Tài liệu Luận văn: Thiết kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM doc

Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 1 Luận văn Thiết kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 2 PHẦN I: MỞ ĐẦU I. LỜI GIỚI THIỆU: Ngày nay, trước khi bước vào một hiệu sách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán các loại sách gì, có loại sách mà mình cần mua không… nhờ vào bảng đèn quang báo rất bắt mắt đặt trước cửa hiệu. Hoặc khi vào sân bay bạn biết được giờ giấc các chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường, … cũng nhờ vào quang báo. Đôi khi đi ngoài đường ở thành phố lúc về đêm, bạn sẽ thấy được các bảng quang báo lớn hơn với các hình ảnh cử động được như li Coca Cola đang sủi bọt, các logo sản phẩm xuất hiện dần dần theo nhiều kiểu (tràn từ dưới lên, từ trên xuống, lan dần từ trái qua phải, từ phải qua trái, …) Như vậy quang báo ngày nay đã được đưa vào sử dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: giới thiệu sản phẩm, thông báo tin tức (thay cho các bản tin bằng giấy)… Với ứng dụng rộng rãi như vậy, ta hãy thử tìm hiểu xem một mạch quang báo gồm những gì, nguyên lý hoạt động của nó ra sao,… qua đề tài “Thiết kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM”. II. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Như đã giới thiệu ở trên, quang báo có thể hiển thị được các hình ảnh cử động chứ không gói gọn trong việc hiển thị các chữ. Tuy nhiên, do điều kiện có hạn nên đề tài chỉ giới hạn ở việc hiển thị các chữ chạy, chớp tắt với màu của chữ được thay đổi theo ý của người viết chương trình. Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 3 PHẦN II: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH QUANG BÁO VÀ CÁC IC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN MẠCH CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU MẠCH QUANG BÁO Có nhiều cách để làm một mạch quang báo: dùng IC rời, dùng EPROM, dùng vi xử lý hoặc dùng máy vi tính để điều khiển mạch. Nếu dùng IC rời thì ta sử dụng các IC giải đa hợp (Demultiplexer) kết hợp với các Diode để làm thành mạch ROM (kiểu ROM này được gọi là Made Home). Chương trình cho loại ROM này được tạo ra bằng cách sắp xếp vị trí các Diode trong ma trận, mỗi khi cần thay đổi chương trình thì phải thay đổi lại vị trí các Diode này (thay đổi về phần cứng). Dung lượng bộ nhớ kiểu này thay đổi theo kích thước mạch, kích thước càng lớn thì dung lượng càng lớn (vì khi tăng dung lượng thì phải thêm IC giải đa hợp, thêm các Diode nên kích thước của mạch tăng lên). Nếu muốn đủ bộ nhớ để chạy một mạch quang báo bình thường thì kích thước mạch phải rất lớn nên giá thành sẽ lên cao, độ phức tạp tăng lên. Do đó, dạng ROM này không đáp ứng được yêu cầu của mạch quang báo này. Khi thay các IC rời ở trên bằng EPROM thì kích thước mạch và giá thành sẽ giảm đáng kể. Kích thước của EPROM hầu như không tăng theo dung lượng bộ nhớ của nó. Ngoài ra, khi muốn thay đổi chương trình