MẠCH ĐỒNG HỒ HIỂN THỊ THỜI GIAN THỰC CÓ HẸN GIỜ

CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN LÀM MẠCH IN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH SƠ ĐỒ KHỐIVÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN KHỐI CHẤP HÀNH KHỐI NGUỒN KHỐI NÚT BẤM KHỐI CẢM BIẾN LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH

Sinh viên thực hiện:

Hà Nội - 2021

MỤC LỤC 1

DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 5

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

1.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16 9

1.1.1 Kiến trúc vi điều khiển 9

1.1.2 Mô tả các chân 10

1.1.3 Ngắt trong vi điều khiển 11

1.1.4 Chức năng của các bộ timer/couter 12

1.1.5.Các thanh ghi trong timer/couter 12

1.1.6 Các chế độ trong timer/couter 13

1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN 15

1.2.1 Transistor 15

1.2.2 Điện trở 18

1.2.3 Tụ điện 21

1.2.4 Diode 22

1.2.5 Led đơn 25

1.2.6 Led 7 thanh 26

1.3 LÀM MẠCH IN 34

1.3.1 Giới thiệu về mạch in 34

1.3.2 Các bước thực hiện làm mạch in 35

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH 40

2.1 SƠ ĐỒ KHỐIVÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 40

2.1.1 Sơ đồ khối 40

2.1.3 Sơ đồ mạch in 41

2.2 KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN 42

2.2.1.Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển 42

2.2.2 Lập trình cổng vào/ra 43

2.3 KHỐI CHẤP HÀNH 44

2.4 KHỐI NGUỒN 45

2.5 KHỐI NÚT BẤM 46

2.6 KHỐI CẢM BIẾN 46

2.7 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 48

2.8 KẾT QUẢ 49

2.9 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49

KẾT LUẬN 50

PHỤ LỤC 51

HÌNH 1.1: ATMEGA16 9

HÌNH 1.2: SƠ ĐỒ CHÂN CỦA ATMEGA16 10

HÌNH 1.3 HÌNH DẠNG CỦA TRANSISTOR 15

HÌNH 1.4: KÝ HIỆU CỦA TRANSISTOR TRONG MẠCH ĐIỆN 15

HÌNH 1.5 CẤU TẠO CỦA TRANSISTOR 16

HÌNH 1.6 HÌNH ẢNH LIÊN TƯỞNG CỦA TRANSISTOR 17

HÌNH 1.7: MẠCH ĐA HÀI 17

HÌNH 1.8: MẠCH LOA 18

HÌNH 1.9: KÍ HIỆU ĐIỆN TRỞ 18

HÌNH 1.10: VÍ DỤ ĐỌC GIÁ TRI ĐIỆN TRỞ 19

HÌNH 1.11: HÌNH DẠNG CỦA ĐIỆN TRỞ LOẠI THƯỜNG 20

HÌNH 1.12: TRỞ CÔNG SUẤT 20

HÌNH 1.13: KÍ HIỆU TỤ ĐIỆN TRONG MẠCH 21

HÌNH 1.14: HÌNH DẠNG TỤ ĐIỆN 21

HÌNH 1.15: PHÂN CỰC THUẬN VÀ PHÂN CỰC NGƯỢC CHO DIODE 22

HÌNH 1.16: KÍ HIỆU DIODE 22

HÌNH 1.17: MẠCH CHỈNH LƯU MỘT NỬA CHU KÌ 23

HÌNH 1.18: KÍ HIỆU DIODE ZENNER 23

HÌNH 1.19: MẠCH ỔN ÁP 23

HÌNH 1.20: KÍ HIỆU DIODE PHÁT QUANG 24

HÌNH 1.21: DIODE 1N4148 24

HÌNH 1.22: KÍ HIỆU DIODE SCHOTTKY 24

HÌNH 1.23: LED ĐƠN 25

HÌNH 1.24: CẤU TẠO LED ĐƠN 25

HÌNH 1.25: HÌNH DẠNG THỰC TẾ CỦA LED 7 ĐOẠN 27

HÌNH 1.26: CẤU TẠO LED 7 ĐOẠN CATHODE ĐOẠNHUNG VÀ ANODE CHUNG 28

HÌNH 1.28: HIỂN THỊ SỐ 5 LED 7 THANH THỨ NHẤT 33

HÌNH 1.29: HIỂN THỊ SỐ 5 LED 7 THANH THỨ HAI 33

HÌNH 1.30: HIỂN THỊ SỐ 45 LÊN LED 7 THANH 34

HÌNH 1.31: HÌNH VẼ CỦA MẠCH NGUYÊN LÝ CHUYỂN QUA PCB 35

HÌNH 1.32: ĐƯỜNG MẠCH IN LÊN GIẤY THỦ CÔNG 35

HÌNH 1.33: PHÍP ĐỒNG 36

