Nguyenvanbientbd47@gmail.com Lời mở đầu: Ngày nhu cầu thông tin quảng cáo lớn , việc áp dụng phơng tiện kĩ thuật vào lĩnh vực cần thiết Khi bạn đến nơi công cộng, bạn dễ dàng bắt gặp áp phích quảng cáo điện tử chạy theo hớng khác với nhiều hình ảnh màu sắc ấn tợng Từ yêu cầu môn học kĩ thuật vi xử lý thực tiễn nh trên, chúng em định chọn đề tài cho tập lớn môn học là: Thiết kế mạch hiển thị dùng ma trận LED Khi đề tài đợc mở rộng có khả ứng dụng thực tiễn lớn Nói tóm lại, thời đại bùng nổ thông tin nay, khả ứng dụng tiềm lực phát triển hệ thống lớn, đặc biệt Việt Nam, hệ thống nh ít, hầu hết đợc nhập từ nớc với giá thành cao I) Cơ sở lý thuyết: Dựa nguyên tắc nh quét hình, ta thực việc hiển thị ma trận đèn cách quét theo hàng quét theo cột Mỗi Led ma trận LED coi nh điểm ảnh Địa điểm ảnh đợc xác định đồng thời mạch giải mà hàng giải mà cột, điểm ảnh đợc xác định trạng thái nhờ liệu ®a tõ bé vi ®iỊu khiĨn 8951 Nh vËy thời điểm có trạng thái điểm ảnh đợc xác định Tuy nhiên xác định địa trạng thái điểm ảnh điểm ảnh lại chuyển trạng thái tắt (nếu LED sáng tắt dần) Vì để hiển thị đợc toàn hình ảnh cđa ma trËn ®Ìn, ta cã thĨ qt ma trËn nhiều lần với tốc độ quét lớn, lớn nhiều lần thời gian kịp tắt đèn Mắt ngời nhận biết đợc tối đa 24 hình/s tốc độ quét lớn không nhận đợc thay đổi nhỏ đèn mà thấy đợc toàn hình ảnh cần hiển thị Sơ đồ khối: Giải mà cột Data Giải mà hàng Ma trận đèn LED Để thực đợc quét hàng quét cột ma trận LED đợc thiết kế nh sau: Các LED hàng đợc nối chân dơng với Các LED cột đợc nối chân âm với nh hình vẽ Ta mô ma trận Led đơn giản 4x4 nh sau: Hàng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Cét Sơ đồ thiết kế ma trận LED Trạng thái LED đợc định tín hiệu điện áp vào đồng thời chân Ví dụ để LED sáng điện áp 5V phải đa vào chân dơng chân âm phải đợc nối đất, LED tắt điện áp đa vào chân dơng Với đề tài này, chúng em chọn loại ma trận LED 8x8 để hiển thị Ta có sơ đồ nguyên lý Ma trận LED 8x8: Để ma trận sáng nh hình vẽ (hiển thị phần chữ ADIDAS): Đèn LED thứ Đèn LED thứ hai §Ìn Led thø ba Nguyenvanbientbd47@gmail.com Thùc hiƯn qt dòng cột: Chọn cột 1, đa điện áp cột Sau chọn quét lần lợt hàng 1,2,3,4,5,6,7,8 nh sau: + Đèn tắt Điện áp đa vào hàng 0V + Đèn tắt Điện áp đa vào hàng 0V + Đèn sáng Điện áp đa vào hàng 5V + Đèn sáng Điện áp đa vào hàng 5V + Đèn sáng Điện áp đa vào hàng 5V + Đèn sáng Điện áp đa vào hàng 5V + Đèn sáng Điện áp đa vào hàng 5V + Đèn sáng Điện áp đa vào hàng 5V Chọn cột 2, nối đất Sau quét lần lợt hàng 1,2,3,4,5,6,7,8 + Đèn tắt Điện áp đa vào hàng 0V + Đèn sáng Điện áp đa vào hàng 5V + Đèn tắt Điện áp đa vào hàng 0V + Đèn sáng Điện áp đa vào hàng 5V + Đèn tắt Điện áp đa vào hàng 0V + Đèn tắt Điện áp đa vào hàng 0V + Đèn tắt Điện áp đa vào hàng 0V + Đèn tắt Điện áp ®a vµo hµng lµ 0V - TiÕp tơc qt với cột từ đến cách nh trên, sau chuyển sang quét đèn LED thứ hai thứ ba cách tơng tự Để mắt ngời nhận biết đợc toàn hình ảnh ma trận ta phải tiến hành quét nhiều lần Do mắt ngời không phân biệt đợc thay đổi ảnh ảnh đợc quét với tốc độ 24 hình/s nên ta quét ảnh với tốc độ lớn 24 hình/s ảnh chạy liên tục không bị giật II) Thiết kế: Để thực đợc việc quét theo hàng quét theo cột ta cần phải làm công việc sau: Thiết kế ma trận LED theo mô hình nh đà nói Thiết kế