hiển thị thì ta chỉ việc viết chương trình mới (thay đổi về phần mềm) nạp vào EPROM hoặc thay EPROM cũ bằng một EPROM mới có chứa chương trình cần thay đổi. Việc thay đổi chương trình kiểu này thực hiện đơn giản hơn rất nhiều so với cách dùng IC rời ở trên. Đặc biệt, khi có yêu cầu hiển thị hình ảnh thì việc sử dụng EPROM để điều khiển là hợp lý nhất, nó đơn giản hơn nhiều so với việc dùng vi xử lý hoặc máy vi tính để điều khiển. Điều này được giải thích như sau: do vi xử lý và máy vi tính muốn giao tiếp với bên ngoài đều phải thông qua chương trình và các IC ngoại vi còn EPROM thì giao tiếp trực tiếp và không cần chương trình điều khiển nó. Vì phải dùng chương trình nên tín hiệu điều khiển đưa ra ngoài tuần tự, không được liên tục như EPROM nên khi muốn hiển thị hình ảnh thì sẽ gặp nhiều khó khăn (do hiển thị hình ảnh thì cần quét cả hàng lẫn cột, và vì tín hiệu điều khiển xuất hiện tuần tự nên sẽ khó đồng bộ giữa quét hàng và cột, từ đó sẽ gây khó khăn cho việc hiển thị hình ảnh trên bảng đèn). Khi vi xử lý tham gia vào thì mạch quang báo sẽ có được nhiều chức năng hơn, tiện lợi hơn nhưng cũng đắt tiền hơn. Với kit vi xử lý điều khiển quang báo ta có thể thay đổi chương trình hiển thị một cách dễ dàng bằng cách nhập chương trình mới vào RAM (thay đổi chương trình ngay trên kit, không cần phải tháo IC nhớ ra đem nạp chương trình như EPROM). Do vi xử lý có nhiều chức năng nên việc đổi màu cho bảng đèn cũng được thực hiện một cách dễ dàng. Tuy nhiên, khi sử dụng vi xử lý để làm mạch quang báo thì giá thành của mạch lại tăng lên nhiều so với khi sử dụng EPROM vì kit vi xử lý cần phải có EPROM lưu chương trình điều khiển cho vi xử lý, các IC ngoại vi (giao tiếp bàn phím, hiển thị,…), các RAM để nhớ chương trình, các phím nhập dữ liệu (do có phím nên kích thước mạch tăng lên nhiều)… Ngoài ra, do vi xử lý phải gởi dữ liệu ra IC ngoại vi (thường là 8255A) rồi mới điều khiển việc hiển thị trên bảng đèn nên khi cần hiển thị hình ảnh thì cách dùng vi xử lý sẽ phức tạp hơn nhiều so với khi dùng EPROM (như đã giải thích ở trên). Ngoài ra, mạch quang báo còn có thể được điều khiển bằng máy vi tính. Tuy nhiên, khi dùng máy tính để điều khiển quang báo thì rất đắt tiền, chiếm diện tích lớn mà chất lượng hiển thị cũng không hơn so với khi dùng EPROM. Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 4 Qua các phương án được nêu ra ở trên thì cách sử dụng EPROM được chọn vì đáp ứng được yêu cầu của một mạch quang báo bình thường, giá thành lại rẻ hơn và mạch điện đơn giản hơn so với khi dùng kit vi xử lý hoặc dùng máy vi tính, việc thay đổi chương trình cũng dễ dàng hơn nhiều so với việc can thiệp vào phần cứng như cách dùng các IC rời. Dưới đây là sơ đồ khối của một mạch quang báo dùng EPROM với màu của chữ thay đổi được tuỳ theo chương trình nạp vào EPROM. Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 5 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH QUANG BÁO DÙNG EPROM DAO ĐỘNG - TẠO ĐỊA CHỈ GI Ả I MÃ ĐỊA CHỈ GIẢI MÃ HIỂN THỊ (EPROM) ĐIỀU KHIỂN MÀU CH Ố T D Ữ LIỆU (I) CHỐT DỮ LIỆU (II) ĐỆM NGÕ RA (HÀNG) THÚC CÔNG SUẤT (HÀNG) ĐỆ M NGÕ RA CỘT (I) ĐỆM NGÕ RA CỘT (II) THÚC CÔNG SUẤT CỘT (I) THÚC CÔNG SUẤTCỘT (II) BẢNG ĐÈN (MA TRẬN LED) NGUỒN Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 7 * CHỨC NĂNG CÁC KHỐI - Dao động – tạo địa chỉ: tạo ra xung vng đưa vào bộ đếm để tạo địa chỉ cho bộ giải mã hiển thị (EPROM) đồng thời đưa các xung điều khiển đến bộ giải mã địa chỉ. - Giải mã địa chỉ: nhận xung điều khiển từ bộ dao động – tạo địa chỉ, từ đó đưa ra tín hiệu cho phép cột LED nào trên bảng đèn (ma trận LED) được phép sáng. Tại mỗi thời điểm chỉ đưa ra một xung cho phép duy nhất và chỉ có một cột LED tương ứng với vị trí xung đó được phép sáng. Tín hiệu cho phép này được đưa đến hai bộ chốt dữ liệu. - Các bộ chốt dữ liệu (I), (II): nhận dữ liệu ở ngõ vào từ bộ giải mã địa chỉ, nhận tín hiệu cho phép từ bộ giải mã màu. Hai bộ chốt này có ngõ vào điều khiển đảo nhau nên tại mỗi thời điểm chỉ có một bộ chốt được phép xuất dữ liệu. Quy định: bộ chốt (I) ứng với các cột LED xanh, bộ chốt (II) ứng với các cột LED đỏ. - Các bộ đệm ngõ ra (cột, hàng): cách li tải và các mạch ở trước nó. Bộ đệm cũng có tác dụng làm tăng dòng điện ở ngõ ra. - Các bộ thúc cơng suất (cột, hàng): khuếch đại dòng điện, bảo đảm cung cấp đủ dòng điện cho các mạch ở phía sau nó và khơng làm q dòng của các mạch phía trước nó. - Giải mã hiển thị (EPROM): nhận địa chỉ từ bộ dao động – tạo địa chỉ, đưa dữ liệu ra để hiển thị trên bảng đèn đồng thời đưa tín hiệu điều khiển đến bộ điều khiển màu. - Bộ điều khiển màu: nhận tín hiệu từ EPROM và từ đó đưa ra tín hiệu cho phép bộ chốt nào làm việc, bộ chốt nào ngưng làm việc. - Bảng đèn (ma trận LED): nhận đồng thời hai tín hiệu từ các bộ thúc hàng và cột để từ đó cho phép LED nào trên bảng được phép sáng, LED nào khơng được phép sáng. - Khối nguồn: bảo đảm cung cấp đủ dòng cho tồn bộ mạch nhưng bản thân nó khơng bị q dòng. Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 8 CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU CÁC IC SỐ LIÊN QUAN ĐẾN MẠCH ĐIỆN I. IC 4060: IC 4060 là một bộ đếm/bộ chia (Counter/Divider) nhị phân khơng đồng bộ với 14 tầng Flip-Flop. Mạch dao động của nó gồm 3 chân được nối ra ngồi là: RS, R TC , C TC ; tất cả các ngõ ra (10 ngõ ra từ O 3 ~O 9 , O 11 ~O 13 ) đều được đệm sẵn từ bên trong trước khi đưa ra ngồi. Quan trọng hơn hết là chân Master Reset (MR) dùng để cấm mạch dao động làm việc và reset mạch đếm. Khi chân MR ở mức logic cao, nó sẽ reset mạch đếm làm tất cả các ngõ ra của bộ đếm đều ở mức logic thấp, việc reset này hồn tồn độc lập với các ngõ vào khác (bất chấp trạng thái logic ở các ngõ vào còn lại). IC 4060 có sơ đồ chân và sơ đồ chức năng như sau: SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA IC 4060 SƠ ĐỒ CHÂN IC 4060 Chức năng các chân như sau: V DD , V SS : cung cấp nguồn cho IC (ở mạch này V DD