HÌNH 1.34: CỐ ĐỊNH MẠCH IN LÊN PHÍP ĐỒNG 36

HÌNH 1.35: MẠCH SAU KHI BÓC GIẤY IN RA 37

HÌNH 1.36: ĂN MÒN PHÍP ĐỒNG 38

HÌNH 1.37: KHOAN TAY 39

HÌNH 2.1: SƠ ĐỒ KHỐI 40

HÌNH 2.2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 41

HÌNH 2.3: SƠ ĐỒ MẠCH IN LỚP TOP 41

HÌNH 2.4: SƠ ĐỒ MẠCH IN LỚP BOTTOM 42

HÌNH 2.5: KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN 42

HÌNH 2.6: KHỐI CHẤP HÀNH 44

HÌNH 2.7: RELAY 5V 44

HÌNH 2.8: KHỐI NGUỒN 45

HÌNH 2.9: LM7805 45

HÌNH 2.10: KHỐI NÚT BẤM 46

HÌNH 2.11: KHỐI CẢM BIẾN 46

HÌNH 2.12: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 48

HÌNH 2.13: SẢN PHẨM HOÀN THÀNH 49

BẢNG 2.2: BẢNG MÃ CHO LED CATHODE CHUNG 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1] Lâm Quang Chuyên, 2012, Giáo trình vi điều khiển, Trường Cao đẳng Công

- ANODE - dương nguồn.

- ALE address latch enable – cho phép chốt địa chỉ.

- ACC accumulator – xạc điện.

- CATHODE - âm nguồn.

- COMPARE MATCH – so sánh trận đấu

- CPU central processing unit – bộ xử lý trung tâm.

- C/T timer/couter – bộ đếm và bộ định thời.

- EA external access – truy cập ngoài.

- EEPROM electrically erasable programmableread only memory–chip nhớ

không xóa được

- GND ground – đất.

- IC Intergrated circuit – mạch tích hợp.

- I/O Port In/Out Port – cổng xuất nhập.

- LEDLight Emitting Diode – Diode phát quang.

- OSC oscillator – khối dao động.

- OCIE0Timer/Counter0 Output Compare Match Interrupt Enable – so sánh trận

đấu ngắt kích hoạt

- PSEN program store enable – cho phép lưu trữ chương trình.

- PC program computer – bộ đếm chương trình.

- ROM read only memory – bộ nhớ chỉ đọc.

- RAM random access memory – bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên.

- SRAM static random acess memory – bộ nhớ truy xuất dữ liệu ngẫu nhiên tĩnh.

- RET return – quay lại.

- VCC– dương nguồn.

- SFR special function register – thanh ghi chức năng đặc biệt.

Đ t v n đ ặ ấ ề

Ngày nay việc ứng dụng vi điều khiển, vi xử lý đang ngày càng phát triển rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều vào các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội Tuy nhiên ứng dụng cho các hệ thống nhúng ngày nay không đơn giản chỉ dừng lại ở điều khiển đèn nhấp nháy, đếm số người vào/ra, hiển thị dòng thông báo trên matrix led hay điều khiển ON-OFF của động cơ… mà nó ngày càng trở nên phức tạp Và với xu hướng tất yếu này cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo vi mạch, người ta đã tạo ra những vi điều khiển có cấu trúc mạnh hơn, đáp ứng thời gian thực tốt hơn, chuẩn hóa hơn so với các vi điều khiển 8 bit trước đây.

Ở Việt Nam, không nằm ngoài xu thế của thời đại, các nhà nghiên cứu, các kỹ sư đặc biệt là thế hệ trẻ, các bạn sinh viên vẫn tích cực, say mê nghiên cứu khoa học để tìm ra những kỹ thuật mới, trao đổi, học hỏi và tiếp thu những công nghệ mới trên thế giới để phục vụ cho công cuộc hiện đại hóa- công nghiệp hóa đất nước.

