SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO KHÁNH HÒA Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn Địa chỉ: 67 Yersin, Nha Trang. www.lqdon.khanhhoa.edu.vn GIẢI MÃ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT SỐ Lĩnh vực dự thi: 06 – Khoa Học Máy Tính Nha Trang, tháng 1 năm 2014 Các tác giả: Hoàng Trung Hiếu Nguyễn Phạm Xuân Thắng Đỗ Thanh Phong Cuộc thi khoa học kĩ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học Năm học 2013-2014 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 1 Lời cảm ơn Chúng em gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy (cô) giáo trường Trung Học Phổ Thông Chuyên Lê Qúy Đôn – Khánh Hòa, Sở Giáo Dục và Đào Tạo Khánh Hòa, Trung tâm Kỹ Thuật – Hướng Nghiệp Nha Trang, thầy Trần Đại Hải, thầy Huỳnh Quang Đệ, thầy Nguyễn Như Nguyện, thầy Nguyễn Xuân Thu cùng các bạn cùng lớp, gia đình, nhà trường đã tạo điều kiện, giúp đỡ hỗ trợ chúng em hoàn thành sản phẩm này. Hoàng Trung Hiếu Nguyễn Phạm Xuân Thắng Đỗ Thanh Phong Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 2 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN…………………………… Trang 01 A. TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN _________________________________ Trang 04 B. LÝ DO NGHIÊN CỨU – Ý TƯỞNG NGHIÊN CỨU________________ Trang 05 1. Lý do nghiên cứu…………………………………………………….… Trang 06 2. Ý tưởng nghiên cứu………………………………………… Trang 06 C. Ý TƯỞNG THỰC HIỆN – CÔNG VIỆC THỰC HIỆN CƠ SỞ LÝ THUYẾT__________________________________________ Trang 08 1. Ý tưởng thực hiện – công việc thực hiện .…………………………… Trang 08 2. Cơ sở lý thuyết ……………………………………………………… Trang 09 a. Giới thiệu về hệ đếm thập phân và hệ đếm nhị phân ………… Trang 09 b. Chuyển đổi giữa các hệ đếm …………………………………… Trang 09 c. Các phép toán logic …………………………………………… Trang 09 d. Các phép toán số học …………………………… …… … Trang 09 D. SƠ ĐỒ TỔNG THỂ DỰ ÁN ____________________________________ Trang 12 E. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG CỦA DỰ ÁN ________________________ Trang 13 1. Giới thệu các linh kiện ……………………………… ……………… Trang 13 a. Về chíp vi xử lý AT 89C52 / AT 89C51 ….… …………. Trang 13 b. Các linh kiện khác …….….…….……….………….……… Trang 13 2. Phần cứng của các khối …………………………………………… … Trang 15 a. Khối xử lý …………… ……………………………………… Trang 15 b. Khối nhập liệu ……….….………………………………… Trang 16 c. Khối hiển thị … ……….…….……….…………………… Trang 17 d. Khối giải mã LED 7 đoạn ………… ….….……………… Trang 17 e. Khối nguồn ……………….……… ……………………… Trang 18 F. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CỦA DỰ ÁN _________________________ Trang 19 I. PHẦN MỀM HỖ TRỢ LẬP TRÌNH VI XỬ LÝ .…….…… ….… Trang 19 1. Keil Vision 4 ……………….…….…… ….….…… …….…. Trang 19 a. Giới thiệu ………………………… ….….….……………. Trang 19 b. Môi trường làm việc .…… ……….……….……….…… Trang 19 2. Little Programer Version Gold …………….….….….…………. Trang 20 II. PHẦN MỀM CỦA DỰ ÁN ……………………….…….… …… Trang 21 1. Tổng quan ……………………………………… …………. Trang 21 a. Phần mềm trên Khối Xử Lý …………… ……… …… Trang 21 b. Phần mềm trên Khối Giải mã LED 7 đoạn ……….……… Trang 22 2. Cài đặt ………………………………………………………… Trang 22 a. Kỹ thuật quét KEYPAD ………………………………… Trang 22 b. Thực hiện đọc số (đọc INPUT) ……………………… … Trang 25 c. Thực hiên xử lý ……………………………… … …… Trang 26 d. Kỹ thuật quét ma trận LED 3x8 ……… …… …… Trang 27 e. Kỹ thuật quét LED 7 đoạn ………… …… ……………. Trang 28 G. LỢI ÍCH ĐỀ TÀI MANG LẠI _________________________________ Trang 29 H. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC – PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM _____________ Trang 30 I. KẾT LUẬN_________________________________________________ Trang 31 TƯ LIỆU THAM KHẢO______________________________________ Trang 32 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 : Blaise Pascal ….……………………………………………… Trang 05 Hình 2a: Sơ đồ chân IC AT89C52………………………………………… Trang 13 Hình 2b: Hình dạng IC AT89C52………………………………………… Trang 13 Hình 3 : Giới thiệu LED 7 đoạn.… ……………………………….……… Trang 14 Hình 4 : Trasistor C828………….… …………………………………… Trang 14 Hình 5 : Giới thiệu IC 7805………….….…………………………………. Trang 14 Hình 6 : Sơ đồ mạch điện khối xử lý………… …………………….…… Trang 15 Hình 7 : Sơ đồ mạch điện Keypad…….……….………………………… Trang 16 Hình 8 : Sơ đồ mạch điện khối hiển thị số nhị phận…….……….……… Trang 17 Hình 9a: Kết nối LED 7 đoạn vs các PORT……………………………… Trang 18 Hình 9b: Sơ đồ ma trận LED 7 đoạn……………………………………… Trang 18 Hình 10: Sơ đồ khối nguồn…………………………………………………. Trang 18 Hình 11a: Giới thiệu phần mềm Keil……………………………………… Trang 19 Hình 11b: Môi trường lập trình Keil  vesion 4……………………………. Trang 19 Hình 11c: Môi trường giả lập để chạy thử của chương trình trong Keil……. Trang 20 Hình 12 : Giao diện của Litte Programmer Version Gold và hình ảnh mạch nạp…………… … …… ………………… Trang 21 Hình 13 : Thuật toán quét KEYPAD……….….………………… ….…… Trang 23 Hình 14 : Mô tả kĩ thuật quét ma trận LED…………….….………………. Trang 27 Hình 15 : Sơ đồ LED 7 đoạn……….……….………………………… … Trang 28 Hình 16 : Mục đích của sản phẩm………….…….………………………… Trang 29 Hình 17 : Kế hoạch phát triển sản phẩm………….……….……………… Trang 30 Hình 18 : Giả lập trên mô hình mô phỏng…… ….…….…….…… …… Trang 31 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 4 BẢN THUYẾT MINH GIẢI PHÁP DỰ THI Sản phẩm: “GIẢI MÃ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÔNG NGHỆ SỐ” ** A. TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN: Sự bùng nổ của “thế giới số” làm con người đã quá quen thuộc với các thiết bị công nghệ như Iphone, Ipad, Ipod, Itouch….và vô vàn những thiết bị điện tử khác mà ai cũng dễ dàng bắt gặp từ nhà, ra ngõ, đến trường Nhưng đã có mấy ai tự hỏi: làm thế nào những thiết bị đó lại có thể làm việc thông minh đến vậy? Khám phá được bí ẩn đó có nghĩa là đã mở ra khả năng sáng tạo không giới hạn cho những ai muốn tìm hiểu về nó. Mô hình “Giải mã bí ẩn công nghệ số” sẽ mô phỏng chính xác hoạt động của một chiếc máy tính cầm tay thông thường để minh chứng rằng chỉ bằng cách bố trí các công tắc điện “bật/tắt” đơn thuần, con người có thể làm thay đổi thế giới! Đây chính là nền tảng của công nghệ kỹ thuật số. Mô hình gồm 2 phần: - Phần cứng: là các vi mạch điện từ (công nghệ Digital), board mạch được lắp ráp có chức năng nhập số liệu (bàn phím), xử lý phép tính (mạch xử lý trung tâm) và hiển thị kết quả tính toán trên hệ thống các đèn LED (mạch hiển thị), tất cả các mạch điện đều do nhóm tác giả tham khảo, thiết kế và thực hiện. - Phần mềm: là phần chương trình được lập trình trên máy vi tính để nạp vào chíp vi xử lý. Phần chương trình này sẽ điều khiển mọi hoạt động của mô hình. Các thao tác nhập xuất – xử