được nối đến +5V, V SS nối đến 0V). MR: master reset, dùng khóa mạch dao động bên trong IC và reset các bộ đếm. Khi chân này tác động thì tất cả các ngõ ra của IC đều bị kéo về mức logic thấp. RS: clock input/oscillator pin, chân này có hai chức năng: khi dùng mạch dao động từ bên ngồi IC thì nó có nhiệm vụ nhận xung, khi dùng mạch dao động bên trong IC thì nó là một thành phần của mạch dao động (kết hợp với các chân R TC , C TC ). R TC : oscillator pin, chân tạo dao động (kết hợp với các chân khác). Khi dùng mạch dao động R-C thì một đầu điện trở được nối với chân này. C TC : external capacitor connection, chân tạo dao động (kết hợp với các chân khác). Khi IC 4060 dao động với mạch R-C (dùng dao động bên trong IC) thì chân này được nối với một đầu của tụ điện. 14 – STAGE BINARY COUNTER O 3 O 4 O 5 O 6 O 7 O 8 O 9 O 11 O 12 O 13 CP C D R TC C TC RS MR 7 5 4 6 14 13 15 1 2 3 11 12 10 9 16 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 9 10 V DD V SS O 11 O 5 O 13 O 12 O 4 O 6 O 3 O 9 O 7 O 8 MR RS R TC C TC 4060 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 9 O 3 - O 9 , O 11 - O 13 : counter outputs, các ngõ ra của IC. Các ngõ ra này khơng liên tục mà bị nhảy cấp hai lần: ngõ ra đầu tiên của nó là O 3 chứ khơng phải O 0 (nhảy bỏ 3 tầng Flip-Flop đầu tiên, khơng đưa các tầng này ra ngồi), ngõ ra từ O 9 rồi đến O 11 (khơng có chân O 10 ). Sơ đồ mơ tả hoạt động bên trong của 4060 được vẽ như sau: Do xung Ck khi lấy ra ở ngõ ra đầu tiên (O 3 ) của IC 4060 thì đã được chia qua 3 tầng Flip-Flop một cách tự động nên giản đồ thời gian ở đây chỉ vẽ bắt đầu khi có xung Ck thứ 3 tác động vào IC. Giản đồ thời gian của IC 4060 như sau: Cấu trúc các phần tử trong mạch dao động của 4060 cho phép thiết kế mạch dao động hoặc làm việc với tụ-điện trở (mạch dao động R-C) hoặc làm việc với thạch anh. Ngồi ra, ta cũng có thể thay thế mạch dao động bên trong bằng một tín hiệu xung đồng hồ từ bên ngồi đưa vào chân RS, khi dùng xung Ck từ bên ngồi thì bộ đếm sẽ hoạt động khi có cạnh xuống của xung tác động. * Mạch dao động của 4060 khi dùng tụ-điện trở được ráp như sau: CP FF4 FF10 FF12 FF14 O C D FF1 MR O 3 O 9 O 11 O 13 C TC R TC RS Ck MR O 3 O 4 O 12 O 13 MR\ RC Rt Ct 1 2 3 Rt << R R.C << Rt.Ct Với Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 10 Giải thích ngun lý hoạt động: đây là loại mạch dao động của CMOS. Mạch chỉ dao động được khi chân MR ở mức cao (chỉ đúng với hình vẽ này, ở cac hình trên thì chân MR tác động ở mức cao). Nếu chân MR ở mức thấp thì ngõ ra của cổng NAND sẽ bị khóa chết ở mức logic [1] nên mạch khơng dao động được. Khi chân MR ở mức logic [1] thì cổng NAND sẽ hoạt động như một cổng NOT. Ta nhận thấy trạng thái logic tại điểm 2 và 3 ln ln ngược nhau (ngõ vào và ra của cổng NOT). Tần số dao động của mạch này phụ thuộc vào trị số của tụ và điện trở. Bây giờ, giả sử ngõ vào 1 ở mức logic [0] thì ngõ ra 2 của cổng NAND (đồng thời là ngõ vào của cổng NOT) ở mức logic [1], ngõ ra 3 của cổng NOT sẽ ở mức logic [0]. Lúc này tụ C t sẽ nạp điện qua R t theo đường như sau: dòng điện từ cực dương của nguồn  ngõ ra cổng NAND  R t  C t  vào cổng NOT  cực âm của nguồn. Khi tụ C t nạp đến giá trị > V T một chút (V T : điện thế mà tại đó trạng thái logic chuyển từ thấp lên cao) thì ngõ vào của cổng NAND sẽ chuyển lên mức logic [1], ngõ ra của nó sẽ thành mức logic [0] và làm cho ngõ ra của cổng NOT trở thành mức logic [1]. Do có sự thay đổi mức logic tại hai điểm 2 và 3 nên tụ C t sẽ xả điện (cũng qua điện trở R t ). Khi C t xả thì điện thế tại ngõ vào cổng NAND (V 1 ) giảm dần, khi V 1 giảm đến giá trị  V T một chút thì ngõ ra cổng NAND sẽ chuyển lên trạng thái logic [1] và ngõ ra cổng NOT sẽ về lại mức logic [0]. Lúc này trạng thái logic tại các điểm 1, 2, 3 lại trở về trạng thái ban đầu và tụ C t lại tiếp tục nạp điện, bắt đầu lại q trình nạp-xả kế tiếp. Và cứ như thế tiếp tục mãi mãi, ta sẽ có được mạch dao động tạo xung vng với tần số phụ thuộc giá trị R t , C t và được tính theo cơng thức sau: f = với : Ct  100pF 10K ≤ Rt ≤ 1M * Mạch dao động 4060 dùng thạch anh được ráp như sau: Mạch này có tần số dao động là tần số riêng của thạch anh, điện trở R 2 dùng giới hạn dòng điện qua IC. Tụ biến dung C 1 dùng lọc bớt tần số cộng hưởng hưởng của thạch anh (do thạch anh vừa có dao động cộng hưởng nối tiếp, vừa có cộng hưởng song song) II. C t R t . . 3 , 2 1 [...]... khắc phục thi u sót này, EPROM đã được chế tạo EPROM (Erasable PROM: ROM có thể lập trình được và xóa được) EPROM có hai loại là UV -EPROM (Ultra Violet EPROM: EPROM xóa bằng tia cực tím) và EEPROM (Electrically EPROM: EPROM xóa bằng xung điện) Do UV -EPROM được sử dụng rộng rãi hơn E -EPROM nên khi nói đến EPROM thì thường là nói đến UV -EPROM EPROM được xóa bằng cách rọi tia cực tím với bước sóng và cường... xuất quy định vào cửa sổ xóa trên lưng EPROM Việc xóa EEPROM được thực hiện bằng các xung điện nên sẽ dễ dàng, nhanh chóng và chính xác hơn khi xóa EPROM Tuy nhiên, để xóa được E -EPROM thì cần phải có các mạch xóa riêng biệt cho từng loại E -EPROM, và mạch xóa này phải hoạt động tốt, nếu khơng sẽ làm cho E -EPROM hoạt động khơng bình thường (khơng như mạch xóa EPROM, có thể xóa được nhiều loại EPROM trong... nạp chương trình vào thì các bộ giải mã hàng và giải mã cột bên trong EPROM sẽ chọn lấy tế bào nhớ ở đúng địa chỉ cần truy xuất hoặc nạp trình để từ đó dữ liệu được lấy ra (lúc truy xuất) hoặc nạp vào (khi nạp trình) D0 ~ D7: các đường dữ liệu của EPROM Khi EPROM đang nạp trình thì nó có nhiệm vụ đưa dữ liệu vào bên trong EPROM, còn khi đang đọc thì nó lại lấy dữ liệu từ bên trong EPROM đưa ra ngồi... chỉ của EPROM Lúc nạp trình cũng như truy xuất dữ liệu đều cần địa chỉ cho EPROM Chính nhờ các đường địa chỉ này mà dữ liệu bên trong EPROM được tổ chức một cách có trật tự, giúp cho việc truy xuất dữ liệu này được thực hiện một cách dễ dàng D0 ~ D7: các đường dữ liệu của EPROM, nhận dữ liệu đưa