TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ TRỊNH THỊ LAN ĐIỂU KHIỂN MA TRẬN LED DÙNG PIC 18F4520 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2014 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ TRỊNH THỊ LAN ĐIỂU KHIỂN MA TRẬN LED DÙNG PIC 18F4520 Chuyên nghành: Vật lý Kỹ thuật KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TH.S PHÙNG CÔNG PHI KHANH HÀ NỘI, 2014 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Điều khiển ma trận LED dùng PIC 18F4520 ”. Em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy Phùng Công Phi Khanh đã hướng dẫn và chỉ bảo em tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn trường ĐHSP Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm khoa Vật lí, tổ Sư phạm kĩ thuật và các thầy cô giáo trong khoa đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại khoa. Đồng thời em cũng gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên em, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2014 Sinh viên TRỊNH THỊ LAN LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Em xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong khóa luận đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, tháng 5 năm 2014 Sinh viên TRỊNH THỊ LAN Mục Lục Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan PHẦN I: MỞ ĐẦU 6 PHẦN II: NỘI DUNG 8 Chƣơng 1: Tổng quan về vi điều khiển PIC 8 1.1. PIC là gì? 8 1.2. Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC 8 1.3. Ngôn ngữ lập trình cho PIC 8 1.4. Mạch nạp cho PIC 8 Chƣơng 2: Tổng quan về vi điều khiển PIC 18F4520 10 2.1. Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18F4520 10 2.2. Các thông số về vi điều khiển PIC 18F4520 10 2.3. Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC 18F4520 11 2.4. Hoạt động vào/ra 13 2.4.1. Cổng A 14 2.4.2. Cổng B 14 2.4.3. Cổng C 15 2.4.4. Cổng D 16 2.4.5. Cổng E 16 2.4.6. Giao tiếp bus song song (PSP – Paralell Slave PORT) ở cổng D và cổng E 17 Chƣơng 3: Ma trận LED 8x8 18 3.1. Giới thiệu về ma trận LED 18 3.2. Nguyên tắc làm sáng đèn LED trên ma trận LED 22 3.3. Nguyên tắc quét ma trận LED 22 Chƣơng 4: Một số ứng dụng của vi điều khiển PIC 18F4520 23 4.1. Điều khiển ma trận LED dùng PIC 18F4520 hiển thị chữ 23 4.1.1. Mục đích và yêu cầu 23 4.1.2. Thiết kế mạch điện 23 4.1.3. Thiết kế phần mềm 25 4.1.4. Thử nghiệm và đánh giá kết quả 30 4.2. Điều khiển ma trận LED dùng PIC 18F4520 hiển thị chữ chạy từ dưới lên trên 32 4.2.1. Mục đích và yêu cầu 32 4.2.2. Thiết kế mạch điện 32 4.2.3. Thiết kế phần mềm 34 4.2.4. Thử nghiệm và đánh giá kết quả 37 PHẦN III: KẾT LUẬN 40 Tài liệu tham khảo 41 6 PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hiện nay vi điều khiển đã rất phổ biến ở Việt Nam và được ứng dụng rất nhiều, những ứng dụng của vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và sản xuất của con người. Thực tế, hầu hết các thiết bị dân dụng và thiết bị công nghiệp đều có sự góp mặt của vi điều khiển. Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ thống. Có nhiều họ vi điều khiển khác nhau, trong đó dòng vi điều khiển PIC có những tính năng vượt trội và được sử dụng rộng rãi hơn so với nhiều dòng vi điều khiển trước. Việc tìm hiểu và ứng dụng hết khả năng của PIC là cả một quá trình dài hữu ích vì sự thuận tiện, nhỏ gọn, khả năng phát triển cũng như sự đa dạng của các dòng PIC. Một trong những ứng dụng rất phổ biến của vi điều khiển mà chúng ta hay bắt gặp trong thực tế đó là ứng dụng trong trang trí quảng cáo. Bạn dễ dàng bắt gặp những áp phích quảng cáo điện tử với nhiều hình ảnh và màu sắc rất ấn tượng. Vì vậy với những kiến thức đã được học về vi điều khiển và những kiến thức cập nhật, nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn của thầy Phùng Công Phi Khanh. Em đã chọn đề tài: “Điều khiển ma trận LED dùng vi điều khiển 18F4520”. Với mong muốn đề tài này sẽ góp phần cùng các bạn sinh viên Sư phạm Kỹ thuật bước đầu làm quen và tìm hiểu về vi điều khiển PIC và ma trận LED. Từ đó mở rộng đi tìm hiểu những ứng dụng khác của vi điều khiển trong cuộc sống. 7 2. Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu về vi điều khiển PIC 18F4520 Dùng PIC 18F4520 điều khiển ma trận LED Hiển thị được hình ảnh (chữ, số,…) trên ma trận LED 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hiểu tổng quan về vi điều khiển PIC 18F4520 Tìm hiểu về ma trận LED Lập trình C cho vi điều khiển PIC 18F4520 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của khóa luận Đối tượng nghiên cứu: Lập trình C cho vi điều khiển PIC 18F4520 điều khiển ma trận LED Phạm vi nghiên cứu: Vi điều khiển dòng PIC 18F4520 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu lí thuyết kết hợp với thực nghiệm. 6. Cấu trúc khóa luận Chương 1: Tổng quan về vi điều khiển PIC: Giới thiệu về vi điều khiển PIC, các dòng PIC, trình dịch và mạch nạp cho vi điều khiển PIC. Chương 2: Tổng quan về vi điều khiển PIC 18F4520: Tìm hiểu phần cứng, các thông số, hoạt động vào ra của vi điều khiển PIC 18F4520. Chương 3: Ma trận LED 8x8: Giới thiệu về ma trận LED 8x8, nguyên tắc làm sáng LED trên ma trận LED và nguyên tắc quét ma trận LED. Chương 4: Một số ứng dụng của vi điều khiển PIC 18F4520. 8 PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 1.1. PIC là gì? - PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ. - PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay. 1.2. Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC - Các kí hiệu của vi điều khiển PIC: + PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit. + PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit. + PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit. + C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM). + F: PIC có bộ nhớ flash. + LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp. + LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ. - Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash). - Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất. - Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: + Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng. Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân. 9 + Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần hơn. + Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong. + Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép. + Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp. 1.3. Trình dịch cho PIC Trình dịch cho PIC rất đa dạng, từ các trình dịch sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp thấp như MPLAB ASM (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip) đến các trình dịch sử dụng các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn như C, Basic, Pascal,… Ngoài ra còn có một số trình dịch sử dụng ngôn ngữ lập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic,… Ở đề tài này tôi đã tìm hiểu những tính năng và công cụ chính của MPLAB Cxx, đây là trình dịch sử dụng ngôn ngữ lập trình C. 1.4. Mạch nạp cho PIC - Đây cũng là một dòng sản phẩm rất đa dạng dành cho vi điều khiển PIC. Có thể sử dụng các mạch nạp được cung cấp bởi nhà sản xuất là hãng Microchip như: PICSTART plus, MPLAB ICD 2, MPLAB PM 3, PRO MATE. - Có thể dùng các sản phẩm này để nạp cho vi điều khiển khác thông qua chương trình MPLAB. Dòng sản phẩm chính thống này có ưu thế là nạp được cho tất cả các vi điều khiển PIC, tuy nhiên giá thành rất cao và thường gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình mua sản phẩm. Ngoài ra do tính năng cho [...]... III: MA TRẬN LED 8x8 3.1 Giới thiệu về ma trận LED Ma trận LED tức DOT Matrix LED là tập hợp nhiều đèn LED được bố trí thành dạng ma trận hình chữ nhật hoặc hình vuông với số hàng là a và số cột là b Ma trận LED được dùng rất nhiều trong các ứng dụng hiển thị như các biển quảng cáo, hiển thị thay thế LCD hoặc thậm chí dùng hiển thị video Để giảm số lượng các đường điều khiển, trong ma trận LED các LED. .. 