Dẫu biết rằng trình độ khoa học - kỹ thuật ở Việt Nam ở nhiều lĩnh vực vẫn có khoảng cách khá xa so với các nước tiên tiến nhưng với lòng say mê tìm tòi, đức tính cần cù chịu khó và thông minh của người Việt Nam, tin rằng một ngày không xa, chúng ta sẽ bắt kịp và hòa nhịp vào dòng chảy công nghệ trên thế giới.

- Đây là vấn đề thực tế, được ứng dụng hằng ngày trong mỗi chúng ta.

- Nhằm để củng cố kiến tức lập trình vi điều khiển vừa mới học và rèn luyện khả năng học hỏi nên chúng em đã chọn đề tài này

- Đ ng h hi n th gi phút giây, đo nhi t đ ồ ồ ể ị ờ ệ ộ

Hiện nay phát triển không ngừng về mọi mặt, trong đó điện tử, tự động

hóa đóng một vai trò nay với sự không nhỏ Điện tử góp phần vào quá trình tự động hóa mọi thứ giúp con người hiện đại hóa cuộc sống và các hệ thống tự động hóa điều khiển đã dần thay thế cho sức người trong các công việc trong gia đình cũng như cơ quan, trường học, xí nghiệp,… và một hệ thống tự động đơn giản trong đó là hệ thống “Đồng Hồ Hiển Thị Thời Gian Thực” trong các trường học, gia đình, xí nghiệp Vấn đề đồng hồ hiển thị thời gian thực là vấn đề cần thiết ở bất cứ trường học, gia đình, xí nghiệp nào, giúp mọi người biết thời gian

để sắp xếp công việc.

Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trường, chúng em đã được làm quen với các môn học chuyên ngành Chính vì thế để áp dụng lý thuyết với thực

tế chúng em lựa chọn yêu cầu “Thiết kế đồng hồ thời gian thực hiển thị LED

7 thanh có hẹn giờ” Tuy nhiên do ki n th c chuyên môn còn h n ch , tài ế ứ ạ ế

li u tham kh o có gi i h n nên còn x y ra nhi u sai sót Chúng em r t ệ ả ớ ạ ả ề ấ

đ ượ c hoàn thi n h n và giúp chúng em hi u bi t h n trong quá trình h c ệ ơ ể ế ơ ọ

t p ti p theo ậ ế

Nhóm chúng em xin chân thành c m n! ả ơ

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16

1.1.1 Kiến trúc vi điều khiển

AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC, nó mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC, Pisoc Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của người sử dụng, so với

họ 8051 89xx sẽ có độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mền dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi

- Giao diện SPI đồng bộ

- Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được

- Giao tiếp I2C

- Bộ biến đổi ADC 10 bit

- Các kênh băm xung PWM

- Các chế độ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by …vv

- Đóng vỏ 40 chân, trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT A, B,

C, D Các chân này đều có chế độ pull_up resistors

- Giao tiếp SPI

- Giao diện I2C

- Có 8 kênh ADC 10 bit

1.1.2 Mô tả các chân

Hình 1.2: Sơ đồ chân của atmega16

- Chân 1 đến 8: Cổng nhập xuất dữ liệu song song B (PORTB) nó có

thể được sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu

- Chân 9: RESET để đưa chip về trạng thái ban đầu

- Chân 10: VCC cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển

- Chân 11, 3: GND 2 chân này được nối với nhau và nối đất

- Chân 12, 13: 2 chân XTAL2 và XTAL1 dùng để đưa xung nhịp từ bên ngoài vào chip

- Chân 14 đến 21: Cổng nhập xuất dữ liệu song song D (PORTD) nó có thể được sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu

- Chân 22 đến 29: Cổng nhập xuất dữ liệu song song C (PORTC) nó có thể được sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu

- Chân 30: AVCC cấp điện áp so sánh cho bộ ADC

- Chân 32: AREF điện áp so sánh tín hiệu vào ADC

- Chân 33 đến 40: Cổng vào ra dữ liệu song song A (PORTA) ngoài ra nó còn được tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC (analog todigital converter)