vào EPROM khi nạp chương trình và đưa dữ liệu ra khi EPROM ở trạng thái đọc NC: No internal Conection, chân... nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang PHẦN III: THI T KẾ VÀ THI CƠNG CHƯƠNG 1: BỘ NGUỒN VÀ MẠCH AUTO RESET I BỘ NGUỒN: Trong một mạch điện tử thì bộ nguồn là quan trọng nhất, nó quyết định sự hoạt động hay ngưng hoạt động của mạch Một bộ nguồn khơng tốt sẽ làm cho mạch hoạt động khơng ổn định và sẽ làm hỏng linh kiện một cách nhanh chóng (điều này rất thường xảy ra đối với những mạch điện tử khơng được ổn... cho tồn mạch mà bản thân nó khơng bị q dòng Tuy nhiên, ta cũng cần gắn tản nhiệt cho IC để nó hoạt động ở điều kiện tốt nhất II MẠCH AUTO RESET: Mạch Auto Reset thường dùng để xác định trạng thái đầu tiên của mạch ngay khi vừa cấp nguồn để mạch ln hoạt động đúng như u cầu thi t kế Có hai loại mạch Auto Reset là reset ở mức cao và ở mức thấp (tùy vào mức logic ở chân reset của các IC IC 4060 và 4040... ln ln đúng Vì vậy một bộ nguồn ổn áp tốt thì rất cần thi t cho các mạch điện tử (thường là các mạch dùng IC số) Nhưng trước khi đi vào thi t kế bộ nguồn ổn áp, ta hãy tìm hiểu sơ bộ về chức năng cũng như ngun tắc hoạt động chung của các mạch nguồn ổn áp DC Chức năng của mọi ổn áp DC là biến đổi điện áp vào DC chưa ổn định thành điện áp ra DC ổn định và giá trị điện áp này phải đúng với giá trị khi tính... chỉ có thể đọc dữ liệu ra chứ khơng thể viết dữ liệu mới vào nó bất cứ khi nào ta muốn ROM có cách truy xuất dữ liệu như sau: CÁC NGÕ VÀO ĐIỀU KHIỂN MÃ SỐ VÀO ROM ROM nhận mã số vào (các đường SỐ RA và cho mã số ra tương ứng (dữ liệu cần MÃ địa chỉ) truy xuất) khi được các ngõ vào điều khiển cho phép Do khơng thể ghi dữ kiện mới vào nên ROM chỉ được sản xuất hàng loạt ở số lượng lớn và ghi cùng một chương... 14 SƠ ĐỒ CHÂN EPROM 27128 Bảng trạng thái, chức năng các chân, cách truy xuất dữ liệu cũng như nạp trình của EPROM 27128 đều giống với EPROM 2764 Svth: Vương Kiến Hưng 27 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang CHƯƠNG 4: GIỚI THI U CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT LỚN Do đề tài này là mạch quang báo nên các ứng dụng của những linh kiện điện tử cơng suất lớn trên được giới thi u ở đây chỉ... CMOS kết hợp với thạch anh làm mạch dao động; dùng các IC chun dùng tạo dao động như 555, 556… Ngồi ra còn có loại IC đặc biệt với hai chức năng là tạo xung và đếm được tích hợp vào trong cùng một vỏ, IC 4060 thuộc loại này Do nhiệm vụ của khối này là tạo địa chỉ cho EPROM nên nếu dùng các mạch dao động rời (khơng có bộ đếm) như: dao động đa hài, TTL, CMOS, 555… thì phải tốn thêm các IC đếm và do đó mạch . một mạch quang báo gồm những gì, nguyên lý hoạt động của nó ra sao,… qua đề tài Thi t kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM . II. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:. nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 1 Luận văn Thi t kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM