mạch quang báo giao tiếp với máy tinh

mạch quang báo giao tiếp với máy tinh

Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Phần I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CHUNG I. Sự lưu ảnh của mắt Sự lưu ảnh của mắt tức là sự lưu ảnh trên võng mạc mà phải mất một khoảng thời gian cỡ 0,1s võng mạc mới hồi phục lại như cũ. Trong khoảng thời gian 0,1s này cảm giác ánh sáng chưa bị mất và người quan sát vẫn còn thấy hình ảnh của vật. Trong phim ảnh người ta chiếu 24 hình/s để người xem có cảm giác hoạt động trong phim là liên tục. Lợi dụng tính chất lưu ảnh của mắt người mà người ta có thể tạo ra những bảng quang báo với kích thước khác nhau. II. Giới thiệu về mạch quang báo trong đề tài Có nhiều phương pháp và cách thức để thiết kế một bảng quang báo. Đơn giản và rẻ tiền nhất là sử dụng bộ nhớ EPROM của Vi điều khiển (VĐK), mỗi khi cần thay đổi nội dung hiển thị trên bảng thì ta nạp lại chương trình vào EPROM. Nhược điểm của phương pháp này là mỗi khi cần thay đổi nội dung chúng ta lại phải gỡ IC ra để nạp lại chương trình. Một cách khác là ta sử dụng bộ điều khiển trung tâm là Vi xử lý. Với những tính năng vượt trội bảng quang báo được điều khiển dễ dàng hơn, hình ảnh hiển thị cũng sinh động hơn, có thể hiển thị được hình ảnh chuyển động với những màu sắc khác nhau. Tuy nhiên chi phí thực hiện tốn kém. Quang báo thiết kế trong đề tài có thể giao tiếp trực tiếp với máy tính thông qua giao diện người dùng được thiết kế bằng phần mềm VB6.0. Ngoài ra quang báo còn có thể giao tiếp được với bàn phím máy tính PS2. Người sử dụng muốn thay đổi thông tin hiển thị có thể nhập thông tin này từ bàn phím PS2 hoặc truyền từ máy tính thông qua chuẩn truyền RS232. III. Phương pháp quét LED 1 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Hình 1.2 là sơ đồ kết nối từ các LED đơn thành một ma trận LED 8x8 (8 hàng 8 cột). Các tín hiệu P0.0 -> P0.7 của cổng P0 của VĐK được nối vào Anode của 8 hàng LED. Các tín hiệu điều khiển cột p1.0 -> P1.7 được nối vào Cathode của của 8 cột LED. Khi tín hiệu ở P0.0 là 1 (+5V) tương ứng với các LED ở chân Cathode của hàng 1 ở mức cao, khi P1.0 là mức 1 tương ứng với các LED ở chân Anode của cột 1 được cấp điện thế thấp. Như vậy hàng 1 được cấp điện áp cao, cột 1 được cấp điện áp thấp nên chỉ có một LED duy nhất được sáng là LED giao nhau của hàng 1 và cột 1. Như vậy khi có một cặp tín hiệu điều khiển hàng và cột thì có duy nhất một LED là giao điểm của hàng hàng và cột đó sáng. Trên cơ sở đó ta có thể mở rộng thành bảng quang báo với số hàng có thể là 16, 32 hoặc có thể lớn hơn và số cột có thể lên tới hàng trăm tuỳ thuộc vào cách thiết kế mạch liên kết với các hàng và cột. Trong trường hợp ta muốn hiển thị một số hay một một ký tự, chúng ta sẽ có cảm giác như đồng thời các LED được sáng. Nhưng thật ra đó chỉ là cảm giác của mắt bị đánh lừa. Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu về cách quét LED. Ví dụ ta muốn hiển thị chữ “L” trên ma trận. Khi đó các LED trên cột 1 và các LED trên hàng 8 sáng. Muốn như vậy thì các bit thuộc cổng P0 và P1 đều ở mức 1, như vậy thì toàn bộ LED trong ma trận đều sáng. Do vậy trong điều khiển LED ma trận chúng ta không thể điều khiển bằng cách hiển thị tĩnh mà phải dùng phương pháp hiển thị động (phương pháp quét LED). Nghĩa là tiến hành cấp tín hiệu điều khiển theo dạng xung quét cho các hàng và cột cần được hiển thị. Gọi thời gian quét đủ từ cột 1 đến hết cột 8 là một chu kỳ. Để đảm bảo cho mắt thấy các LED sáng đều không bị nháy thì tần số quét cho một chu kỳ nhỏ nhất là 50Hz Để hiển thị được chữ L như Hình 1.4 ta có thể mô tả các bước quét trong một chu kỳ như sau: Bước 1: P0.0 -> P0.7 = 1, P1.0 = 1; Các LED cột 1 sáng 2 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Bước 2: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.1 = 1; LED hàng 7 cột 2 sáng. Bước 3: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.2 = 