phân kênh đa vào giải mà địa cột cho tất điểm ảnh Thiết kế đệm để ổn định liệu (gồm đệm hàng đệm cột) 1) Sơ đồ khối mạch hiển thị dùng ma trận LED : Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sơ ®å khèi cho m¹ch ®iỊu khiĨn ma trËn LED x 2)Nhiệm vụ khối: Bộ vi điều khiển 8951: Đây nơi lu giữ chơng trình điều khiển liệu cho mạch giải mà hµng vµ cét AT89C51 lµ mét hƯ vi tÝnh bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công suất nguồn tiêu thụ thấp có 4Kbyte nhớ ROM Flash xoá đợc/lập trình đợc Chip đợc sản xuất dựa vào công nghệ nhớ không nội dung có độ tích hợp cao AT89C51 có đặc trng chuÈn sau: 4Kbyte Flash, 128 byte RAM, 32 ®êng xuÊt nhập, hai định thời/đếm 16 bit, cấu trúc ngắt hai mức u tiên nguyên nhân ngắt, port nối tiếp song công, mạch tạo dao động tạo xung Clock Chip Chế độ nghỉ dừng CPU cho phép RAM, định thời/đếm, Port nối tiếp hệ thống ngắt hoạt động i Mô tả chân IC 8951: Vcc: Chân cung cấp điện GND: Chân nối đất Port 0: Port port xuất nhập bit chiỊu cùc D hë Port cßn đợc cấu hình làm bus địa (byte thấp) làm bus liệu đa hợp truy xuất nhớ liệu nhớ chơng trình Port nhận byte mà lập trình cho Flash xuất byte mà kiểm tra chơng trình Port 1: Port port xuất nhập bit hai chiều có điện trở kéo lên bên Khi logic đợc ghi lên chân port 1, chân đợc kéo lên mức cao điện trở kéo lên bên đợc sử dụng nh ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, chân port đợc kéo xuống mức thấp tác động bên cấp dòng có điện trở kéo lên bên Port 2: Port lµ port xuÊt nhËp bit hai chiều có điện trở kéo lên bên Khi logic đợc ghi lên chân port 2, chân đợc sử dụng nh ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, chân port đợc kéo xuống mức thấp tác động bên cấp dòng có điện trở kéo lên bên Port tạo byte cao bus địa thời gian tìm nạp lệnh từ nhớ chơng trình ngoài, thời gian truy xuất nhớ liệu sử dụng địa 16 bit Nguyenvanbientbd47@gmail.com Port 3: Lµ port xt nhËp bit hai chiỊu có điện trở kéo lên bên Khi logic đợc ghi lên chân port 3, chân đợc kéo lên mức cao điện trở kéo lên bên đợc sử dụng nh ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, chân port đợc kéo xuống mức thấp tác động bên cấp dòng có điện trở kéo lên bên Port đợc sử dụng làm chức khác AT89C51: Chân Chức P3.0 Ngõ vào Port nèi tiÕp P3.1 Ngâ Port nèi tiÕp P3.2 Ngõ vào ngắt P3.3 Ngõ vào ngắt P3.4 Ngõ vào bên định thời P3.5 Ngõ vào bên định thời P3.6 Điều khiển ghi nhớ liệu P3.7 Điều khiển đọc nhớ liệu RST: Ngõ vào Reset Mức cao chân chu kỳ máy dao động hoạt động Reset AT89C51 Mạch Reset tự động khởi động máy Với chúng em thực Reset cách nối chân 8951 với nguồn 5V”  ALE: ALE lµ mét xung ngâ cho phép chốt địa ALE (Address Latch Enable) cho phép chốt byte thấp địa thời gian truy xuất nhớ Chân đợc dùng làm ngõ vào xung lập trình ( PROG ) thời gian lập trình cho Flash Khi hoạt động bình thờng, xung ngõ ALE luôn có tần số 1/6 tần số mạch dao động chip, đợc sử dụng cho mục đích định thời từ bên tạo xung Clock Tuy nhiên cần lu ý xung ALE bị bỏ qua chu kì truy xuất nhớ liệu Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp địa đợc vô hiệu hoá cách set bit ghi chức đặc biệt có địa byte 8E(h) Khi bit đợc set, ALE tích cực thời gian thực thi lệnh MOVX MOVC Ngợc lại chân đợc kéo lên mức cao Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte thấp địa tác dụng vi điều khiển chế độ thực thi chơng trình XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo mạch dao động ngõ vào đến mạch tạo xung Clock bên chip XTAL2: Ngõ từ mạch khuếch đại đảo mạch dao động Nguyenvanbientbd47@gmail.com Để tạo mạch dao động cho vi điều khiển 8951 hoạt động, chúng em chọn mạch tạo dao động nh hình vẽ dới đây, với giá trị linh kiện là: C1 = C2 =30pF; Thạch anh dao động có tần số 12MHz Kết nối mạch dao dộng Sơ đồ chân IC AT89C51: ii Mạch giải mà cột: Dùng IC 74LS138 (3 đầu vào, đầu ra) để giải mà cho cột ma trận LED Do thời điểm có IC giải mà đợc làm việc nên ta phải thiết kế mạch phân kênh để chọn IC làm việc Dùng chân P2.3 & P2.4 vi điều khiển 8951 để làm đầu vào cho mạch phân kênh Sơ đồ chân IC 74LS138: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Ta có bảng trạng thái cho mạch phân kênh nh sau : Từ ta có hàm logic cho mạch phân kênh nh sau : Y = P2.3 + P2.4 Y = P2.3 + P 2.4 Y = P 2.3 + P2.4 Ta cã sơ đồ mạch phân kênh: Đối với hàng ma trËn LED : Ta dïng ch©n cđa Port nối trực tiếp với hàng cuả ma trận LED thông qua đệm gồm IC 74LS126 iii iv Bộ đệm : Điện áp đa trực tiếp từ giải mà hàng qua cổng NOT vào hàng ma trận đèn Tuy nhiên điện áp không ổn định xảy tợng ảnh hởng lẫn chân tín hiệu đa vào hàng, dẫn đến độ sáng tắt đèn không xác Để tránh tợng đồng thời tránh phải dùng cổng NOT, chân giải mà ta dùng đệm Bộ đệm thực chất mạch trạng thái (tri-state logic), gồm có đầu vào A, đầu Y đầu điều khiển G Trạng thái đầu Y đầu điều khiển G đầu vào liệu A định Khi đầu điều khiển chọn tín hiệu đầu thay đổi theo tín hiệu đầu vào; không đợc chọn đầu trạng thái trở kháng cao, tín hiệu đầu vào không đợc đa đến đầu Trong ta dùng loại đệm Với liệu ®a ®Õn hµng cđa ma trËn LED ta dïng bé ®Ưm sư dơng IC 74LS126 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Ta cã sơ đồ IC 74LS126: - Sơ đồ mạch trạng thái : Input Input 1 - Bảng trạng thái IC Input 1 G 0 1 Output Output HighZ G High Z 74LS126 (tÝch cùc møc “1”): G Output High Z High Z 1 Khi đầu vào điều khiển G = đầu trạng thái trở kháng cao không cho tín hiệu qua Khi đầu vào điều khiển G = tín hiệu điện áp đầu giữ nguyên so với tín hiệu điện áp đầu vào (do dùng cổng NOT đầu giải mÃ) Với liƯu ®a ®Õn cét cđa ma trËn LED ta dïng đệm sử dụng IC 74LS125 Ta có sơ đồ IC 74LS125: - Bảng trạng thái IC 74LS125 (tích cực mức 0): Khi đầu vào điều khiển G = đầu trạng thái trở kháng cao không cho tín hiệu qua Khi đầu vào điều khiển G = tín hiệu điện áp đầu giữ nguyên so với tín hiệu điện áp đầu vào (do dùng cổng NOT đầu giải mÃ) Ma trËn LED: Dïng ma trËn LED 8x8 ®Ĩ hiĨn thÞ néi dung Nguyenvanbientbd47@gmail.com 3) ThiÕt kÕ: Đối với hàng bảng hiển thị: dùng chân Port (từ chân P1.0 đến chân P1.7) vi điều khiển 8951 làm đầu vào điều khiển Trớc đa vào chân điều khiển hàng ma trận, chân Port đợc đa vào chân điều khiển G đệm gồm IC 74LS125( có tất đầu vào điều khiển) Đầu vào IC đợc nối với nguồn 5V, đầu IC đợc đa đến hàng ma trận LED - Đối với giải mà cột bảng hiển thị: Dùng chân Port vi điều khiển 8951 làm đầu vào cho giải mà cột Cụ thể: Các chân P2.0, P2.1, P2.2 làm ba đầu vào cho IC giải mà 74LS138 (các chân A1, A2, A3 74LS138) Các chân G2A,G2B IC 74LS138 đợc nối với đợc nối với đầu mạch phân