THIẾT kế MẠCH QUANG báo

Trờng đại học bách khoa hà nội Khoa Điện Tử ViƠn Th«ng - - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO Giáo viên hướng dẫn: Phạm Ngọc Nam Sinh viên thực hiện: Ngơ Hồng Anh Dương Trung Huyến Nguyễn Xuân Tiến Đặng Hữu Tùng (TN) Nguyễn Trung Thu Lớp: ĐT9 – K47 ^]11/2005^] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lời nói đầu Song hành với phát triển ngành khoa học máy tính 60 năm qua, cơng nghệ điện tử có bước tiến vượt bậc với khả tích hợp ngày cao vi mạch từ giúp tăng tốc tốc độ xử lý, nâng cao độ tin cậy giảm giá thành sản phẩm Từ ứng dụng ban đầu chủ yếu lĩnh vực quân máy tính vi xử lý, ngày nay, đời họ vi điều khiển với việc tích hợp khối chức IC, vi xử lý chuyên dụng, với mạnh vốn có vi xử lý đa giúp cho việc ứng dụng kỹ thuật vi xử lý vào hệ thống phi máy tính trở nên đơn giản hơn, mở rộng đối tượng ứng dụng thành ngành công nghiệp điện tử đại Ta thấy ứng dụng chúng hệ thống máy tính lớn, hệ thống viễn thông sản phầm quen thuộc máy giặt, điều hịa, đèn giao thơng, Trong khn khổ tập lớn này, với mục đích tìm hiểu ứng dụng thực tế kỹ thuật vi xử lý, nhóm chúng em lựa chọn đề tài thiết kế mạch quang báo ứng dụng kỹ thuật vi xử lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Lời nói đầu I Tổng quan II Sơ đồ khối III Sơ đồ nguyên lý IV Các IC linh kiện sử dụng mạch AT89C51 Thanh ghi dịch 74HC595 21 ULN2803 23 LED ma trận 8x8 24 V Nguyên lý tác dụng linh kiện 25 VI Chương trình 26 VII Nhận xét, kết luận, hướng mở rộng đề tài 29 Tài liệu tham khảo 31 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I Tổng quan Ø Giới thiệu sản phẩm: Mạch quang báo nhóm thực mạch có chức hiển thị nội dung ma trận điểm Nội dung dịch chuyển từ phải sang trái Nội dung cần hiển thị nạp trước vào nhớ vi điều khiển trình nạp chương trình cho vi điều khiển Mỗi cần thay đổi nội dung hiển thị cần nạp lại chương trình cho vi điều khiển Ø Lựa chọn linh kiện: Để thực sản phẩm quy mơ nhỏ ta sử dụng họ vi điều khiển khác AVR, PIC, 8051 hay vi xử lý đa 8086 Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí xét khả mua chip trên thị trường, tài liệu nghiên cứu chúng, Kit phát triển, nhóm em lựa chọn AT89C51 làm vi điều khiển cho mạch quang báo Ngoài ra, linh kiện khác hoàn toàn dễ kiếm thị trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II Sơ đồ khối Khối nguồn 220VAC – 5VDC Khối vi điều khiển AT89C51 Điều khiển khuếch đại công suất hàng Điều khiển hiển thị (74HC595) Khối hiển thị Led ma trận 8x32 Khuếch đại công suất cột (ULN2803) III Sơ đồ nguyên lý (kèm theo): file mach quang bao.pdf IV Các IC linh kiện sử dụng mạch: AT89C51 - Tương thích với sản phẩm thuộc họ vi điều khiển MCS-51 - Có Kbyte nhớ flash, khả ghi/xóa 1000 lần LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Làm việc với tần số 0Hz – 24MHz - Khóa nhớ chương trình mức - 128 x bit RAM nội - 32 đường xuất/nhập lập trình - định thời/đếm 16 bit - nguồn ngắt - Kênh nối tiếp lập trình - Chế độ tiêu thụ lượng a/ Các chân IC 89C51 - Vcc: nối với điện áp nguồn - GND: nối đất - Port 0: cổng xuất/nhập bit Khi làm cổng xuất, chân ghép nối với đầu vào TTL Khi chân mức 1, chân dùng làm đầu vào trở kháng cao Ngồi ra, truy cập tới chương trình liệu bên ngồi, port sử dụng làm bus địa