1; LED hàng 7 cột 3 sáng Bước 4: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.3 = 1; LED hàng 7 cột 4 sáng Bước 5: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.4 = 1; LED hàng 7 cột 5 sáng Bước 6: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.5 = 1; LED hàng 7 cột 6 sáng Bước 7: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.6 = 1; LED hàng 7 cột 7 sáng Bước 8: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.7 = 1; LED hàng 7 cột 8 sáng Bước 9: Quay trở lại bước 1 3 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo 4 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Hình 1.3: Mã chữ Hình 1.4: Mô phỏng chữ L Với việc hiển thị trong thí nghiệm chúng ta chỉ cần một hoặc hai ma trận LED do đó chúng ta có thể sử dụng các bit trực tiếp của cổng Vi điều khiển (VĐK) hay 8255 . Đối với một bảng quang báo thì yêu cầu cần có nhiều hàng, nhiều cột. Một trong các cách tiết kiệm bit để điều khiển cột chúng ta có thể dùng vi mạch ghi dịch như 74HC164 hoặc 74HC595. Khi đó tín hiệu quét hàng được lấy ra từ cổng VĐK (tuỳ thuộc vào số hàng mà ta sử dụng hết một cổng, hai cổng hay ba cổng). Tín hiệu quét cột được lấy ra từ các bit của cổng còn lại . Tín hiệu quét cột sẽ dịch theo từng xung Clock do người lập trình tạo ra. Cứ mỗi một xung thì một cột được dịch, đồng thời vào thời điểm cột được dịch thì dữ liệu tương ứng cần hiển thị cũng được đưa ra hàng. Như vậy để hiển thị được thông báo thì xung dịch và dữ liệu cần phải được xuất ra đồng bộ. Quay trở lại ví dụ trên theo Hình1.3 muốn hiển thi đực trữ “L” thì cổng P0 cần xuất ra hàng ma trận các mã : FFh,80h,80h,80h,80h,80h,80h,80h Bước 1: P0 xuất FFh đồng thời dữ liệu cột được đưa tới cột 1 nhờ có xung dịch Clock Tương tự Bước 8: P0 xuất 80h đồng thời dữ liệu cột được đưa tới cột 8. 5 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Quá trình quét như vậy xảy ra rất nhanh (tính bằng s µ cho mỗi cột) vì vậy mắt có cảm giác như các LED đồng thời được sáng. Gọi t là thời gian một xung được dịch. Như phần trên đã nói tần số hiển thị của một hàng hay một cột là 50Hz . Như vậy thời gian để dịch một xung CLK : mss Hz t 2002,0 50 1 === . Quá trình quét như vậy xảy ra rất nhanh (tính bằng ms cho mỗi cột) vì vậy mắt có cảm giác như các LED đồng thời được sáng. 1.Sơ đồ khối của một hệ vi xử lý: a. Định nghĩa hệ vi xử lý: • Khả năng được lập trình để thao tác trên các dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con người. • Khả năng lưu trữ và phục hồi dữ liệu. b. Tổng quát hệ vi xử lý gồm: 6 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo • Phần cứng (hardware): các thiết bị ngoại vi để giao tiếp với con người. • Phần mềm (software):chương trình để xử lý dữ liệu.  CPU (Central Processing Unit): đơn vị xử lý trung tâm.  RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên.  Rom (Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc.  Interface Circuitry: mạch điện giao tiếp.  Peripheral Devices (Input): các thiết bị ngoại vi (thiết bị nhập)  Peripheral Devices (Output): các thiết bị ngoại vi (thiết bị xuất).  Addressbus: bus địa chỉ.  Data bus: bus dữ liệu.  Control bus: bus điều khiển. 2.Đơn vị xử lý trung tâm:  CPU đóng vai trò chủ đạo trong hệ vi xử lý, nó quảnlý tất cả các hoạt động của hệ và thựchiện tất cả các thao tác trên dữ liệu.  CPU là một vi mạch điện tử có độ tích hợp ca. Khi hoạt động CPU đọc mã lệnh được ghi dưới dạng cácbit 0 và bit 1 từ bộ nhớ, sau đó nó sẽ thực hiện giải mã các lệnh này thành các dãy xung điều khiển tương ứng với các thao táctrong lệnhđể điều khiển cáckhối khác thực hiện từng bước các thao tác đóvà từ đó tạo ra các xung điều khiển cho toàn hệ. 7 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo  IR/IP (Instruction Register/Intruction Pointer): thanh ghi lệnh/con trỏ lệnh.  PC (Program Counter): bộ đếm chươngtrình.  Instruction decode and control unit: đơn vị giải mã lệnh và điều khiển.  