Thiết kế mô phỏng mạch hiển thị trên led ma trận dùng vi điều khiển pic16f887

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA: KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ - HỒNG NGỌC HÙNG THIẾT KẾ MƠ PHỎNG MẠCH HIỂN THỊ TRÊN LED MA TRẬN DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887 ĐỒ ÁN Ngành: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Phú Thọ, 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA: KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ - HOÀNG NGỌC HÙNG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MẠCH HIỂN THỊ TRÊN LED MA TRẬN DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887 ĐỒ ÁN Ngành: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: NGUYỄN VĂN QUYẾT Phú Thọ, 2023 MỤC LỤC PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài Mục tiêu mục đích nghiên cứu .3 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 3.2 Mục đích nghiên cứu đồ án PHẦN II: NỘI DUNG .3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN DỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung về LED ma trận 1.1.1 Khái niệm chung về mạch LED ma trận 1.1.2 Cấu trúc LED ma trận 1.1.3 Ưu đèn LED ma trận hiển thị thông tin 1.2 Khái quát chung vi điều khiển .10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ LED MA TRẬN BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ PIC16F887 17 2.1 Thiết kế sơ đồ khối 17 2.2 Lựa chọn thiết bị 18 2.2.1 Vi điều khiển PIC 16F887 .18 2.2.2 Ma trận LED 19 2.2.3 IC giải mã hàng, IC đệm dòng, điện trở .20 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .22 3.1 Giới thiệu phần mềm dùng mô phần mềm lập trình 22 3.1.1 Phần mềm mơ Proteus .22 3.1.2 Phần mềm lập trình PIC CCS 25 3.2 Kết lập trình mô 26 3.2.1 Kết lập trình .26 3.2.1 Lưu đồ thuật toán 30 3.2.2 Chương trình nạp cho vi điều khiển 31 3.2.3 Kết hiển thị .33 3.3 Đánh giá chung kết 34 PHẦN III: KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO .35 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Bảng quảng cáo hiển thị LED ma trận Hình Bảng hiển thị số chữ LED ma trận màu đỏ Hình Bảng quảng cáo led ma trận sử dụng nhiều màu sắc .5 Hình Sơ đồ khối LED ma trận Hình Sơ đồ chân bảng LED ma trận 8x8 Hình Mơ tả q trình hiển thị cho chạy chữ A bảng LED 8x8 Hình Hiển thị hình LCD Hình Hiển thị LED ma trận LED dây Hình Hiển thị LED đơn hình LED Hình 10 Mơ hình tổng quát vi điều khiển theo kiến trúc Harvard .12 Hình 11 Cấu trúc chung vi điều khiển 14 Hình 12 Sơ đồ khối mạch hiển thị dịng chữ chạy LED ma trận 17 Hình 13 Cấu trúc bên vi điều khiển 18 Hình 14 Hình ảnh vi điều khiển PIC16F887 19 Hình 15 Hình ảnh mơ protues LED MATRIX-8X8-RED 20 Hình 16 Sơ đồ chân hình ảnh thực IC 74HC595 21 Hình 17 Hình dạng phần mềm Protues 23 Hình 18 Các kiểu liệu phần mềm PIC-C 26 Hình 19 Chương trình báo khơng có lỗi sau kiểm tra 29 Hình 20 Lưu đồ thuật tốn mạch led ma trận dùng PIC 16F887 30 Hình 21 Hiển thị chữ “ KHOAKITHUATCONGNGHE” 33 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Thông số chức PIC16F887 19 Bảng Chức chân IC 74HC595 .21 PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Ngày nhu cầu thông tin quảng cáo lớn , việc áp dụng phương tiện kĩ thuật vào lĩnh vực cần thiết Cùng với ngành công nghiệp sản xuất, chiếu sáng nhu cầu cấp thiết cho phát triển kinh tế sống hàng ngày quốc gia tồn giới Chiếu sáng địi hỏi công nghệ phức tạp nguồn lượng lớn   Trong năm gần đây, nhiều giải pháp đã được đưa cho công nghệ chiếu sáng với tiêu chí chủ đạo Tiết kiệm điện Bảo vệ môi trường Nổi lên giải pháp, việc sử dụng công nghệ LED tỏ vượt trội việc thỏa mãn tiêu chí ấy,   đem lại số ưu điểm sau:   - Tiết kiệm điện so với việc sử dụng bóng đèn chiếu sáng truyền thống đèn sợi đốt, đèn Halogen, đèn huỳnh quang, đèn compact, … 100% phù hợp thay lắp đặt dễ dàng   - Thân thiện với mơi trường, giảm lượng khí thải CO2, tối thiểu hóa lượng rác thải mơi trường đèn LED có tuổi thọ cao trung bình dài gấp 10 đến 20 lần loại bóng đèn chiếu sáng thơng thường không sử dụng thủy ngân   - An toàn cho người sử dụng, giảm nguy cháy nổ, nâng cao hiệu suất làm việc điều hịa khơng khí do đèn LED phát nhiệt thấp q trình làm việc - Chất lượng ánh sáng thân thiện, tối thiểu hóa tia cực tím xạ hồng ngoại, khơng