1.1.3 Ngắt trong vi điều khiển

Ngắt là một “tín hiệu khẩn cấp” gửi đến bộ xử lý, yêu cầu bộ xử lý tạm ngừng tức khắc các hoạt động hiện tại để “nhảy” đến 1 nơi khác thự hiện một nhiệm vụ “khẩn cấp” nào đó, nhiệm vụ này gọi là trình phục vụ ngắt Sau khi kết thúc nhiệm vụ trong,

bộ vi xử lý sẽ quay về thực hiện tiếp các nhiệm vụ còn dang dở Ngắt có mức độ ưu tiên xử lý cao nhất, ngắt thường dùng để xử lý các sự kiện bất ngờ nhưng không tốn quá nhiều thời gian, các tín hiệu dẫn đến ngắt có thể xuất phát từ các thiết bị bên trong chip (ngắt báo quá trình gửi dữ liệu bằng RS232 kết thúc, ngắt báo bộ đếm

timer/counter tràn) hay do các tác nhân bên ngoài (ngắt báo có 1 button được nhấn, ngắt báo có 1 gói dữ liệu đã được nhận)

Atmega16 có 3 ngắt ngoài là INT0, INT1, INT2 tương ứng với các chân số 16 (PD2), 17 (PD3), và chân 3 (PB2)

Ứng dụng ngắt trong lập trình giúp việc lập trình đơn giản hơn Nên sử dụng ngắt khi điều khiển 1 lúc nhiều nhiệm vụ, khi có tín hiệu ấn nút ngắt xảy ranhận lệnh và thực hiện

1.1.4 Chức năng của các bộ timer/couter

Chức năng chính của bộ timer/Couter, như tên gọi của chúng là định thì (tạo ra 1 khoảng thời gian, đếm thời gian), và đếm sự kiện bên ngoài

Ngoài ra trên chíp AVR, các bộ timer/couter còn có chức năng điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation), ứng dụng trong điều khiển tốc độ động cơ và điều khiển độ sáng tối của bóng đèn…

Các bộ timer có thể hoạt động với tần số bên trong (lấy từ thạch anh), cũng có thể hoạt động với tần số bên ngoài, đưa vào đầu vào của bộ timer Có thể dùng ứng dụng này để đếm sản phẩm, hay đo độ rộng xung

(Normal, CTC, Past PWM, Phase correct PWM)

 Timer/couter 1: đây là bộ timer 16 bit Nó cũng có đầy đủ tính năng hoạt động như timer 0, tuy nhiên vì là bộ timer 16 bit nên phạm vi hoạt động của nó rộng hơn Nếu như giá trị MAX trong timer 0 là 0xFF thì giá trị MAX trong timer 16

là 0xFFF Ngoài ra bộ timer 1 còn có thể tạo ra 2 tín hiệu PWM độc lập ở các chân OCR1A (PORTD 5) và OCR1B (PORTD 4), giúp dễ dàng khi điều khiển

2 động cơ cùng 1 lúc (2 động cơ chạy bánh)

giống như Timer0, đó là: Normal, CTC, Past PWM, Phase correct PWM

1.1.5.Các thanh ghi trong timer/couter

hành của timer TCNT0 sẽ liên tục được so sánh với thanh ghi này Khi 2 giá trị này bằng nhau thì xảy ra 1 sự kiện “compare Match” Sự kiện này sẽ tạo ra 1 ngắt (nếu ngắt được cho phép) hay xuất hiện tín hiệu ra chân 0CR0 tùy theo chế

độ thực thi của Timer

khiển hoạt động của Timer Các bit 0, 1, 2 (CS00, CS01, CS02) Các bit 3, 6 (WGM00, WGM01): Đây là các bit chọn chế độ trong Timer Bit 4, 5 (COM00,COM01) đây là 2 bit quy định đầu ra trong các phép so sánh Trong quá trình Timer đếm, giá trị của thanh ghi TCNT0 sẽ liên tục được so sánh với OCR0 Khi 2 giá trị này bằng nhau, thì sẽ có sự kiện “Compare Match” xảy ra Khi đó giá trị đầu ra OCR0 (PORTB 3) sẽ được xuất ra mức tín hiệu