ALU (arithmetic and Logic Unit): đơn vị số học và logic.  Registers: Các thanh ghi.  Khi hoạt động CPU sẽ thực hiện liên tục 2 thao tác: tìm nạp lệnh và giãi mã - thực hiện lệnh.  Thao tác tìm nạp lệnh:  Nội dung của thanh ghi PC đượcCPU đưa lên bus địa chỉ.  Tín hiệu điều khiển đọc (Read) chuyển sang trạng thái tích cực.  Mã lệnh (Opcode) từ bộ nhớ được đưa lên bus dữ liệu.  Nội dung của thanh ghi PC tăng lên một đơn vị để chuẩn bị tìm nạp lệnh kế tiếp từ bộ nhớ.  Thao tác giải mã - thực hiện lệnh:  Mã lệnh từ thanh ghi IR được đưa vào đơn vị giải mã lệnh và điều khiển.  Đơn vị giải mã lệnh và điều khiển sẽ thực hiện giải mã opcode và tạo ra các tín hiệu để điều khhiển việc xuất nhập dữ liệu giữ ALU và cácthanh ghi.  Căn cứ trên các tín hiệu điều khiển này, ALU thực hịên các thao tác đã được xác định.  Một chuỗi các lệnh (Opcode) kết hợp lại với nhau để thực hiện một công việc có nghĩa được gọi là chương trình (Program) hay phần mềm.  Bộ nhớ bán dẫn là một khác rất quan trọng của hệ vi xử lý, các chương trình và dữ liệu đều được lưu giữ trong bộ nhớ.  Bộ nhớ bán dẫn trong hệ vi xử lý gồm: • ROM: bộ nhớ chương trình _ lưu giữ chương trình điều khiển hoạt động của toàn hệ thống. • RAM: bộ nhớ dữ liệu _ lưu giữ dữ liệu, một phần chương trình điều khiển hệ thống, các ứng dụng và kết quả tính toán. • Sơ lược về cấu trúc và phân loại ROM – RAM: • ROM (Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc 8 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo • RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (bộ nhớ ghi đọc) 3.Các chân của chip 89V51RB2: 3.1. Sơ đồ khối và chức năng các khối của chip 89V51RB2  CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm tính toán và điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống.  OSC (Oscillator): Mạch dao động _ tạo tín hiệu xung clock cung cấp cho các khối trong chip hoạt động.  Interrupt control: Điều khiển ngắt _ nhận tín hiệu ngắt từ bean ngoài (INT0\, INT1\), từ bộ định thời (TIMER0, TIMER1) và từ cổng nối tiếp (SERIAL PORT), lần lượt đưa các tín hiệu ngắt này đến CPU để xử lý.  Other registers: Các thanh ghi khác _ lưu trữ dữ liệu của các port xuất/nhập, trạng thái làm việc của các khối trong chip trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống.  RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ dữ liệu trong chip lưu trữ các dữ liệu.  ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chương trình trong chip lưu trữ chương trình hoạt động của chip.  I/O ports (In/Out ports): Các port xuất/nhập _ điều khiển việc xuất nhập dữ liệu dưới dạng song song giữa trong và ngoài chip thông qua các port P0, P1, P2, P3.  Serial port: Port nối tiếp _ điều khiển việc xuất nhập dữ liệu dưới dạng nối tiếp giữa trong và ngoài chip thông qua các chân TxD, RxD.  Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, 1 _ dùng để định thời gian hoặc đếm sự kiện (đếm xung) thông qua các chân T0, T1.  Bus control: Điều khiển bus _ điều khiển hoạt động của hệ thống bus và việc di chuyển thông tin trên hệ thống bus.  Bus system: Hệ thống bus _ liên kết các khối trong chip lại với nhau. 3.2. Chức năng các chân của chip 8051 Chip 89V51 :gồm 40 chân • 2 chân nguồn cấp điện (VCC, VSS) • 32 chân xuất/nhập • 6 chân chức năng (EA, ALE, PSEN, XTAL1, XTAL2, RST) 9 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo  Port xuất/nhập 8 bit (P0.0 – P0.7)  Port xuất/nhập 8 bit (P1.0 – P1.7)  Port xuất/nhập 8 bit (P2.0 – P2.7)  Port xuất/nhập 8 bit (P3.0 – P3.7) Sơ đồ chân của chip 89V51RB2 10 [...]