4.2 Điều khiển ma trận LED dùng PIC 18F4520 hiển thị chữ chạy từ dƣới lên trên 4.2.1 Mục đích và yêu cầu - Mục đích: Điều khiển ma trận LED hiển thị chữ chạy từ dưới lên trên dùng vi điều khiển PIC 18F4520 33 - Yêu cầu: Viết chương trình và vẽ mạch mô phỏng hiển thị trên ma trận LED các chữ cái in hoa từ A đến Z chạy từ dưới lên trên 4.2.2 Thiết kế mạch điện Trong ứng dụng này tôi sử dụng ma trận LED. .. cột Số lượng LED trên ma trận LED là axb trong khi số lượng ngõ ra bằng tổng hàng và cột: a+b Việc điều khiển một ma trận LED kích thước lớn đòi hỏi thiết kế một mạch driver và điều khiển rất phức tạp Với mục đích bước đầu làm quen và tìm hiểu về vi điều khiển PIC 18F4520 và ma trận LED, trong phạm vi đề tài mày tôi chỉ đi tìm hiểu về một ma trận LED có kích thước 8x8 (8 hàng, 8 cột, do 64 LED đơn được... nhược điểm là hạn chế về số vi điều khiển được hỗ trợ, bên cạnh đó mỗi mạch nạp cần được sử dụng với một chương trình nạp thích hợp 10 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18F4520 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18F4520 Vi điều khiển PIC 18F4520 có 40 chân, được thể hiện trên hình 2.1 Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18F4520 2.2 Các thông số về vi điều khiển PIC 18F4520 - CPU tốc độ cao có... trên ma trận LED Ta sẽ tìm cách tạo hiệu ứng chạy chữ trên ma trận LED Thủ thuật ở đây là quét và hiển thị một hình ảnh trong một thời gian nhất định, sau đó ta dịch dữ liệu của các cột một vị trí, khi đó ta sẽ tạo được hiệu ứng chữ chạy trên ma trận LED 25 CHƢƠNG IV: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PIC 18F4520 4.1 Điều khiển ma trận LED dùng PIC 18F4520 hiển thị chữ 4.1.1 Mục đích và yêu cầu - Mục đích: Điều khiển. .. LED có kích thước 8x8 (8 hàng, 8 cột, do 64 LED đơn được ghép lại) Ma trận LED 8x8 thường được dùng để hiển thị các kí tự trong bảng mã ASCII thay thế cho Text LCD Dưới đây là hình ảnh và sơ đồ nguyên lý của ma trận LED 8x8 được thể hiện ở hình 3.1 và hình 3.2 Hình 3.1: Ma trận LED 8x8 20 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8 Ma trận LED trong proteus có bốn loại màu chính là màu đỏ, màu xanh lá,... dụng ma trận LED 8x8 màu xanh lá cây và ma trận LED 8x8 màu đỏ Dưới đây tôi trình bày cách xác định chân của ma trận LED màu xanh lá cây, những màu khác cũng xác định tương tự Hình 3.3 thể hiện ma trận LED 8x8 màu xanh lá cây trong proteus 21 Hình 3.3: Ma trận LED 8x8 màu xanh lá cây trong proteus Xoay linh kiện theo chiều để nó xoay ngang Sau đó, để test chân linh kiện, giả sử cho cực dương và mass... khiển ma trận LED hiển thị chữ và số trong bảng mã ASCII dùng vi điều khiển PIC 18F4520 - Yêu cầu: Viết chương trình và vẽ mạch mô phỏng hiển thị ra trên ma trận LED các kí tự lần lượt như sau: + Đầu tiên: Hiển thị các số từ 0 đến 9 + Tiếp theo: Hiển thị các chữ cái in hoa từ A đến Z + Cuối cùng: Hiển thị các chữ cái thường từ a đến z 4.1.2 Thiết kế mạch điện Trong ứng dụng này tôi sử dụng ma trận LED. .. bảo mật mã chương trình - Chế độ SLEEP - Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau 2.3 Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC 18F4520 Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC 18F4520 được thể hiện trên hình 2.2 12 Hình 2.2: Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC 18F4520 13 Các khối chính trên PIC 18F4520 - CPU: Tần số tối đa 40 MHz, kiến trúc havard, được sản xuất bằng công nghệ nonaWatt - Bộ nhớ: + Bộ nhớ chương... áp của LED Màu LED/ Điện áp Vmin V Vmax Đỏ 1.88 1.9 1.93 Xanh 2.08 2.1 2.12 Vàng 1.98 2.0 2.02 Việc hiển thị thông tin trên ma trận LED ta cho những điểm LED sáng theo sự điều khiển để tạo ra chữ và hình ảnh 3.3 Nguyên tắc quét bảng ma trận LED Để hiển thị kí tự lên ma trận LED, ta dùng phương pháp quét hàng và xuất dữ liệu cột Quá trình quét hàng là ta gửi tín hiệu cho phép đến từng hàng trong từng thời . Dùng PIC 18F4520 điều khiển ma trận LED Hiển thị được hình ảnh (chữ, số,…) trên ma trận LED 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hiểu tổng quan về vi điều khiển PIC 18F4520 Tìm hiểu về ma trận LED Lập. điều khiển PIC 18F4520. Chương 3: Ma trận LED 8x8: Giới thiệu về ma trận LED 8x8, nguyên tắc làm sáng LED trên ma trận LED và nguyên tắc quét ma trận LED. Chương 4: Một số ứng dụng của vi điều. 3: Ma trận LED 8x8 18 3.1. Giới thiệu về ma trận LED 18 3.2. Nguyên tắc làm sáng đèn LED trên ma trận LED 22 3.3. Nguyên tắc quét ma trận LED 22 Chƣơng 4: Một số ứng dụng của vi điều khiển