thấp/ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com liệu đa hợp Port dùng để nhận chương trình nạp vào Flash kiểm tra - Port 1: cổng xuất/nhập bit, đệm ghép nối với đầu vào TTL Các chân làm đầu vào tất thiết lập mức Port nhận byte địa thấp trình ghi chương trình kiểm tra - Port 2: cổng xuât/nhập bit, đệm ghép nối với đầu vào TTL Các chân làm đầu vào tất thiết lập mức Port truyền byte địa cao bus địa với thiết kế có nhớ chương trình ngồi thiết kế có nhiều 256 byte nhớ liệu ngồi Port nhận bit địa cao vài tín hiệu điều khiển q trình nạp chương trình kiểm tra - Port 3: cổng xuất/nhập bit, đệm ghép nối với đầu vào TTL Khi tất chân mức 1, Port thực nhận liệu Ngồi ta, Port cịn phục vụ số chức c bit ca AT89C51 nh: Bit Tên Địa bit Chức P3.0 RXD B0H Chân nhận liệu port nối tiếp P3.1 RXT B1H Chân phát liệu cđa port nèi tiÕp P3.2 INT0 B2H Ngâ vµo ngÊt P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt P3.4 T0 B4H Ngõ vào định thời/đếm P3.5 T1 B5H Ngõ vào định thời/đếm P3.6 WR B6H Điều khiển ghi nhớ P3.7 RD B7H Điều khiển đọc nhớ Port nhận số tín hiệu điều khiển trình nạp chương trình kiểm tra - RST: đầu vào reset Khi chân mức cao chu kỳ máy osccilator hoạt động IC reset LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - ALE/PROG: chân cho phép chốt địa chiđưa xung để chốt byte địa thấp trình truy cập nhớ ngồi Chân đóng vài trị đầu vào xung chương trình PROG q trình nạp chương trình Ở điều kiện bình thường, tín hiệu phát từ chân có số 1/6 tần số mạch dao động chip sử dụng làm xung clock - PSEN: chân cho phép nhớ chương trình Khi AT89C51 thực thi lệnh từ nhớ chương trình ngồi, chân tích cực lần chu kỳ máy -EA/Vpp: chân phải nối đất để IC tìm mã từ nhớ chương trình ngồi địa 0000H đến FFFFH (64Kbyte) Để IC tìm thực thi lệnh chương trình nhớ nội, chân cần nối với Vcc Chân nhận điện áp cho phép ghi chương trình 12V trình nạp chương trình - XTAL1: đầu vào khuếch đại dao động đảo - XTAL2: đầu khuếch đại dao động đảo b/ Tỉ chøc bé nhí Bé nhí bªn chip bao gåm ROM, RAM va EPROM RAM trªn chip bao gồm vùng RAM đa chức năng, vùng RAM với bit đợc định địa chỉ, dây ghi (bank) ghi chức đặc biệt Có đặc tính đáng lu ý: + Các ghi port I/O đợc định địa theo kiểu ánh xạ nhớ đợc truy xuất nh vị trÝ nhí bé nhí + Vïng track th−êng tró RAM chip thay RAM nh vi xử lý Chi tiết nhớ liệu chip: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com FFFF FFFF Code Data Memory Memory Enable via RD and WR Enable via PSEN FF 0000 0000 On- chip External Memory Memory Tóm tắt không gian nhí cđa chip * Vïng RAM ®a mơc ®Ých: Có 80 byte, địa từ 30H đến 7FH Bất vị trí vùng RAM ta truy xuất tự cách sử dụng định địa trực tiếp gián tiếp Ví dụ: + Kiểu định địa trực tiếp: MOV A, 5FH ;Đọc nội dung địa 5FH RAM ;vào chứa A + Kiểu định địa gián tiếp: (Qua c¸c ghi R0,R1) MOV R0, #5FH ; Di chun giá trị5FH vào ghi R0 MOV A, @R0 ; Di chuyển liệu trỏ tới R0 vào chứa A * Vùng RAM định địa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chip 89C51 chøa 210 vị trí định địa có 128 byte chứa byte địa 20H đến 2FH (16 byte x = 128 bits), phần lại chứa ghi chức đặc biệt Công dụng: + Truy xuất bit riêng rẽ thông qua phần mềm + Các port định địa bit, làm đơn giản việc giao tiếp băng phần mềm với thiết bị xuất nhập đơn bit VÝ dơ: + Set bit trùc tiÕp: SETB 67H; lƯnh làm nhiệm vụ set bit 67H + Hoặc ta có thẻ sử dụng lệnh sau để set bít 67H lµ bit lín nhÊt cđa byte 2CH: MOV A,2CH ; Đọc byte ORL A,#10000000B ;Tác dung set bit MOV 2CH,A ; Ghi trở lại byte FF General purfose RAM 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 30 77 76 75 74 73 72 71 70 2F 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 17 15 14 13 12 11 10 16 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MOVX @Ri, A MOVX @DPTR, A PUSH direct CÊt vµo Stack POP direct LÊy từ Stack XCH A, source Trao đồi byte XCHD A, @Ri Trao đồi digit thấp + Nhóm lệnh xư lÝ bit CLR C xo¸ bit CLR bit SETB C SETB bit CPL C CPL bit ANL C, bit AND ANL C , /bit AND NOT bit víi C ORL C, bit ORL C, /bit MOV C, bit MOV bit, C JC rel Nhảy đến Rel C=1 JNC rel Nhảy đến Rel C=0 JB bit, rel Nhảy nÕu bit b»ng JNB bit, rel Nhµy nÕu bit =0 JBC bit , rel Nh¶y nÕu bit =1 råi xoá bit +Nhóm lệnh rẽ nhánh ACALL addr11 Gọi chơng tr×nh LCALL addr16 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com RET Quay từ chơng trình RETI Quay từ chơng trình ngắt AJMP addr11 Nhảy LJMP addr16 SJMP rel JMP @ A+DPTR JZ rel Nh¶y nÕu A=0 JNZ rel Nh¶y nÕu A 0 CJNE A,direct, rel So sánh nhảy CJNE #data, rel CJNE Rn,#data, rel CJNE @ Ri,# data, rel DJNZ Rn, rel Gi¶m nhảy khác DJNZ direct, rel NOP Không làm d/ Hoạt động định thời Là chuỗi Flip-Flop nối tiếp nhận tín hiệu từ nguồn xung nhịp Bộ định thời đợc lập trình cho tràn khoảng thời gian định set cờ tràn định thời = Các định thời sử dụng để: - Định thời khoảng thời gian - Đếm kiện - Tạo tốc độ baud cho port nối tiếp Các định thời đợc truy xuất cách sử dụng ghi chức đặc biệt SFR Mục đích Địa Địa Bit định thời 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TCON Điều khiển 88H Có TMOD Chon chế độ 89H Không TL0 Byte thấp định thời 8AH Không TL1 Byte thấp định thời 8BH Không TH0 Byte cao định thời 8CH Không TH1 Byte cao định thời 8DH Không e/ Hoạt động ngắt - Là xảy kiện, điều kiện làm cho chơng trình hành tạm dừng điều kiện đợc phục vụ chơng trình khác Ngắt đóng vai trò quan träng viƯc thiÕt kÕ, thùc hiƯn øng dơng c¸c vi điều khiển - Tổ chức ngắt 8951: + Có nguyên nhân tạo ngắt: ngắt bên ngoài, ngắt định thời, ngắt port nối tiếp + Khi xảy hay nhiều ngắt đồng thời ngắt thực hiên ngắt khác ta có sơ đồ xử lý ngắt: Sơ đồ chuỗi vòng sơ đồ mức u tiên ỉ Các cách thức cho phép ngắt không cho phép ngắt: Một số nguyên nhân ngắt đợc cho phép không đợc cho phép Bit Kí Địa Mô tả hiệu bit (0= Kh«ng cho phÐp; 1= Cho phÐp) IE.7 EA AFH Cho phép/ không cho phép toàn cục IE.6 - AEH Không sử dụng IE.5 ET2 ADH Cho phép ngắt định thời IE.4 ES ACH Cho phép ng¾t port nèi tiÕp IE.3 ET1 ABH Cho phÐp ngắt định thời IE.2 EX1 ÂAH Cho phép ngắt từ bên (Ngắt 1) 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com IE.1 ET0 A9H Cho phép ngắt định thời IE.0 EX0 A8H Cho phép ngắt từ bên (Ngắt ) ỉƯu tiên ngắt: Các u tiên ngắt đợc lập trình riêng rẽ để có mức u tiên thông qua ghi chức đặc biệt đợc định địa bit Bit Kí Địa Mô tả hiệu bit (0= Không cho phép; 1= Cho phép) IP.7 - - Kh«ng sư dơng IP.6 - - Kh«ng sử dụng IP.5 PT2 BDH Ưu tiên ngắt định thời IP.4 PS BCH Ưu tiên ngắt port nối tiếp IP.3 PT1 BBH Ưu tiên ngắt định thời IP.2 PX1 BAH Ưu tiên ngắt từ bên (Ngắt 1) IP.1 PT0 B9H Ưu tiên ngắt định thời IP.0 PX0 B8H Ưu tiên ngắt từ bên (Ngắt ) ỉXử lý ngắt: Các thao tác xảy sau ngắt: - Hoàn tất việc thực thi lệnh hành - Bộ đếm chơng trình PC đợc hoàn tất - Trạng thái ngắt hành đợc lu giữ lại - Các ngắt đợc chặn lại mức ngắt - Bộ đếm chơng trình PC đợc nạp địa véctơ trình phục vụ ngắt ISR - ISR đợc thực thi Các cờ ngắt: Ngắt Cờ Thanh ghi SFR vị trí bít Do bên (ngắt 0) IE0 TCON.1 Do bên (ngắt 1) IE1 TCON.3 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Do bé ®Þnh thêi TF1 TCON.7 Do bé ®Þnh thêi TF0 TCON.5 Do port nèi tiÕp TI SCON.1 Do port nèi tiÕp RI SCON.0 Thanh ghi dịch 74HC595 74HC595 ghi dịch bit đầu vào nối tiếp, có đầu song song nối tiếp, ngõ có đệm trạng thái Sơ đồ chân 74HC595 sau: Sơ đồ chân 74HC595 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Sơ đồ logic 74HC595 + QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG,QH: ngõ song song 74HC595 + Chân 14 (A): đầu vào nối tiếp + Chân (SQH) : đẩu nối tiếp + Chân 13 (Output Enable): Tích cực mức thấp, chân mức thấp tín hiệu từ chốt đưa đầu Khi mức cao đầu song song trạng thái trở kháng cao Đầu nối tiếp không bị ảnh hưởng chân + Chân 12 (Latch clock): Quá trình chuyển từ mức thấp sang mức cao Latch clock chốt liệu dịch ghi dich vào chốt + Chân 11 (Shift Clock) : đầu vào xung nhịp, trình chuyển từ mức thấp đến mức cao chân dịch liệu ghi dịch nhịp 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Chân 10 (Reset) : reset khơng đồng bộ, tích cực mức thấp Mức thấp chân reset ghi dịch không reset chốt lối ULN2803 + Gồm cặp transistor mắc kiểu darlington, có E chung Sơ đồ chân ULN2803 Sơ đồ mắc darlington vào ULN2803 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Chân -> chân (In -> In 8): đầu vào + Chân 11-> chân 16 : đầu + Chân : đất chung cực E Darlington + Chân 10 : Cực C chung Led ma trận 8x8 Loại led màu, 24 chân, chung Anode theo hàng 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com V Nguyên lý tác dụng linh kiện: Đây loại led Anode chung hàng nên để led sáng liệu hàng phải mức cao xuất cột phải mức thấp Vi điều khiển điều khiển ghi dịch để lựa chọn cột sáng Tại thời điểm có cột sáng, ta lợi dụng tính chất lưu ảnh võng mạc để hiển thị đồng thời 32 cột Tần số quét lúc phải đảm bảo >=24 hình/s Để led sáng đẹp ổn định dịng qua led khoảng Itb =10mA Một cột có led, nghĩa tối đa thời điểm có led sáng Vậy dòng cần thiết cho cột led Icột=Itb x x Hệ số an toàn =10x8x2 =160mA Ở cột ta dùng ULN2803 để hút dòng, mà khả hút dòng ULN2803 lên tới 500mA nên hoàn toàn phù hợp trường hợp Về nguyên lý thời điểm có cột phép sáng, ta quét nhanh nên cảm thấy tất cột sáng, thời gian sáng cột 1/32 chu kỳ quét Để đảm bào mắt người nhìn thấy led sáng khơng bị nhấp nháy dịng cung cấp cho led cần gấp 32 lần dịng trung bình để chia khoảng thời gian khơng chiếu sáng Dịng cần thiết cung cấp cho hàng là: Ihàng = 10x32x2 = 640 mA Với A1015 loại GR có hệ số khuếch đại 200-400 Qua đo thực tế hệ số khuếch đại Transistor khoảng 250 Khi hoạt động để dòng cung cấp cho ma trận ổn định Tran hoạt động trạng thái bão hoà Icbh=Ihàng = 640mA 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com β * Ib >= Icbh Ib >= 640/250 =2.56 mA Ub /Rb >=2.56 Rb