... không 5.khối giao tiếp máy tính: Linh kiện sử dụng: 25 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo PL2303 và các linh kiện cần thiêt khác như tụ ,điện trở và các dây kết nối máy tính.Ta nối trực tiếp chân TXD và RXD của PL2303 vào các chân tương ứng của 89c52 Sơ đồ chân: 26 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Kiểm Tra khối giao tiếp máy tính: 27 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo -Sau khi... MẠCH QUANG BÁO 1 Lưu đồ thuật toán: 1.1 Lưu đồ thuật toán thổng thể: Bắt đầu 28 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Chương trình giao tiếp với máy tính Chương trình chạy chữ “ CHUONG GA” END 1.2 Chương trình giao tiếp máy tính: Bắt đầu Ri=1? Có dữ liệu từ PC Nhận dữ liệu= 5Ah Ngắt quét LED Nhận dữ liệu từ PC Nhận byte báo số byte dữ liệu truyền từ PC 29 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo. .. Chương trình và dữ liệu nằm riêng trên ROM và RAM Khối quang báo a) Sơ đồ khối Giao tiếp máy tính Điều ĐIỀU KHIỂN CỘT Khiển Đ Trung Tâm 14 ĐIỀU KHIỂN HÀNG LED MATRIX 8X8 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo NGUỒN CUNG CẤP Nguyên lý hoạt động sơ đồ khối : Khối điều khiển trung tâm điều khiển mọi quá trình hoạt động của hệ thống Mạch có khối giao tiếp máy tính nên sẽ dễ dàng thay đổi được dữ liệu mà mình... led, phông chữ,hiệu ứng Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho mạch điện nhưng bản than nó không bị quá dòng Khối giao tiếp với máy tính: dùng PL 2303 Sơ đồ mạch và tính toán chọn linh kiện 15 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Nguyên lý hoạt động : Khi cấp nguồn 5v cho mạch hoạt động, vi điều khiển AT89C52 sẽ điều khiển mọi quá trình hoạt động của mạch, IC 8951 sẽ lưu giữ các dữ liệu trên RAM,sau đó... đưa vào IC dịch dữ liệu 74HC595 18 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Các linh kiện sử dung trong mạch : a, IC 74HC245 : 1 Chức năng : Đệm dữ liệu 2 chiều , thường ứng dụng trong các mạch sử dụng led như quét led matrix , led 7 , hoặc đệm dữ liệu trên bus với các mạch sử dụng nhiều linh kiện mắc song song 2 Sơ đồ chân: 19 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Đây là ic số loại 20 chân chức... nhiệm vụ tương tự C1,C2 Như vậy ta đã có nguồn ổn áp 5Vdc với sai số là +-0,25v Cách Kiểm tra mạch: -Cấp nguồn cho mạch, đo điện áp đầu ra và đo dòng điện.Ta dung đồng hồ kim đặt ở chế độ X10 ,mạch nguồn này là mạch tạo dòng 1A nên ta mắc tải có giá trị là 5 ohm.nếu kim ở vị trí 0.5 tức là đúng mạch đạt dòng 1A 17 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo -Nếu giá trị áp đo được ở đâu ra vượt qua sai số cho... B của transistor ở mức thấp và khi đó transistor sẽ dẫn bão hòa làm ho anode của các hàng LED được tích cực Các linh kiện sử dụng trong mạch 22 Báo cáo thực tập công nhân 3 mạch quang báo khối hiển thị LED MATRIX sơ đồ mạch: 23 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Linh kiện sử dụng: Led matrix 8*8 Khối ma trận đèn led là một ma trân 8x8 đèn led các chân A của một hàng led được nối chung tạo nên... suất mạch tầm 500=>700mW b IC 74HC595 20 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Là IC ghi dịch 8bit kết hợp chốt dữ liệu , đầu vào nối tiếp đầu ra song song 1.Chức năng: Thường dùng trong các mạch quét led 7 , led matrix …để tiết kiệm số chân VDK tối đa (3 chân) Có thể mở rộng số chân vi điều khiển bao nhiêu tùy thích mà k ic nào có thể làm dc bằng việc mắc nối tiếp đầu vào dữ liệu các ic với nhau... RAM,sau đó sẽ giải mã các dữ liệu này và lưu lại trên RAM sau khi giải mã RAM xong thì các dữ liệu được xuất ra mạch hiển thị LED ma trận 8x8 Khi cấp nguồn 5V vào mạch Các linh kiện sử dụng trong mạch : 1 Khối nguồn : Sơ đồ mạch : 16 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Nhiệm Vụ :Mạch nguồn ổn áp 5v sử dụng Lm 7805 làm nhiệm vụ tạo ra nguồn cung cấp 5V ổnđịnh,và mức dòng cung cấp lên đến 3A được... tiếp đầu vào dữ liệu các ic với nhau 2.Sơ đồ chân: IC làm việc ở: +hoạt động ở điện áp . lại bước 1 3 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo 4 Báo cáo thực tập công nhân mạch quang báo Hình 1.3: Mã chữ Hình 1.4: Mô phỏng chữ L Với việc hiển. chuyển động với những màu sắc khác nhau. Tuy nhiên chi phí thực hiện tốn kém. Quang báo thiết kế trong đề tài có thể giao tiếp trực tiếp với máy tính thông