điều khiển ngắt trong Timer Bit0 (TOIE0-Timer/Counter0 Overflow Interrupt Enable): đây là bit cho phép ngắt tràn trong Timer0 Khi bit này được ghi là 1 thì cho phép ngắt tràn bộ định thời Khi đó 1 ngắt sẽ xảy ra mỗi khi bộ Timer tràn Bit1 (OCIE0-Timer/Counter0 OutputCompare Match Interrupt Enable): đây là bit cho phép ngắt so sánh trong Timer0 Khi bit này được ghi là 1 thì cho phép ngắt so sánh bộ định thời Khi đó1 ngắt sẽ xảy ra mỗi khi có sự kiện

“Compare Match”

1.1.6 Các chế độ trong timer/couter

tín hiệu clock thì giá trị của thanh ghi TCNT0 được tăng lên 1, và tăng đến mứcTOP là 255 Khi đó ở nhịp tiếp theo thì bộ Timer bị tràn, và 1 thanh ghi

TCNT0 được đặt lại mức 0, và lại tiếp tục quá trình đếm như vậy Thời gian để TCNT0 tăng lên 1 đơn vị phụ thuộc vào tần số ta chọn, tần số càng lớn thì thời gian đếm càng nhanh Thường sử dụng chế độ Normal để đếm thời gian, và điều chế độ rộng xung PWM Để đếm thời gian ta lựa chọn 1 tần số phù hợp, sao cho tính toán ra thời gian đẹp, VD: 125kHz Sau đó lựa chọn giá trị khởi đầu cho thanh ghi TCNT0=6 Như vậy giá trị xuất phát của bộ đếm là 6, bộ đếm

sẽ đếm từ 6 đến 255, sau đó 1 nhịp thì tràn, và 1 ngắt tràn được xảy ra Nhưng ngay sau khi ngắt tràn được phục vụ thì thanh ghi TCNT0 lại trở về 0, chứ không phải là giá trị 6 mà ta muốn Như vậy ở câu lệnh cuối cùng của chương trình phục vụ ngắt tràn ta lại đặt lệnh TCNT0=6, làm giá trị xuất phát cho lần đếm tiếp theo Như vậy, thời gian để Timer tràn 1 lần sẽ là (256-

6)/125000=2ms Và sau 1 lần tràn ta đã có 1 thời gian là 2ms, có thể xử lí thời gian này như thế nào thì tùy người sử dụng Có thể dùng chế độ Normal để điều chế độ rộng xung, và xuất xung ra 1 chân bất kì Cái này thì cần biết được

2 chế độ PWM hoạt động như thế nào

thanh ghi TCNT0 luôn được so sánh với giá trị trong thanh ghi OCR0 Khi giá trị trong thanh ghi TCNT0 bằng giá trị trong thanh ghi OCR0 thì giá trị trong thanh ghi TCNT0 sẽ bị xoá đi, và tiếp tục quá trình đếm mới Giá trị trong OCR0 đóng vai trò là giá trị TOP cho bộ đếm Tuy nhiên trong chế độ này nếu giá trị mới ghi vào thanh ghi ORC mà nhỏ hơn giá trị tức thời của bộ đếm thì thì 1 so sánh sẽ bị lỡ, khi đó bộ đếm sẽ đếm đến giá trị lớn nhất sau đó rơi xuống giá trị 0 trước khi so sánh tiếp theo xuất hiện Người ta thường dùng chế

độ CTC để đếm thời gian, và tạo xung vuông Để đếm thời gian thì cũng giống như chế độ Normal, chỉ khác ở chỗ là ở chế độ Normal thì giá trị TOP sẽ là 255,còn giá trị TOP của CTC là OCR0, giá trị này có thể thay đổi được, và tính toánthời gian bằng cách tính toán giá trị thanh ghi này, thay đổi giá trị thanh ghi này,

mà không cần phải khởi tạo giá trị ban đầu TCNT0 cho bộ đếm Tạo xung

vuông ra 1 chân có thể tạo xung ở đầu ra của Timer (PORTB 3), hoăc tạo xung

ở 1 chân bất kì Mỗi lần bộ đếm tràn, ta đảo bit ở chân ra Như vậy 2 lần tràn sẽ

là 1 chu kì của xung vuông Tính toán tần số hoạt động của Timer và giá trị OCR0 để tạo ra 1 tần số mong muốn VD: muốn tạo ra xung có tần số 1kHz chu

kì sẽ là 1ms 1 lần tràn Timer mất 500us Chọn tần số Timer 125kHz giá trị

giữa Fast PWM với các loại PWM khác là nó chỉ sử dụng 1 sườn dốc Bộ đếm

sẽ đếm từ BOTTOM đến MAX sau đó khởi động lại từ BOTOM Trong chế độ không đảo (Non-inverted) đầu ra OCR0 (PORTB 3) sẽ bi xoá khi có phép toán

so sánh giữa TCNT0 và thanh ghi OCR0 là bằng nhau, và sẽ được set lên 1 khi giá trị tràn và đạt về Bottom Trong chế độ đảo (inverted), đầu ra sẽ được set lên 1 khi sự so sánh giữa thanh ghi TCNT0 và giá trị thanh ghi OCR0 bằng nhau và sẽ bị xoá khi giá trị tràn và đạt về Bottom

xuống Bộ đếm sẽ đếm liên tục từ giá trị BOTTOM đến giá trị MAX và sau đó

từ giá trị MAX đến giá trị BOTTOM Trong chế độ so sánh không đảo (Non-inverted) chân OCR0 sẽ bị xóa khi giá trị TCNT0 bằng giá trị OCR0trong quá trình đếm lên và sẽ được set bằng 1 khi giá trị so sánh xuất hiện trongquá trình đếm xuống Chế độ so sánh đảo thì các giá trị là ngược lại Với hoạt động hai sườn xung này thì chế độ này không tạo ra được tần số nhỏ như chế độmột sườn xung Nhưng do tính cân đối của hai sườn xung thì nó tốt hơn cho điều khiển động cơ chế độ phase correct PWM hoạt động cố định là 8 bít Trongchế độ này bộ đếm sẽ tăng cho đến khi đạt giá trị MAX, khi đó nó sẽ đổi chiều đếm

1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN

1.2.1 Transistor

Hình 1.3 Hình dạng của Transistor

Kí hiệu

Transistor ngược NPN Transistor thuận PNP

Hình 1.4: Ký hiệu của Transistor trong mạch điện

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thông dụng nhất là các Transistor của Nhật Bản, Mỹ và Trung Quốc Transistor Nhật Bản thường kí hiệu là A… , B…, C…, D…ví dụ như transistor A564, B733, C828, D1555 trong đó các transistor A, B là transistor thuận (pnp) còn kí hiệu C và D là transistor ngược (npn) Các transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số làm việc cao còn các transistor B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn Transistor do Mỹ sản xuất thường kí hiệu là 2N… ví dụ 2N3055, 2N4073 vv…Transistor do Trung Quốc sản xuất bắt đầu bằng 3 số, tiếp theo là hai chữ cái Chữ cái thứ nhất cho biết loại bóng, chữ A và B là bóng thuận, chữ C và D là bóng ngược, chữ cái thứ hai cho biết đặc điểm: X và P là bóng âm tần, A và G là bóng cao tần các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm ví dụ 3CP25, 3AP20 vv

Hình 1.5 Cấu tạo của Transistor

Transistor có cấu tạo như 2 con diode đấu đầu vào nhau có chân B chung

Chúng ta coi Transistor như một van điện từ điều khiển đóng mở bằng dòng điện tác động lên cực điều khiển B (Transistor cũng tương tự như 1 van nước cần gạt giống như cực B điều khiển, nếu ta vặn nhỏ thì nước chảy yếu, vặn lớn thì nước chảy

ra nhiều)

Hình 1.6 Hình ảnh liên tưởng của Transistor

+ Bước 1 xác định chân B: Tiến hành các phép đo ở hai chân bất kỳ, trong các phép đo đó sẽ có 2 phép đo kim đồng hồ dịch chuyển Chân chung cho 2 phép

– Đối với NPN làm tương tự nhưng với màu ngược lại

Hình 1.7: Mạch đa hài

Hình 1.8: Mạch loa

1.2.2 Điện trở

Điện trở là gì? Ta hiểu một cách đơn giản điện trở là sự cản trở dòng điện của vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn Mối quan hệ của điện trong mạch điện tử tuân theo định luật ôm

thông qua các vạch màu

- Ba vạch đầu tiên biểu thị trị số của trở

- Vạch màu số 1 và vạch màu số 2 giữ nguyên giá trị tương ứng trong bảng màu

- Vạch màu thứ 3 là cơ số mũ của 10 nhân với giá trị đọc được của vạch số 1 và

số 2

- Vạch thứ 4 chỉ sai số của điện trở

Bảng 1.1: Bảng màu đọc giá trị điện trở

Ví dụ: Đọc giá trị của điện trở có 4 vạch màu trong hình vẽ

Hình 1.10: Ví dụ đọc giá tri điện trở

- Vòng 1 màu vàng

- Vòng 2 màu tím

- Vòng 3 màu hoàng kim

- Vòng 4 màu hoàng kim

- Ba vạch màu đầu tiên giữ nguyên trị số.

