Tìm hiểu và đưa ra mô hình quang báo sử dụng LED ma trận 8x32

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét của giáo viên chấm ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo viên chấm (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của xã hội cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cho nên nhu cầu về thông tin trở nên thiết yếu đối với con người trong cuộc sống cũng như trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Việc đưa thông tin quảng cáo đến với người tiêu dùng,đến với xã hội trở nên dễ dàng và nhanh chóng. Thông qua nhiều hình thức quảng cáo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của mình đến mọi người.Trong nhiều hình thức đa dạng của thông tin quảng cáo như báo, đài, tivi,tờ rơi, áp phích… thì việc dùng bảng thông tin điện tử là một cách đơn giản và hiệu quả để quảng cáo. Chúng ta bắt gặp rất nhiều bảng thông tin như vậy trong thực tế. Khi đi vào một hiệu sách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán loại sách gì, giá cả ra sao… là nhờ vào bảng đèn quang báo rất bắt mắt trước cửa hiệu. Hoặc khi vào sân bay, bạn biết được giờ giấc các chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường,…cũng là nhờ vào quang báo. Và khi đi trên đường phố lúc về đêm, bạn sẽ bắt gặp cùng với ánh đèn màu là rất nhiều các bảng quang báo lớn với các hình ảnh sinh động như ly bia Tiger đang trào bọt, hay các hình ảnh, logo hiệnlên với đủ kiểu (từ trên xuống, từ trái sang, ……). Với mong muốn giới thiệu những ứng dụng cơ bản của hệ thống nhúng trong đời sống hiện đại và để mọi người biết đến một vài ứng dụng cụ thể cũng như tầm quan trọng của các hệ thống nhúng, nhóm chúng em đã tìm hiểu và đưa ra mô hình quang báo sử dụng LED ma trận 8x32. Nhóm thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của ThS. Nguyễn Văn Huy – Bộ môn Kỹ thuật máy tính - Khoa Điện Tử đã giúp nhóm hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài: Vũ Thị Nguyệt Trần Thị Lưu Lê Thị Thu Phương CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐẶT VẤN ĐỀ Quang báo là hình thức thông báo trên bảng đèn. Bảng đèn quang báo gồm nhiều ma trận LED ghép lại, mỗi một ma trận biểu diễn một kí tự. Tùy chiều dài của bảng đèn mà có thể hiển thị những bản tin có độ dài khác nhau.Với sự ra đời của máy tính điện tử đặc biệt là máy vi tính, chúng có những tính năng ưu việt như khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng, độ tin cậy cao, lưu trữ lượng thông tin lớn và quan trọng hơn cả là máy tính có thể kết hợp với nhiều thiết bị ngoại vi tùy theo mục đích ứng dụng cụ thể, mà việc trao đổi và điều khiển trở nên đơn giản, chúng phụ thuộc vào phần mềm điều khiển. Dựa vào tính đa dạng và mềm dẻo của máy tính người ta tìm cách ứng dụng nó vào mục đích quảng cáo, chẳng hạn như dùng trong quang báo. Nhờ vậy, việc thiết kế phần cứng cho quang báo trở thành ít phức tạp hơn, nhưng độ tin cậy cao hơn. Trong thực tế để hiển thị các văn bản, người ta dùng các kiểu chữ là các Ma Trận LED 8x32, 8x12 hoặc 8x14 tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng và độ phân giải. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG QUANG BÁO Các công nghệ thiết kế quang báo hiện nay gồm nhiều công nghệ ,song thường sủ dụng Led 7 thanh, Led ma trận, LCD, Led đơn Hệ thống quang báo dùng LED 7 đoạn 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 đoạn". Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiện thị số là đủ, chẳng hạn led 7 đoạn được dùng 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… Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn 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 đoạn.8 led đơn trên led 7 đoạn 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 cực còn 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 đoạn 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 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), 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.Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong 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. Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5v.Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b. Tương tự với các chân và các led còn lại. Hệ thống quang báo dùng LED đơn Diode phát quang là Diode phát sáng khi ta phân cực thuận cho nó và có dòng điện cấp qua. Diode này có thể phát ra màu sắc khác nhau. Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra. Ưu điểm: giá thành rẻ. Nhược điểm: Phải xếp LED theo những gì muốn hiển thị, không thể thay đổi được, khó khăn trong việc thi công những bảng quang báo có diện tích lớn Hệ thống quang báo dùng LCD Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau. Trong thời đại hiện nay LCD cũng được ứng dụng khá nhiều trong lĩnh vực quang báo vì nó có khả năng hiển thị các nội dung cần truyền tải tốt hơn và đưa lại kết quả tốt hơn nhiều so với các loại hình quang báo khác. Nhưng trong thực tế loại hình này được sử dụng với tỉ lệ khá ít so với các loại hình khác do giá thành và chi phí bảo dưỡng cao, khó khăn trong việc sửa chữa, bảo dưỡng. Hệ thống quang báo dùng LED ma trận Bảng hiển thị ma trận LED (dot-matrix display) co rất nhiều loại và đủ kích cỡ to nhỏ khác nhau, mỗi bảng gồm có rất nhiều LED đơn được ghép lại vời nhau thánh một khối.Trong khối đó các LED đơn được sắp xếp theo các hàng và các cột,tại mỗi giao điểm của hàng và cột là một LED đơn,và người ta thường phân biệt các loại bảng LED theo số hàng và cột. Môt bảng led 5x7 tức là có 5 cột dọc và 7 hàng ngang,tổng cộng sẽ có 5x7=35 led đơn được ghép lại.Cũng như vậy một bảng led 8x8 là có 8 hàng và 8 cột,do đó có 64 led đơn ghép lại.Và nhiều loại cỡ to hơn như 16x16 hay 32x32.Trong đề tài này chúng em sử dụng bảng led 8x32 tức là có 8 cột và 32 hàng, do đó có 256 led đơn ghép lại. CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN Phân tích và lựa chọn phương án Có rất nhiều các để điều khiển một bảng LED ma trận, trong đề tài này chúng em sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A. Để có thể điều khiển được một khối LED ma trận 8x32 chúng ta không thể chỉ sử dụng các chân của vi điều khiển nên ở đây em sử dụng thêm IC dịch 74HC595 để mở rộng cổng, tiết kiệm chân cho vi điều khiển. Để cấp đủ nguồn cho các LED và cho các LED sáng đều, chúng em sử dụng IC đệm dòng ULN2803. Xác định bài toán và giới hạn của đề tài Hệ thống điều khiển 4 LED ma trận ,bảng led bao gồm 8 cột và 32 hàng Hiển thị 3 chữ “DO AN HE THONG NHUNG - LED MATRIX 8x32” trên nền led ma trận 8x32 Dòng chữ chạy từ phải qua trái. CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG KHỐI NGUỒN KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM KHỐI ĐIỀU KHIỂN LED MA TRẬN KHỐI HIỂN THỊ Sơ đồ khối của hệ thống quang báo Khối nguồn: Tạo ra điện áp một chiều ổn định 5V từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho các khối và linh kiện trong hệ thống. Khối xử lý trung tâm: Tạo ra tín hiệu điều khiển khối điều khiển LED ma trận và khối hiển thị để hiển thị các ký tự như chương trình đã định trước. Khối điều khiển LED ma trận: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, giải mã và cung cấp nguồn ổn định và đủ lớn để chuyển ra khối hiển thị. Khối hiển thị: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm và khối điều khiển LED ma trận để hiển thị các ký tự theo chương trình đã trong khối xử lý trung tâm  SƠ ĐỒ CALL GRAPH Module Giải mã Module Hiển thị IC Giải mã Led Ma trận Chương trình điều khiển chính Sơ đồ Callgraph SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG Tắt hết LED Hiển thị từng cột Dịch trái Bắt đầu Delay Hiển thị cột tiếp theo Delay Hiển thị hết CÁC MODULE TRONG HỆ THỐNG Module điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển PIC16F877A. Vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu để điều khiển khối hiển thị (Led ma trận) và khối điều khiển hiển thị theo các chương trình đã lập trình sẵn. Bộ tạo dao động dùng thạch anh 20MHz cung cấp ngồn dao động cho vi điều khiển Bộ reset như trong hình vẽ dưới nhằm tạo ra xung reset, xác lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển khi nút reset được nhấn. Sơ đồ nguyên lý module điều khiển trung tâm Module hiển thị Module hiển thị sử dụng 4 led ma trận 8x8 ghép nối lại với nhau thành một ma trận 8x32. Các LED ma trận được nối chung các chân cho phép hàng với nhau(H1 đến H8). Các chân cho phép cột được