kênh Chân P2.3, P2.4 làm đầu vào cho mạch phân kênh chọn IC giải mà làm việc thời diểm làm việc 24 đầu giải mà (gồm IC 74LS138) đợc đa đến đầu vào ®iỊu khiĨn G cđa bé ®Ưm (gåm IC 74LS125) Đầu vào A IC đợc nối với đất Đầu Y IC (24 đầu ra) đợc nối với 24 cột bảng hiển thị gồm ma trận LED 8x8 4) Nguyên lý hoạt động: - Trong giải mà cột chọn cột thứ nhất, giải mà hàng quét lần lợt hết hàng, liệu đợc đa vào xác định trạng thái tất đèn cét - TiÕp tôc quÐt cét thø hai, bé giải mà hàng lại đa liệu vào lần lợt hết hàng định trạng thái tất đèn cột Quá trình tiÕp tơc cho ®Õn qt hÕt 24 cét (do ta dùng ma trận LED 8x8) Với đề tài này, chúng em chọn tốc độ quét 60 lần quét nhiều lần với thời gian trễ đèn 255 us, ta nhận biết đợc hình ảnh ma trận dòng chữ : ADIDAS ' chạy từ phải qua trái III) Các linh kiện dùng m¹ch:          IC AT89C51 ma trËn LED lo¹i 8x8 IC gi¶i m· 74LS138 IC 74LS126 IC 74LS125 IC 7432 (cæng OR) IC 7404 (cæng NOT) tụ điện giá trị 33 pF dao động thạch anh tần số 12 MHz IV) Tài liệu tham kh¶o:   KÜ tht Vi xư lý Tác giả Văn Thế Minh Cấu trúc lập trình họ vi điều khiển 8051 Tác giả Nguyễn Tăng Cờng, Phan Quốc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Mà nguồn chơng trình điều khiển mạch hiển thị dùng ma trận LED chơng ( Sử dụng ngôn ngữ lặp trình Assembly): INCLUDE 89C51.MC ORG 0H JMP MAIN DB 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,252,10,9,10,252,0,255,129,129,66,60,0,129,129,255 ,129,129,0,255,129,129,66,60,0,252,10,9,10,252,0,70,137,137,137,114,0,0,0,0,0,64,224,208,184, 116,238,220,184,112,224,192,128,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 ORG 100H BEGIN: MOV DPTR,#26 CLR A CLR P3.1 MOV R7,#77 LOOP: CJNE R7,#0,QANH ACALL DELAY ACALL BEGIN QANH: MOV R6,#60 MOV A,DPL ADD A,#1 MOV DPL,A CLR A DEC R7 LOOP1: CJNE R6,#0,IMAGE LJMP LOOP IMAGE: MOV R5,#24 MOV R0,#0 MOV A,DPL 10 Nguyenvanbientbd47@gmail.com SUBB A,#24 MOV DPL,A CLR A DEC R6 LOOP2: CJNE R5,#0,COLUMN LJMP LOOP1 COLUMN: MOVC A,@A+DPTR MOV P1,#0 MOV P2,R0 MOV P1,A ACALL DELAY INC R0 DEC R5 CLR A INC DPTR LJMP LOOP2 DELAY:MOV TMOD,#02H MOV TH0,#0H SETB TR0 LOOP3:JNB TF0,LOOP3 CLR TF0 RET MAIN: ACALL BEGIN END Híng ph¸t triển chơng trình - Thực tế hình ảnh hiển thị lớn cần có độ phân giải tốt đòi hỏi số lợng đèn ma trận lớn nhiều lần Từ đặt yêu cầu mở rộng ma trận đèn 11 Nguyenvanbientbd47@gmail.com - Dựa sở ma trận LED 8x8 nh đà nói trên, thiết kế mở rộng (bằng cách tăng thêm số hàng số cột) theo nguyên lý tơng tự (quét hàng quét cột) nhiên phải thêm đếm, giải mà địa đệm Do đệm đợc đặt đầu giải mà cột nên để giảm số lợng đệm phải sử dụng mở rộng ma trận LED cách tăng thêm số cột 12 ... đề tài này, chúng em chọn loại ma trận LED 8x8 để hiển thị Ta có sơ đồ nguyên lý Ma trận LED 8x8: Để ma trận sáng nh hình vẽ (hiển thị phần chữ ADIDAS): §Ìn LED thø nhÊt §Ìn LED thø hai §Ìn Led. .. tất điểm ảnh Thiết kế đệm để ổn định liệu (gồm đệm hàng đệm cột) 1) Sơ đồ khối mạch hiển thị dùng ma trận LED : Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sơ đồ khối cho mạch điều khiển ma trận LED x 2)Nhiệm... độ lớn 24 hình/s ảnh chạy liên tục không bị giật II) Thiết kế: Để thực đợc vi? ??c quét theo hàng quét theo cột ta cần phải làm công vi? ??c sau: Thiết kế ma trận LED theo mô hình nh đà nói Thiết kế