
Bộ vi điều khiển 8 bit hiệu năng cao, công suất thấp AVR®
Kiến trúc RISC nâng cao
+ Hệ thống hộ trợ mạnh mẽ, thực hiện chu kỳ đồng hồ đơn nhất
+ Hoạt động tĩnh hoàn toàn Thông lượng hoạt động ở 16 MHz
+ Hệ số nhân 2 chu kỳ trên chip
Chương trình ghi nhớ dữ liệu và chương trình không biến đổi
Trang 8+ 16K byte của flash tự lập trình trong hệ thống, độ bền: 10.000 chu kỳ ghi / xóa
+ Phần mã khởi động tùy chọn với bit khóa độc lập
+ Lập trình trong hệ thống bằng chương trình khởi động trên chip
+ Khóa lập trình để bảo mật phần mềm
Đặc điểm ngoại vi
+ Hai bộ đếm thời gian / bộ đếm 8 bit với các bộ đếm trước và chế độ so sánh riêng biệt
+ Một Bộ đếm thời gian / Bộ đếm 16 bit với Bộ đếm trước, Chế độ so sánh và Chụp riêng biệt
+ Bộ đếm thời gian thực với bộ dao động riêng va có bốn kênh PWM
+ Giao diện nối tiếp hai dây định hướng Byte
+ Giao diện nối tiếp Master / Slave SPI, I2C và USART
+ Hẹn giờ theo dõi lập trình với Bộ tạo dao động trên chip riêng
Điện áp hoạt động: 4,5 - 5,5V
+ Tốc độ hoạt động: 0 - 16 MHz
- AVR Atmega16 so với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chức năng:
- Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần vài điện trở là có thể làm được một số AVR còn hỗ trợ lập trình on – chip bằng bootloader không cần mạch nạp Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C
- Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trên internet
2.3.2 IC Max 7219
MAX7219 là IC điều khiển LED số 7 đoạn tối đa 8 chữ số và LED ma trận IC bao gồm giả mã BCD, mạch quét đa kênh, trình điều khiển phân đoạn và chữ số và RAM tĩnh lưu trữ từng chữ số Chỉ cần một điện trở bên ngoài để hạn dòng cho tất cả
Trang 9các đèn LED IC MAX7219 cũng cho phép người dùng chọn giải mã codeB hoặc không giải mã cho mỗi chữ số
2.3.4 Led matrix
Led matrix được ứng dụng và sử dụng rộng rãi dùng trong học tập như hiển thị chữ, hiển thị hình ảnh, làm biển quảng cáo, làm đồng hồ Là loại led có kích thước 5mm có 64 bóng bao gồm 8 hàng và 8 cột 12 chân dễ dàng lắp đặt và sử dụng
2.4 Sơ đồ mạch
Trang 10Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí mạch mô phỏng trên phần mềm Proteus
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí mạch mô phỏng trên phần mềm Orcad Capture
Trang 11Chương 3: KẾT QUẢ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 Kết quả thực hiện sản phẩm và danh mục linh kiện sử dụng
- Mạch được vẽ trên phần mềm Layout 9.2 dựa trên bản vẽ của Capture Ordcad
và đã sắp xếp, điều chỉnh, đi dây một cách lí nhất
Hình 3.1 Mạch in sản phẩm thực tế
Danh mục linh kiện sử dụng:
Trang 123.2 Ưu, nhược điểm của sản phẩm
3.2.1 Ưu điểm
- Mạch gọn gàng và tối ưu hoá sử dụng các chân và các linh kiện
- Có thể sử dụng làm nền tảng đề phát triển các đề tài Led lớn hơn
- Sản phẩm được mô phỏng, thiết kế đầy đủ Tạo tiền đề đầy đủ để ứng dụng nhiều hơn
3.2.2 Nhược điểm
- Các múi hàn còn thô, chưa đảm bảo thẩm mĩ cao
- Sự phân bố linh kiện còn chưa được tinh tế và đảm bảo diện tích
- Chức năng mạch còn đơn giản, chưa phát triển mạnh
3.4 Hướng phát triển và ứng dụng của đề tài
Mặc dù nhóm chúng em đã cố gắng, dồn nhiều công sức và tâm huyết Tuy nhiên, đây chỉ mới là một đề tài thử nghiệm trên quy mô rất nhỏ, đó là hiển thị trên màn hình LED ma trận 8x8 Để đề tài có thể phát triển và ứng dụng ra thực tiễn thì nhóm em đề ra một số hướng phát triển như sau:
+ Nghiên cứu phát triển mạch trên các ma trận LED lớn hơn, có tốc độ đọc và
xử lí nhanh hơn
+ Có thể hiển thị chuỗi kí tự, và chạy chữ, tạo được nhiều hiệu ứng đẹp
+ Cải tiến, nâng cấp các linh kiện để sản phẩm có thể hoạt động tốt hơn và bền
bỉ với tuổi thọ hơn
+ Tìm sâu, hiểu rõ về cách làm các ứng dụng đã có trên thị trường để có thể tiếp thu, học hỏi và áp dụng vào đề tài của nhóm
3.5 Tổng kết chương 3
Trong chương 3 này nhóm đã có thể hoàn thiện sản phẩm đầy đủ các tiêu chí tiêu chuẩn mà đề tài đã đặt ra và đồng thời đánh giá sản phẩm, kết quả thực hiện, phân tích các ưu nhược điểm còn tồn tại trên thiết bị và đưa ra hướng phát triển cho sản phẩm sau này
Trang 13KẾT LUẬN
Đề tài “Mạch vi điều khiển AVR thực hiện chức năng đọc giá trị từ bàn phím
ma trận 3x4 và hiển thị ký tự tương ứng lên màn hình LED ma trận 8x8” Là một đề tài có tính ứng dụng cao, được phát triển và sử dụng rất phổ biến hiện nay
Tuy nhiên nó cũng tồn tại một số nhược điểm như là giá cả thiết kế, chế tạo đắt
đỏ, tuổi thọ sử dụng thấp, cấu trúc phức tạp dễ bị lỗi khi hoạt động Để mạch được hoàn thiện cũng tích hợp rất nhiều kiến thức về cả lí thuyết và thực hành của học phần Thực tập cơ sở, để nhóm có thể vững chắc hành trang, đào sâu nghiên cứu và học hỏi
Bên cạnh những điều đã làm được thì do kiến thức của chúng em còn hạn hẹp, thời gian tiếp xúc, luyện tập hàn còn ít Vì vậy, đề tài của nhóm vẫn còn nhiều vấn đề nhược điểm và mang tính thử nghiệm Dựa trên những hướng phát triển của đề tài mà nhóm đã đặt ra thì nhóm chúng em sẽ cố gắng phát triển và phát triển sản phẩm ngày càng hoàn thiện và có tính ứng dụng hơn
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!