tách riêng và nối vào Module điều khiển LED ma trận (C1 đến C32) Sơ đồ module hiển thị Module điều khiển LED ma trận Module điều khiển LED được kết nối như hình dưới đây. Module sử dụng IC chốt dịch 74HC595 và IC đệm dòng ULN2803. Các chân Clock và Latch của IC 74HC595 được mắc song song như hình vẽ. Chân Data của IC 74HC595 đầu tiên được nối vào vi điều khiển. Các chân Data của 3 IC còn lại được mắc vào chân số 9 của IC 74HC595 trước đó. Các đầu ra của IC chốt dịch 74HC595 được mắc vào các cổng vào của IC đệm dòng ULN2803, các đầu ra của ULN2803 sẽ được nối trực tiếp với các chân cho phép cột của các LED ma trận trong module hiển thị. Sơ đồ module điều khiển LED ma trận Module nguồn Module này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho các linh kiện trong hệ thống. Sử dụng biến áp để biến điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu từ 12V xoay chiều sang 12V một chiều, dùng IC ổn áp để lấy ra điện áp ổn định 5V ở ngõ ra. Module nguồn LỰA CHỌN LINH KIỆN Khối điều khiển Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A Hình 2.9: Sơ đồ chân PIC 16F877A Một vài thông số về vi điều khiển PIC 16F877A Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau: Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit. Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep. Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung. Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C. Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS bên ngoài. Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit. Hai bộ so sánh. Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần. Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần. Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân. Watchdog Timer với bộ dao động trong. Chức năng bảo mật mã chương trình. Chế độ Sleep. Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau. Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F877A Hình 2.10 : Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A Tổ chức bộ nhớ Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (program memory) và bộ nhớ dữ liệu (data memory) . Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash , dung lượng bộ nhớ 8k word (1 word= 14bit) và được phân thành nhiều trang (từ page 0 đến page 3) .Như vậy bộ nhớ chương trinh có khả năng chứa được 8*1024 =8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit). Để mã hóa được địa chỉ của 8k word bộ nhớ chương trình , bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC) . Khi vi điều khiển reset , bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (reset vector). Khi có ngắt xảy ra , bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (interrupt vector). Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau. Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Pegister) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình. Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi. Khi lệnh CALL được thực hiện hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương trình PC tự động được vi điều khiển cất vào trong stack. Khi một trong các lệnh RETURN, RETLW hat RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng qui trình định trước. Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứa được 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị 6 cất vào Stack lần thứ 2. Cần chú ý là không có cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đó ta không biết được khi nào stack tràn. Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển dòng PIC cũng không có lệnh POP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn được điều khiển bởi CPU. Các cổng xuất nhập của PIC16F877A Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với thế giới bên ngoài. Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng. Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài. Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó. Port A Port A (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một chân trong PortA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong Port A là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lại. Bên cạnh đó Port A còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port). Các thanh ghi SFR liên quan đến Port A bao gồm: Port A (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong Port A. TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập. CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh. CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp. ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC. Port B Port B (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB. Bên cạnh đó một số chân của Port B còn đươc sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. Port B còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. Port B còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình. Các thanh ghi SFR liên quan đến Port B bao gồm: Port B (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong Port B TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập OPTION_REG(địa chỉ 81h,181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0 Port C PortC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC. Bên cạnh đó Port C còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART. Các thanh ghi điều khiển liên quan đến Port C: Port C (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong Port C TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập. Port D Port D (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISD. Port D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port). Các thanh ghi liên quan đến Port D bao gồm: Thanh ghi Port D : chứa giá trị các pin trong Port D. Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập. Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập Port E và chuẩn giao tiếp PSP. Port E Port E (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân của PortE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó Port E còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP. Các thanh ghi liên quan đến Port E bao gồm: Port E : chứa giá trị các chân trong PortE. TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP ADCON1: thanh ghi điều khiển khối ADC. Ngắt (Interrupt) PIC16F877A có đến 15 nguồn tạo ra hoạt động ngắt được điều khiển bởi thanh ghi INTCON (bit GIE). Bên cạnh đó mỗi ngắt còn có một bit điều khiển và cờ ngắt riêng. Các cờ ngắt vẫn được set bình thường khi thỏa mãn điều kiện ngắt xảy ra bất chấp trạng thái của bit GIE, tuy nhiên hoạt động ngắt vẫn phụ thuộc vào bit GIE và các bit điều khiển khác. Bit điều khiển ngắt RB0/INT và TMR0 nằm trong thanh ghi INTCON, thanh ghi này còn chứa bit cho phép các ngắt ngoại vi PEIE. Bit điều khiển các ngắt nằm trong thanh ghi PIE1 và PIE2. Cờ ngắt của các ngắt nằm trong thanh ghi PIR1 và PIR2. Trong một thời điểm chỉ có một chương trình ngắt được thực thi, chương trình ngắt được kết thúc bằng lệnh RETFIE. Khi chương trình ngắt được thực thi, bit GIE tự động được xóa, địa chỉ lệnh tiếp theo của chương trình chính được cất vào trong bộ nhớ Stack và bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h. Lệnh RETFIE được dùng để thoát khỏi chương trình ngắt và quay trở về chương trình chính, đồng thời bit GIE cũng sẽ được set để cho phép các ngắt hoạt động trở lại. Các cờ hiệu được dùng để kiểm tra ngắt nào đang xảy ra và phải được xóa bằng chương trình trước khi cho phép ngắt tiếp tục hoạt động trở lại để ta có thể phát hiện được thời điểm tiếp theo mà ngắt xảy ra. Đối với các ngắt ngoại vi như ngắt từ chân INT hay ngắt từ sự thay đổi trạng thái các pin của PORTB (PORTB Interrupt on change), việc xác định ngắt nào xảy ra cần 3 hoặc 4 chu kì lệnh tùy thuộc vào thời điểm xảy ra ngắt. Cần chú ý là trong quá trình thực thi ngắt, chỉ có giá trị của bộ đếm chương trình được cất vào trong Stack, trong khi một số thanh ghi quan trọng sẽ không được cất và có thể bị thay đổi giá trị trong quá trình thực thi chương trình ngắt. Điều này nên được xử lý bằng chương trình để tránh hiện tượng trên xảy ra. Ngắt INT Ngắt này dựa trên sự thay đổi trạng thái của pin RB0/INT. Cạnh tác động gây ra ngắt có thể là cạnh lên hay cạnh xuống và được điều khiển bởi bit INTEDG (thanh ghi OPTION_ REG ). Khi có cạnh tác động thích hợp xuất hiện tại pin RB0/INT, cờ ngắt INTF được set bất chấp trạng thái các bit điều khiển GIE và PEIE. Ngắt này có khả năng đánh thức