- Vạch thứ 4 là cơ số mũ của 10

- Vạch thứ 5 là sai số của điện trở

- Trở thường

Công suất nhỏ thường 0 25W

Hình 1.11: Hình dạng của điện trở loại thường

- Trở công suất

Dùng cho các mạch điện có công suất lớn (bằng hoặc trên 1W)

Chú ý: Một số trở công suất có trị số công suất được ghi ngay trên thân điện trở ví

dụ: 5w, 10w…

Hình 1.12: Trở công suất 1.2.3 Tụ điện

Hình 1.13: Kí hiệu tụ điện trong mạch

- Tụ có khả năng nạp điện và phóng điện (nhờ tính chất này nên tụ thường được

sử dụng trong các mạch lọc nguồn, mạch tạo dao động… )

- Tụ điện cho dòng xoay chiều đi qua ngăn dòng 1 chiều (nhờ tính chất này mà

tụ thường dùng trong các mạch như mạch lọc, mạch nối giữa các tầng khuếch đại…)

1.2.4 Diode

Diode là loại linh kiện điện tử chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều từ anot sang katot (nó tương tự như van 1 chiều điện tử hoặc hoạt động giống như van xăm xe đạp)

Diode được cấu tạo bằng các lớp bán dẫn p và n ghép lại với nhau (lớp bán dẫn p

là lớp thiếu electron nên mang điện tích dương, lớp bán dẫn n là lớp bán dẫn thừa electron nên mang điện tích âm)

Phân cực thuận (Diode dẫn điện) Phân cực ngược (Diode không dẫn điện)

Hình 1.15: Phân cực thuận và phân cực ngược cho diode

Hình 1.17: Mạch chỉnh lưu một nửa chu kì

- Diode zenner dùng để ổn định điện áp

+ Kí hiệu

Hình 1.20: Kí hiệu Diode phát quang

+ Ứng dụng:

Dùng làm đèn báo, chiếu sáng, biển quảng cáo…

- Ngoài ra còn có Diode tách sóng và Diode schottky

+ Diode tách sóng: Hoạt động giống như diode thường nhưng có tần số đáp ứng cao hơn ứng dụng trong các mạch tách sóng trong đài FM hoặc AM (vd: Diode 1N4148)

Hình 1.21: Diode 1N4148

+ Diode schottky: Hoạt động giống như diode thường, trong các mạch có tần

số cao hàng trăm Khz và có công suất lớn hơn diode tách sóng

Hình 1.22: Kí hiệu diode schottky

+ Diode schottky ứng dụng trong các mạch nguồn xung (vd: 1N5812) hình giống Diode thường

1.2.5 Led đơn

Hình 1.23: Led đơn

- LED hiện chưa được đưa vào sử dụng nhiều trong ngành công nghệ chiếu sáng, tuy nhiên với những mô hình thiết kế kiến trúc cần sử dụng cường độ ánh sáng cao đang ứng dụng các sản phẩm LED tăng cao LED được sử dụng làm đèn trạng thái và chỉ thị, gần đây được sử dụng đèn nền và các ứng dụng chiếu sáng đánh dấu hoặc hiển thị

- LED còn có những ưu điểm như:

+ Sự hỗ trợ từ một nguồn pin hoặc acquy di động và cũng có thể ngay từ ánh sáng mặt trời

+ Có thể tích hợp trong một hệ thống kiểm soát

+ Kích thước nhỏ và ít bị ảnh hưởng bởi các chấn động mạnh

+ Sáng tức thì

+ Độ phân giải mầu sắc tốt, ít gây nguy hiểm khi sử dụng…

Hình 1.24: Cấu tạo led đơn.