lý sẽ được thực hiện dưới các thao tác bật – tắt bit đơn giản, mô phỏng chính xác hoạt động của máy tính điện tử. Mô hình cho phép thực hiện mô phỏng các phép tính cộng (+), trừ (-), nhân (x), chia lấy nguyên ([ ]) các số nguyên dương trong phạm vi 225 một cách chính xác. Kết quả và quá trình tính toán được hiển thị mô phỏng rất trực quan, sinh động dưới dạng số nhị phân và số thập phân. Điều phát hiện lý thú nhất của mô hình này là đã khám phá được nguyên lý hoạt động bật – tắt đơn giản chính là nền tảng của hệ thống nhị phân – cốt lõi của công nghệ kỹ thuật số hiện đại. Không có giá trị hôm nay. Bạn không thể sống lại ngày hôm qua, và ngày mai thì vẫn nằm ngoài tầm với của bạn. Johann Wolfgang Von Goethe Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 5 B. LÝ DO NGHIÊN CỨU, Ý TƯỞNG NGHIÊN CỨU 1. Lý do nghiên cứu Sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật làm xã hội loài người đang ngày càng thay đổi. Những thành quả của công nghệ đã trở nên quá quen thuộc trong cuộc sống đời thường. Từ nhà, ra ngõ, cho đến khi tới trường,… đâu đâu ta cũng dễ dàng bắt gặp sự hiện diện của các thiết bị điện tử, chẳng hạn: Iphone, Ipad, Ipod, TV, máy chụp ảnh, máy photo kỹ thuật số… Hơn thế nữa, những thiết bị này được đổi mới thường xuyên, liên tục. Các thế hệ sản phẩm sau không những đa dạng về chủng loại, nhỏ gọn về kích thước, mà còn vượt trội cả về tốc độ xử lý, tính năng ứng dụng và tiết kiệm năng lượng. Sự đầy đủ và tiện dụng đó đã và đang thay đổi cả thói quen “suy nghĩ” và làm việc của con người… Có mấy ai cầm trên tay chiếc Iphone 5 và tự hỏi làm thế nào nó lại “thông minh” như thế? Tại sao phép tính 2 10 =1024,… lại được thực hiện một cách chính xác, đơn giản và nhanh gọn đến vậy? Điều gì đang xảy ra bên trong các thiết bị đó? Chính sự quên lãng này đã và đang vô tình khiến cho con người mất dần đi tính sáng tạo, không làm chủ được công nghệ. Với mong muốn cháy bỏng đi tìm “nguồn gốc”, “nguyên lý” tạo ra sự “kỳ diệu” đó, nhóm học sinh lớp 11 chúng em đã quyết định tiến hành xây dựng một mô hình mô phỏng lại gần chính xác hoạt động của một chiếc máy tính điện tử - một thiết bị rất gần gũi với mọi người, là cơ sở cho các thiết bị điện – điện tử, nhằm khám phá sự bí ẩn về khả năng tính toán siêu việt của nó… Bằng nghiên cứu này, chúng em đã giải mã được sự bí ẩn của công nghệ số. Kiến thức đó sẽ giúp cho tất cả mọi người có cái nhìn toàn diện nhất, hiểu được và ứng dụng những cơ chế, kiến thức nền tảng, công nghệ vượt trội của vi xử lý trong đời sống, ứng dụng những kiến thức kĩ năng đó vào việc xây dựng các sản phẩm khác có giá trị phục vụ con người ngày một cao hơn, hữu dụng hơn. 2. Ý tưởng nghiên cứu Năm 1642, nhà toán học, vật lý, nhà phát minh, tác giả và triết gia Cơ Đốc người Pháp Blaise Pascal, sau hơn 3 năm nghiên cứu, đã phát minh ra chiếc máy tính cơ học đầu tiên trên Thế Giới, đặt nền móng đầu tiên cho nền công nghiệp máy tính. Phải đến gần 3 thế kỉ sau, vào năm 1946, máy tính điện tử đầu tiên của Thế Giới ENIAC (Mỹ) ra đời, đánh dấu sự bùng nổ của hàng loạt những cải tiến mới và sự ra đời của hàng loạt loại máy tính, thiết bị mới. Chính những phát minh vĩ đại này đã làm thay đổi bộ mặt của xã hội loại người, là nền tảng của văn minh nhân loại trong thế kỉ XXI. Chúng ta biết rằng bộ não con