vi điều khiển từ chế độ sleep nếu bit cho phép ngắt được set trước khi lệnh SLEEP được thực thi. Ngắt do sự thay đổt trạng thái các PIN trong Port B Các pin PORTB được dùng cho ngắt này và được điều khiển bởi bit RBIE (thanh ghi INTCON). Cờ ngắt của ngắt này là bit RBIF (INTCON). Hình ảnh thực tế vi điều khiển PIC 16F877A Khối nguồn Khối nguồn của mạch sử dụng IC ổn áp LM7805 thuộc dòng 78xx. 78xx là loại IC dùng để ổn định điện áp dương với điều kiện điện áp đầu vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V. Dòng IC 78xx có nhiều loại, ổn định nhiều mức điện áp khác nhau, cụ thể ở đây 7805 là dùng để ổn định điện áp đầu ra ở mức 5V. Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế IC 7805 7805 đóng gói dạng TO-220 gồm có 3 chân: Vin: Chân đầu nguồn vào GND: Chân nối đất Vo: Chân đầu nguồn ra Như chúng ta biết, mạch ổn áp dùng Diode Zener tuy nhỏ gọn, đơn giản nhưng có nhược điểm cho dòng điện nhỏ (~20mA). Để tạo ra một điện áp cố định nhưng dòng điện lớn hơn người ta mắc thêm một Tranzitor để khuếch đại như sơ đồ dưới đây: Sơ đồ cấu tạo IC ổn áp 7805 Đây cũng chính là sơ đồ cấu tạo của IC 7805. Thông qua R và Dz ghim điện áp cố định trên chân E của Tranzitor Q1 Mạch ổn áp dùng trên ổn áp 7805 (78xx nói chung) rất ổn định và hiệu quả nên được sử dụng rộng rãi, sơ đồ lắp mạch đơn giản như sau: Sơ đồ mạch ổn áp dùng IC ổn áp 7805 IC dịch 74HC595 74HC595 là một thanh ghi dịch 8 bit đầu vào nối tiếp, có các đầu ra song song và nối tiếp, ngõ ra có bộ đệm 3 trạng thái. Sơ đồ chân của 74HC595 như sau: Sơ đồ chân 74HC595 Sơ đồ logic của 74HC595 QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG,QH: là các ngõ ra song song của 74HC595 Chân 14 (A): đầu vào nối tiếp Chân 9 (SQH) : đẩu ra nối tiếp Chân 13 (Output Enable): Tích cực mức thấp, khi chân này ở mức thấp thì tín hiệu từ bộ chốt được đưa ra đầu ra. Khi nó ở mức cao thì các đầu ra song song ở trạng thái trở kháng cao. Đầu ra nối tiếp không bị ảnh hưởng bởi chân này. Chân 12 (Latch clock): Quá trình chuyển từ mức thấp sang mức cao ở Latch clock sẽ chốt dữ liệu được dịch trong thanh ghi dich vào bộ chốt. Chân 11 (Shift Clock) : Đầu vào xung nhịp, một quá trình chuyển từ mức thấp đến mức cao ở chân này sẽ dịch dữ liệu trong thanh ghi dịch một nhịp. Chân 10 (Reset) : Reset không đồng bộ, tích cực mức thấp. Mức thấp ở chân này sẽ reset thanh ghi dịch nhưng không reset bộ chốt lối ra. Hình ảnh thực tế IC chốt dich 74HC595 IC đệm dòng ULN2803 Đây là IC gồm 8 transistor NPN ghép Darlington gắn mạch điện tử trong dãy này của chuổi là một bộ lý tưởng để giao tiếp với mạch điện dạng số mức logic thấp như: TTL, CMOS hoặc PMOS/NMOS Sơ đồ khối IC ULN2803 ULN2803 được thiết kế để phù hợp với chuẩn TTL Vài chỉ số kĩ thuật của IC ULN2803: Dòng điện ngõ vào khoảng 25mA Điện áp ngõ vào khoảng 0.5V – 30V Dòng ra tới 500 mA/ 50 V Đệm 8 kênh riêng biệt Đầu ra đảo. Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dòng của ULN2803 Hình ảnh thực tế IC ULN2803 Khối hiển thị (LED ma trận) Khối hiển thị là một khối LED ma trận 8x32 được ghép thành từ 4 LED ma trận 8x8. Mỗi LED ma trận 8x8 được tạo nên bằng cách ghép 64 LED đơn vào với nhau theo sơ đồ dưới đây: Sơ đồ nguyên lý LED ma trận 8x8 Hình ảnh thực tế của một LED ma trận 8x8 Kết nối 4 LED ma trận 8x8 như trên theo nguyên tắc nối chung hàng hoặc chung cột ta sẽ được một LED ma trận 8x32 với 40 chân điều khiển. Nếu nối chung hàng thì sẽ có 8 chân điều khiển hàng và 32 chân điều khiển cột. Và ngược lại, nếu nối chung cột thì sẽ có 8 chân điều khiển cột và 32 chân điều khiển hàng. Hình ảnh thực tế một mạch LED ma trận 8x32 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG Sơ đồ mô phỏng mạch quang báo dùng LED ma trận 8x32 được thiết kế trên phần mềm Proteus 7.5 Sp2. Do những đặc thù của phần mềm và những linh kiện trong đó nên trong mạch mô phỏng không cần khối nguồn, mạch tạo dao động cũng như mạch reset cho vi điều khiển. Sơ đồ mô phỏng mạch quang báo dùng Led ma trận 8x32 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN Sơ đồ thuật toán tổng thể Begin Lấy độ dài chuỗi ký tự Kiểm tra chuỗi ký tự End Hiển thị Sơ đồ thuật toán tổng thể Sơ đồ thuật toán khối hiển thị Ký tự = 0 Cột > 5 Copy