Trung tâm của LED là một diode, gọi là chip gắn trong một cốc phản xạ và được giữ bằng một khung thép nhẹ dẫn kết nối với một đôi dây điện Khi dòng điện chạy

qua đường giao nhau của hai vật liệu khác nhau, ánh sáng được tạo ra từ bên trong chip tinh thể rắn Các hình dạng, hoặc chiều rộng, của chùm ánh sáng phát ra được quyết định bởi nhiều yếu tố: hình dạng của các ly phản xạ, kích thước của chip LED Hiện nay LED đã có nhiều mầu sắc như đỏ, vàng, lam, lá cây… Mặc dù mầu sắc

là sự khác biệt của LED tuy nhiên mầu trắng vẫn được coi là chiếc “chén thánh” của công nghệ LED Khi mầu trắng thực sự cần thiết, các nhà nghiên cứu đã tìm ra 3 cách

Nhược điểm của Led đó là nguồn sáng phát ra của Led hơi yếu, vậy nên các nhà sản xuất đã phải tìm cách để tăng cường độ sáng so với công suất của nó Và một kỹ thuật mới được áp dụng được coi như là một liều “dopin” cho nguồn sáng

- Sản xuất chất bán dẫn lớn hơn

- Tăng cường độ dòng diện đi qua và tăng lượng nhiệt tỏa ra

- Thiết kế những hình dạng khác nhau

- Cải thiện hiệu suất phát sinh nguồn sáng

- Đóng gói Led trong một mái vòm Epoxy duy nhất và lượng sáng phát ra từ Led đã được cải thiện Các tiến bộ khoa học đã giúp cho các nhà sản xuất làm

ra những loại Led sáng gấp 10 đến 20 lần so với loại Led tiêu chuẩn Và Led

sẽ là nguồn sáng thiết thực của các thiết bị chiếu sáng phục vụ cuộc sống

1.2.6 Led 7 thanh

a Các khái niệm cơ bản

Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng “ led 7 thanh” Led

7 thanh được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiển thị số là

đủ, chẳng hạn led 7 thanh được sử dụng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó

Hình 1.25: Hình dạng thực tế của led 7 đoạn

LED 7 thanh có cấu tạo bao gồm 7 led có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 thanh 8 led đơn trên led 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện 8 cựccòn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện Nếu led 7 thanh có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0 Nếu led 7 thanh có cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối chung xuống Ground (hay mas), các chân còn lại dùng

để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1

Hình 1.26: Cấu tạo led 7 đoạn cathode đoạnhung và anode chung

Vì led 7 thanh chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua các led đơn khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b điều khiển led b, tương tự với các chân và các led còn lại

b Kết nối vi điều khiển

Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 thanh có 8 đường, vì vậy có thể dùng 1 PORT nào đó của vi điều khiển để điều khiển led 7 thanh Như vậy led 7 thanh nhận một tín hiệu 8 bit từ vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt của từng led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra vi điều khiển led 7 thanh thường được gọi là “mã hiển thị led 7 thanh” Có hai kiểu mã hiển thị led 7 thanh: mã dành cho hiển thị led 7 thanh Anode chung (cực +) và mã dành cho led 7 thanh có cathode chung (cực -) Chẳng hạn

để hiển thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b và c sáng, nếu sử dụng led 7 thanh có Anode chung thì phải đặt vào chân b và chân b điện áp là 0V (mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V (mức 1), nếu sử dụng led 7 thanh Cathode chung thì điện áp hay mức logic hoàn toàn ngược lại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V (mức 1) Phần cứng được kết nối với 1 PORT bất kì của vi điều, để thuận tiện cho việc xử lý

về sau phần cứng nên được kết nối như sau: PORTD 0 được nối với với chân a, PORTD 1 nối với chân b lần lượt theo thứ tự cho đến PORTD 7 nối với chân h

Dữ liệu có dạng nhị phân như sau: hgfedcba

Bảng mã hiển thị led 7 thanh

Bảng mã hiển thị led 7 thanh dành cho led 7 thanh có Anode chung (các led đơn sáng ở mức 0) Số hiển thị trên led 7 thanh mã hiển thị trên led 7 thanh dạng nhị phân

mã hiển thị led 7 đoạn dạng thập lục phân

Số hiển thị trên led 7 đoạn Mã hiển thị led 7 đoạn dạng nhị phân Mã hiển thị led 7 đoạn dạng thập lục phân