người có khả năng nhận diện được các kí tự, hiểu được ý nghĩa của các con số, nhận biết được màu sắc, âm thanh hình ảnh (đây chính là các đơn vị thông tin), thực hiện các phép toán, soạn thảo các văn bản, pha trộn màu sắc, âm Hình 1: Blaise Pascal Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 6 thanh… nhưng để máy móc hiểu được những thông tin đó thì quả là khó hiểu! Ta sẽ cùng tìm hiểu xem máy tính làm thế nào để hiểu và sử dụng được những thông tin đó. Hãy quan sát thí nghiệm sau đây: “Máy tính điều khiển điều hòa nhiệt độ”. Để điều hòa nhiệt độ, máy tính có thể cho dòng điện 10 ampere chạy qua một máy điều hòa nhiệt độ. Để tăng nhiệt độ, máy tính sẽ đóng điện trong 10 phút rồi ngắt điện 1 phút. Muốn giảm nhiệt độ thì đóng điện 9 phút rồi ngắt 1 phút. Và tương tự như vậy, bằng cách tắt mở nguồn điện một cách thông minh máy tính có thể tăng/ giảm nhiệt độ theo ý muốn. Hai mức đóng hay ngắt điện gọi là hai mức luận lý 0 và 1. Đây là cơ sở lý thuyết của kỹ thuật số. Tương tự như trên, tiếng chim hót trong thiên nhiên sẽ được máy tính phân tích rời rạc theo thời gian. Muốn mô phỏng trung thực, máy sẽ chia chuỗi tín hiệu tiếng chim thành từng mẩu nhỏ, càng nhiều càng tốt theo thời gian. Mỗi mẩu như thế được đặc trưng bằng một chuỗi các số 0 hay 1 để cho biết độ lớn nhỏ, âm sắc trầm bỗng như thế nào. Trong một khoảnh khắc, chia càng nhiều mẩu thì chất lượng âm thanh tái tạo lại càng cao. Với hình ảnh cũng vậy, máy tính cũng sẽ chia nhỏ hình ảnh thành từng điểm ảnh bằng kỹ thuật quét ảnh theo từng dòng, từng cột. Mỗi điểm ảnh chứa những thông tin về màu sắc, độ đậm nhạt. Những thông tin này được đặc trưng bằng một dãy các số 0 hay 1 Phim ảnh cử động được là nhờ tập hợp của nhiều ảnh đơn chiếc xuất hiện liên tục. Khi đã mô tả được hiện tượng tự nhiên bằng một chuỗi theo thời gian của hai mức luận lý 0 và 1, các nhà khoa học bắt đầu sáng chế ra vô số ứng dụng hữu ích làm cho kỹ thuật số trở thành ưu việt. Trong máy tính, mọi thông tin được chuyển thành thông tin dưới dạng đơn giản nhất - một chuỗi số gồm hai kí tự 0 và 1, mà ta quen gọi là hệ đếm nhị phân (các kí tự này được gọi là các bit binary digit - số ký nhị phân). Hai ký tự 0 và 1 có thể hiểu đơn giản là trạng thái “có” hoặc “không”, trạng thái “tắt” hoặc “mở” của một công tắc điện vậy. Ta xét một ví dụ sau: Ta đang thực hiện một thao tác đánh văn bản: ta đánh số 5, máy sẽ hiểu là 0000 0101 ta đánh chữ “a” máy tính sẽ không hiểu được chữ “a” đó mà nó sẽ hiểu là 0110 0001. Ta muốn các chữ ta đánh có màu đỏ, máy sẽ không hiểu được “màu đỏ” mà “màu đỏ” ấy cũng sẽ được chuyển thành dạng các bit 0 và 1 như những kí tự ở trên vậy. Mọi thông tin mà con người yêu cầu máy tính xử lý đều được thực hiện dựa trên các phép toán trên hệ đếm nhị phân (đại số Bool - Boolean algebra). Tại sao máy tính lại lựa chọn con đường như vậy? Những ưu điểm về khả năng tính toán “ưu việt” đơn giản, dễ dàng thực hiện về mặt vật lý, nhanh chóng về mặt thời gian. Ví dụ như ta muốn “dạy” cho máy tính thực hiện phép toán cộng. Bằng hệ đếm nhị phân, ta chỉ cần dạy nó 1+0=1, 0+0=0, 1+1=0 (nhớ 1). Với 3 phép toán đó kết hợp với phép nhớ, máy tính hoàn toàn có khả năng thực hiện phép cộng một cách thuần thục nhanh chóng đơn giản và vô cùng chính xác. Bên cạnh đó, với việc chỉ sử dụng các bit 0, bit 1 sẽ giúp cho máy tính dễ dàng ghi nhớ, thay vì phải ghi nhớ âm thanh, hình ảnh phức tạp bằng nhiều mức trong các băng từ tính như băng video, băng cassette… (công nghệ analog cũ) ngày nay máy tính chỉ việc ghi nhớ các chuỗi kí tự 0, 1 đơn giản. Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 7 Trong kỉ nguyên số, đặt ra yêu cầu đòi hỏi các thông tin cần phải được truyền đi nhanh chóng, dễ dàng với độ chính xác cao. Công nghệ số đã đáp ứng được yêu cầu này. Thay vì phải xử lý tín hiệu ở nhiều mức (công nghệ analog), gây méo mó, nghẹt tiếng, sai màu… bây giờ chỉ còn truyền hai mức 0 và 1 dễ truyền, hình ảnh âm thanh được giữ nguyên gốc. Bằng tính ưu việt, sự đơn giản và tiện dụng hệ nhị phân – cơ sở của công nghệ số hiện đại đã trở thành một phần kiến tạo vô cùng căn bản trong các máy tính hiện tại và là nền tảng cho mọi hoạt động của vi xử lý cũng như của các thiết bị công nghệ hiện đại hiện nay đang được sử dụng. Có thể nói “Hệ nhị phân” chính là con đường duy nhất của máy tính điện tử. Những nguyên lý cơ bản nêu trên chính là nền tảng hoạt động của một chiếc máy tính điện tử căn bản. Các bit 0 – bit 1 đi suốt trên con đường phát triển của chiếc máy tính điện tử. Xuất hiện trong những chiếc máy tính điện tử đầu tiên dưới dạng các bóng đèn chân không (transistor) to, bự và cồng kềnh. Sau đó, cùng với sự phát triển của công nghệ vi xử lý, các bit 0 – bit 1 này không còn hoạt động trên những chiếc bóng đèn chân không to bự cồng kềnh nữa, mà ngày nay nó hoạt động trong những con chíp máy tính (IC) – được sản xuất vô cùng công phu chi tiết. Những con chíp này ngày càng nhỏ gọn, tiêu tốn ít năng lượng v.v… khả năng tính toán được tăng cao kể về tốc độ lẫn độ chính xác. Tuy nhiên nguyên lý của nó vẫn rất cơ bản, không có nhiều thay đổi như những nguyên lý nền tảng ban đầu. Tuy nhiên, một vấn đề đặt ra là với hệ nhị phân máy tính có thể xử dụng một cách “thành thạo” nhưng điều đó lại gây ra sự khó khăn cho con người trong việc giao tiếp và thực hiện các thao tác. Làm thế nào để chuyển ngược thông tin từ hệ đếm nhị phân - các thông tin dưới dạng các ký tự 0, 1 thành những ký tự số trong hệ thống thập phân, hình ảnh, âm thanh, màu sắc,…? Sau khi xử lý những thông tin xong, từ những thông tin dưới dạng các bit 0 và 1, máy tính sẽ thực hiện một bước gọi nôm na là “phiên dịch” chuyển các thông tin dưới dạng các ký tự 0 và 1 đó thành những ký tự trong bảng chữ cái Latin, các con số trong hệ 10 thông dụng, màu sắc, âm thanh, hình ảnh mà con người có thể thấy được, nghe được thông qua các thiết bị như màn hình, loa, máy in, Đây là nhiệm vụ của các kỹ sư lập trình máy tính và nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc lập một phần mềm nhỏ để “phiên dịch” ngôn ngữ từ nhị phân sang thập phân cho mô hình của mình. Nhằm mục đích để mọi người có thể tiếp cận với hệ nhị phân một cách trực quan, sinh động, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình mô phỏng một cách gần chính xác nhất hoạt động của một chiếc máy tính – từ bước nhập liệu – xử lý – đến hiển thị kết quả. Các bóng đèn led “tắt” - “mở” tượng trưng cho bit 1, bit 0. Từ việc quan sát những gì mô hình mô phỏng được, người xem hoàn toàn có thể dễ dàng hiểu được hoạt động của một chiếc máy tính điện tử - hiểu được nguyên lý hoạt động của công nghệ số. Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 8 C. Ý TƯỞNG THỰC HIỆN – CÔNG VIỆC THỰC HIỆN – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Ý tưởng thực hiện – công việc thực hiện: Sản phẩm được xây dựng trên cả hai phương diện phần cứng – phần mềm, nó sẽ là cơ sở để giúp cho các bạn học sinh cũng như những người có đam mê về công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực vi xử lý tiếp cận một cách trực quan, sinh động và nắm được những tư tưởng cơ bản để hình thành nên một sản phẩm. Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm tác giả cần phải tìm hiểu nghiên cứu một số vấn đề cơ bản sau đây: Cơ sở lý thuyết: bao gồm những kiến thức cơ bản về máy tính – cách tính toán dựa trên hai hệ đếm. 1. Về cơ chế hoạt động của thiết bị vi tính – điện tử, về cách tính toán chuyển đổi giữa hai hệ đếm cơ bản: hệ đếm cơ số 10 (hệ đếm thập phân), được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống và hệ đếm cơ số 2 (hệ đếm nhị phân), được máy tính sử dụng để tính toán. 2. Về các phép toán số học cơ bản trên hệ đếm nhị phân như phép: cộng (+), trừ (-), nhân (*), chia lấy phần nguyên (div). Công cụ để thực hiện sản phẩm: để thực hiện được sản phẩm cần xây dựng trên cả hai mặt: “phần cứng” và “phần mềm” + Phần cứng: Bao gồm việc lắp đặt các thiết bị, linh kiện điện tử, thực hiện các chức năng cơ bản của máy tính điện tử. Cụ thể: 3. Kiến thức tổng quát về đặc tính của vi xử lý, đặc biệt là vi xử lý AT 89C51 (của hãng ATMEL). 4. Lắp ráp mạch điện khối xử lý với trung tâm là chíp vi xử lý AT 89C51 làm “đầu não” cho mọi hoạt động của sản phẩm (sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau). 5. Lắp ráp mạch điện khối nhập liệu bao gồm một bàn phím được tổ chức gồm 4 hàng và 4 cột (gọi là KEYPAD 4x4) tạo thành hệ thống có 16 nút ấn. 6. Lắp ráp mạch điện khối hiển thị bao gồm 3 hàng đèn LED, mỗi hàng gồm có 8 LED mô tả hoạt động cho 8 bit khi chuyển một số từ hệ đếm thập phân (bé hơn hoặc bằng 255) sang hệ đếm nhị phân (2 số nhập liệu - 1 số kết quả); 9 LED 7 đoạn (seven segment display) để hiển thị số dưới dạng số thập phân. 7. Lắp ráp mạch điện khối giải mã LED 7 đoạn có tác dụng đổi một số (8 bit) ở hệ nhị phân sang hệ thập phân và đưa ra các lệnh để hiển thị trên 3 LED 7 đoạn. 8. Lắp ráp mạch điện khối nguồn bao gồm IC 7805, tụ điện,… làm ổn định điện áp 5V cung cấp cho vi xử lý. 9. Lắp ráp trình bày các kết nối cái board. 10. Thiết kế hộp đựng – trình bày sản phẩm. + Phần mềm: Bao gồm các thao tác xử lý, lập trình trên máy vi tính thông qua vi xử lý AT89C51/ AT 89C52, bao gồm các công đoạn: 11. Về các kiến thức cơ bản của lập trình vi xử lý (AVR). 12. Về các cấu trúc lệnh – phép toán – chương trình – hàm, chương trình con trong ngôn ngữ lập trình C dành cho vi xử lý. Trong sản phẩm này, nhóm tác giả đã sử dụng phần mềm Keil  Vision4 để thực hiện các thao tác lập trình. Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 9 13. Sử dụng phần mềm Little Programmer Version Gold kết hợp với mạch nạp vi xử lý để nạp phần mềm sau khi đã xây dựng vào trong chíp xử lý. 14. Thiết kế chương trình quét KEYPAD 4x4 (hệ thống phím) cho phép người dùng nhập dữ liệu vào mạch để xử lý. 15. Thiết kế chương trình xử lý chuyển đổi từ hệ đếm cơ số 10 (do người dùng nhập từ KEYPAD) sáng hệ đếm cơ số 2 và hiển thị trên LED đơn. 16. Thiết kế chương trình mô tả hoạt động của các phép toán trên hệ đếm nhị phân. 17. Thiết kế chương trình chuyển đổi từ hệ đếm cơ số 2 (8 bit) sang hiển thị trên LED 7 đoạn. 2. Cơ sở lý thuyết a. Giới thiệu về hệ đếm thập phân và hệ đếm nhị phân: Hệ thập phân (hay hệ đếm cơ số 10) là một hệ đếm có 10 ký tự (0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Con số còn có thể được dẫn đầu bằng các ký hiệu “+” hay “-” để biểu đạt số dương và số âm. Đây là hệ đếm phổ thông, được sử dụng rộng rãi. Hệ nhị phân (hay hệ đếm cơ số 2) là một hệ đếm dùng hai ký tự để biểu đạt một giá trị số, hai ký tự đó là 0 và 1; chúng thường được dùng để biểu đạt hai giá trị hiệu điện thế tương ứng (có hiệu điện thế, hoặc hiệu điện thế cao là 1 và không có, hoặc thấp là 0). Để biểu diễn số dấu người ta dùng bit đầu tiên (0: số dương, 1 số âm). b. Chuyển đổi giữa các hệ đếm: Từ hệ nhị phân sang hệ thập phân: giả sử có 1 số nhị phân A như sau: A=a n a n-1 a n-2 …a 1 a 0 Giá trị thập phân của A được tính như sau: B=a n 2 n + a n-1 2 n-1 + a n-2 2 n-2 +…+a 1 2 1 + a 0 2 0 Từ hệ thập phân sang hệ nhị phân: nguyên tắc của phương pháp này là lấy số cần chuyển đổi chia cho 2 (kết quả chỉ lấy phần nguyên), sau đó tiếp tục lấy kết quả chia 2 (và cũng chỉ lấy phần nguyên), kết quả số nhị phân thu được là tập hợp các số dư của các phép chia theo thứ tự từ phép chia cuối cùng đến phép chia đầu tiên. c. Các phép toán logic: A B A and B A or B A xor B 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 d. Các phép toán số học: Tính cộng hai số không âm: Phép tính đơn giản nhất trong hệ nhị phân là tính cộng. Cộng hai đơn vị trong hệ nhị phân được làm như sau: 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 0 (nhớ 1 lên hàng thứ 2) [...]... những kỹ thuật cơ bản của lập trình vi xử lý, nguyên lý hoạt động của máy tính điện tử, nguyên lý hoạt động của công nghệ số Với những kiến thức, kỹ thuật đó nhóm sẽ tiếp tục phát triển, xây dựng chế tạo ra các sản phẩm mới, tốt hơn, tiến bộ hơn dựa trên nền tảng của công nghệ và công nghệ vi xử lý I KẾT LUẬN: Bằng việc xây dựng thành công mô hình mô phỏng lại chính xác hoạt động của một chiếc máy tính... 104, 1000uF Hình 5: Giới thiệu IC 7805 14 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số PORT 2 PORT 3 PORT 0 PORT 1 2 PHẦN CỨNG CỦA CÁC KHỐI: Sơ đồ mạch điện phần cứng của các khối được mô tả như sau: a Khối xử lý: Hình 6: Sơ đồ mạch điện khối xử lý Mục đích của khối này là duy trì điều khiển hoạt động của IC AT 89C51/ AT 89C52, điều khiển mọi hoạt động của mạch điện Mạch điện trên có thể được chia... lượt:  < + >   ENTER Khi đó, 3 hàng LED đơn sẽ thể hiện: Hàng 1( ứng với số A): 0 0 0 0 0 1 0 1 Hàng 2 (ứng với số B): 0 0 0 0 0 0 1 0 Hàng 3 (ứng với kết quả): 0 0 0 0 0 1 1 1 21 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số LED ở phép toán cộng sẽ sáng lên Đồng thời, 3 cụm LED 7 đoạn sẽ thể hiện Cụm số 1: xuất số A : 0 0 5 Cụm số 2: xuất số B : 0 0 2 Cụm số 3: xuất kết quả: 0 0... cực E của Transistor Cực B của Transistor mắc lên nguồn 5V Chân B của Transistor được mắc vào các các PIN của các PORT vi xử lý Các CATODE của các thanh có tên giống nhau được mắc song song với nhau e Khối nguồn: +5 VDC +12VDC 104 104 Hình 10: Sơ đồ khối nguồn 18 