font ký tự vào bộ đệm Ký tự ++ Hiển thị ra cột Cột = 0 Cột ++ Ký tự > Độ dài chuỗi Đ S Đ Sơ đồ thuật toán khối hiển thị CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG XÂY DỰNG PHẦN MỀM Sơ đồ thuật toán cho hệ thống Việc thiết kế phần mềm cho hệ thống chính là việc xây dựng chương trình điều khiển nạp vào Vi xử lý. Trước tiên phải có sơ đồ thuật toán điều khiển để xử lý các vấn đề về nguyên tắc hoạt động của mạch. Các vấn đề đặt ra là: Xuất ra khối điều khiển một mảng kí tự đã được đặt sẵn. Cho các ký tự chạy từ phải sang trái Chỉ cần nhập một mảng ký tự vào phần mềm là có thể thay đổi được mà không cần lập trình lại Sau đây là sơ đồ thuật toán Chương trình nạp vào vi điều khiển 16F877A Chương trình cho hệ thống quang báo sử dụng LED ma trận 8x32 được soạn thảo trên trình biên dịch CCS 4.104 bằng ngôn ngữ C. Sau đây là chương trình: //////////////////////////////////////////////////////////// //-------------DO AN MON HOC HE THONG NHUNG---------------// //-------------------LED MATRIX 8X32----------------------// // Phan cung: PIC 16F877A – Thach anh 12MHz // // IC chot dich 74HC595 – Quet cot // // IC dem dong ULN 2803 // // Ngay thuc hien: 25/4/2011 // // Ngay hoan thanh: 19/5/2011 // //////////////////////////////////////////////////////////// #include #include #use delay(clock=20m) #byte Port_B = 0x06 // Dinh nghia thanh ghi Port B #byte Port_C = 0x07 // Dinh nghia thanh ghi Port C #byte TRIS_B = 0x86 // Dinh nghia thanh ghi Tris B #byte TRIS_C = 0x87 // Dinh nghia thanh ghi Tris B #byte led_data = Port_B #bit data = Port_C.4 // DN chan data la pin C.4 #bit clock = Port_C.5 // DN chan data la pin C.5 #bit latch = Port_C.6 // DN chan data la pin C.6 char led[32]; //4led matran char font_buffer[6]={0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF};// unsigned char string1[]="DO AN HE THONG NHUNG –LED MATRIX 8X32"; char dem_ngat, addr, leng, ky_tu, vi_tri; // Chuong trinh con day du lieu vao 595 // ULN 2803 dem dau ra dao nen day vao 1bit 0 va 31bit 1 void HC595(char cot){ char i; for(i=0;i<cot;i++){ data=1; // Dua bit 0 vao 595 clock=1; // Tao 1 xung o chan Clock dua data vao 595 clock=0; } data=0; // Dua bit 0 vao vi tri cot can hien thi clock=1; clock=0; for(i=(cot+1);i<=31;i++){ data=1; // Tiep tu dua bit 0 vao 595 cho du 32bit clock=1; clock=0; } latch=1; // Tao 1 xung o chan Latch day data ra va chot latch=0; } #int_timer0 // Khai bao su dung timer 0 // Chuong trinh ngat Timer0 void Scan(void){ set_timer0(6); //cai dat gia tri ban dau cho timer0 if((++dem_ngat)==2){ led_data=0xff; HC595(addr); led_data=led[addr]; addr++; if(addr>=32) addr=0; dem_ngat=0; } } // Chuong trinh con lay do dai chuoi ky tu void leng_string(void){ leng=0; while((string1[leng])!='\0') // Chay tu dau cho toi khi ket thuc chuoi leng++; } // Chuong trinh con Copy font chu vao bo dem void copy_font(void){ char j; for(j=0;j<=4;j++) font_buffer[j]=font[(string1[ky_tu]-32)].b[j]; // Copy ma font (5byte) tu ky tu can hien thi vao bo dem font_buffer font_buffer[j]=0xff; } // Chuong trinh con cho chu chay tu phai sang trai void display_move(void){ char j; for(j=31;j>0;j--) led[j]=led[j-1]; if(vi_tri>5){ vi_tri=0; copy_font(); ky_tu++; } else{ led[0]=font_buffer[vi_tri]; vi_tri++; } } // Chuong trinh chinh void main(){ int i; TRIS_B=0x00; TRIS_C=0x00; Port_B=0x00; Port_C=0x00; setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_16); //precase/16 set_timer0(6); //dat gia tri ban dau cho RTC enable_interrupts(global);//cho phep ngat toan cuc enable_interrupts(int_rtcc); leng_string(); // Lay do dai ky_tu=0; while(true){ for (i=0;i<=31;i++) led[i]=0xff; while(ky_tu<=leng){ display_move (); delay_ms(50); } } } KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Sau đây là kết quả mô phỏng trên phần mềm Proteus 7.5 Sp2: Kết quả mô phỏng ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN Đã tạo được dòng chữ chạy từ phải qua trái trên bảng LED ma trận 8x32 tuy nhiên do trình độ còn hạn chế nên chưa tạo được thêm nhiều hiệu ứng đẹp mắt cũng như chưa kết nối được hệ thống với các thiết bị khác như máy tính, bàn phím cũng như các module khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu CCS tiếng Việt