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số F GIỚI THIỆU VỀ “PHẦN MỀM” CỦA DỰ ÁN: Sau khi đã lắp ráp thành công phần mạch điện của các... LỢI ÍCH ĐỀ TÀI MANG LẠI: Hình 16: Mục đích của sản phẩm Đề tài nếu sau khi được ứng dụng và phổ biến rộng rãi sẽ mang lại lợi ích:  Giúp cho tất cả mọi người, các bạn học sinh thông qua mô hình nguyên lý hoạt động của một chiếc máy tính điện tử sẽ nắm được cơ sở nguyên lý hoạt động của các thiết bị kỹ thuật số, ứng dụng được nắm bắt được những nguyên lý vô cùng “thông minh” đó vào thực tế cuộc sống,... sống, vào việc giải quyết các bài toán, phát minh cải tiến ra những sản phẩm mới, có giá trị cao hơn  Sản phẩm sau khi hoàn thành có khả năng thực hiện mô phỏng lại chính xác hoạt động của một chiếc máy tính điện tử Sản phẩm này có khả năng ứng dụng rất lớn trong việc, dạy học môn tin học ở trường THPT, đặc biệt là bộ môn tin học lớp 10.Bên 29 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số cạnh đó,... có số bị chia là 110112, hoặc 27 trong số thập phân, số chia là 1012, hoặc 5 trong số thập phân Cách làm tương tự với cách làm trong số thập phân Ở đây ta lấy 3 số đầu của số bị chia 1102 để chia với số chia, tức là 1102, được 1, viết lên trên hàng kẻ Kết quả này được nhân với số chia, và tích số được trừ với 3 số đầu của số bị chia Số tiếp theo là một con số 1 được hạ xuống để tạo nên một dãy số có... thái 1 báo phép toán bị lỗi (trừ ra số âm, phép K giải mã chia cho 0, vượt ngoài khả năng tính toán của LED 7 đoạn mạch) Nếu Pin 5 ở trạng thái 1 thì khối hiển thị và khối giả mã led 7 đoạn sẽ xuất hiện thông báo ERROR K giải mã Điều khiển trạng thái nhận giá trị của khối giãi mã LED 7 đoạn LED 7đoạn K giải mã Xuất ra biểu diển của kết quả phép toán ở hệ nhị LED 7 đoạn phân, đưa qua K .Giải mã hiển... cụm Mỗi cụm hiển thị kết quả ở hệ thập phân cho các số nhập vào và kết quả của phép toán KHỐI NGUỒN Chức năng: Hiển thị, mô tả các phép toán nguồn cho toàn mạch Cung cấp KHỐI GIẢI MÃ LED 7 ĐOẠN Chuyển đổi số ở hạng nhị phân ra thập phân và đưa ra các lệnh hiển thị LED 7 đoạn 12 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số E GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG CỦA DỰ ÁN: 1 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN: a Về chip vi... lầy nguyên các số nguyên dương bé hơn 255 với điều kiện kết quả của phép toán không vượt quá 255 Nguyên lý hoạt động của hệ nhị phân đã được được thể hiện một cách trực quan, sinh động dưới dạng “tắt/mở” của các bóng đèn led Phần mềm “phiên dịch” ngôn ngữ từ “nhị phân” sang “thập phân” đã hoạt động tốt 2 Hạn chế của sản phẩm: Chưa thể thực hiện các phép toán phức tạp với các số nguyên âm, các số thực,… . hiểu được hoạt động của một chiếc máy tính điện tử - hiểu được nguyên lý hoạt động của công nghệ số. Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 8 C. Ý TƯỞNG THỰC HIỆN – CÔNG VIỆC. nguyên lý hoạt động công nghệ số 4 BẢN THUYẾT MINH GIẢI PHÁP DỰ THI Sản phẩm: “GIẢI MÃ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÔNG NGHỆ SỐ” ** A. TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN: Sự bùng nổ của “thế giới số làm. Thắng Đỗ Thanh Phong Cuộc thi khoa học kĩ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học Năm học 2013-2014 Đề tài: Giải mã nguyên lý hoạt động công nghệ số 1 Lời cảm ơn Chúng