nhấp nháy, không gây nhức mỏi mắt   Với ưu điểm đó, cơng nghệ LED vào sống thơng qua nhiều hình thức sản phẩm đa chủng loại đèn chiếu sáng sử dụng LED phát ánh sáng trắng LED dùng để làm phận hiển thị thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thơng   Trong chiếu sáng đô thị, việc sử dụng đèn LED cho đồng hiệu chiếu sáng cao mặt đường tạo thoải mái tăng khả quan sát cho người tham gia giao thông vào ban đêm   Mặt khác hệ thống đèn LED cho độ sáng vỉa hè tăng vượt trội số hoàn màu cao đèn LED (CRI 70) so với CRI 25 đèn Natri cao áp thông thường Tuyến đường sử dụng đèn LED với số hoàn màu cao việc giúp tăng khả quan sát tạo mặt cho thẩm mỹ đường phố vào ban đêm…   Công nghệ LED đã được sử dụng rộng rãi ở nước phát triển giới mang lại lợi ích vơ to lớn, Việt Nam ứng dụng này hạn chế Theo nhà nghiên cứu, trước hết cần có biện pháp nhằm sớm chuyển đổi thị trường chiếu sáng công nghệ truyền thống sang chiếu sáng công nghệ LED   Hơn lúc hết cần tăng cường đào tạo nhân lực trình độ cao, phát triển nghiên cứu cơng nghệ đặc biệt nâng cao nhận thức lợi ích việc sử dụng đèn chiếu sáng LED đến đông đảo người dùng thông qua truyền thông, quảng bá Mặc dù mẻ song cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh chóng   nay, tương lai không xa, đèn LED sẽ trở thành nguồn sáng chiếm ưu thế, ứng dụng rộng rãi hoạt động chiếu sáng Việt Nam, góp phần đạt mục tiêu chung tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường Khi bạn đến nơi công cộng, bạn dễ dàng bắt gặp áp phích quảng cáo điện tử chạy theo hướng khác với nhiều hình ảnh màu sắc ấn tượng Từ yêu cầu môn học kĩ thuật vi xử lý thực tiễn trên, em định chọn đề tài cho đồ án là: “Thiết kế mô mạch hiển thị led ma trận dùng vi điều khiển pic16f887” Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Tìm hiểu LED ma trận linh kiện điện tử sử dụng mạch hiển thị led ma trận dùng vi điều khiển pic16f887, phần mềm Proteus 2.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu LED ma trận, PIC 16f887 - Dùng phần mềm Proteus để thiết kế, mô hoạt động mạch hiển thị led ma trận dùng vi điều khiển pic16f887 Mục tiêu mục đích nghiên cứu 3.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế mô thành công hiển thị led ma trận dùng vi điều khiển pic16f887 bằng proteus 3.2 Mục đích nghiên cứu đồ án Đồ án : “Thiết kế mô mạch hiển thị led ma trận dùng vi điều khiển pic16f887” giúp người thực đề tài vấn đề sau: - Thông qua việc thực đề tài giúp ôn lại kiến thức học, rèn luyện nghề, cách thiết kế mạch thực tế, … - Tạo cho người thực có ý tưởng mới, giải vấn đề cách hiệu - Mô mạch mà thân tự thiết kế dựa phần mềm mô Proteus PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN DỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung về LED ma trận 1.1.1 Khái niệm chung về mạch LED ma trận Mạch hiển thị LED ma trận loại mạch điện tử sử dụng để hiển thị thông tin hình LED ma trận Một hình LED ma trận bao gồm số lượng lớn đèn LED xếp thành ma trận, LED đại diện cho điểm ảnh Mạch hiển thị LED ma trận thường sử dụng ứng dụng địi hỏi hiển thị thơng tin đơn giản chữ, số, biểu tượng hình ảnh nhỏ Chúng thường sử dụng bảng thông báo, bảng đồng hồ hiển thị sản phẩm quảng cáo Hình Bảng quảng cáo hiển thị LED ma trận Các loại mạch hiển thị LED ma trận thường có khả điều khiển LED độc lập nhóm LED theo cách cụ thể để tạo thông tin hiển thị khác Chúng điều khiển vi xử lý phần mềm điều khiển khác để tạo hiệu ứng hiển thị động tùy chỉnh hiển thị theo yêu cầu Mạch hiển thị LED ma trận giải pháp hiệu tiết kiệm lượng để hiển thị thông tin đơn giản Chúng sử dụng rộng rãi ứng dụng cơng nghiệp, thương mại giải trí Về màu sắc bảng LED ma trận có màu sắc đa dạng Có loại bảng LED 10 có màu, có loại phối hai màu, phối màu phối màu LED đơn LED có màu sắc sặc sỡ, bắt mắt Đặc biệt cơng nghệ chế tạo hình LED cho hình lớn với màu sắc, âm trung thực Màn hình LED cỡ lớn loại hình sử dụng cơng nghệ đèn LED siêu sáng, điểm ảnh LED đơn có độ sáng cao, độ bền lâu Màn hình LED có LED đơn gần độ nét cao Khi lựa chọn, lắp đặt cần phải vào nhu cầu sử dụng để lựa chọn cho phù hợp Đối với hình LED lắp cho quảng cáo có tầm nhìn xa có độ cao, khơng u cầu q cao độ nét cần chọn loại hình có điểm sáng thưa, giảm chi phí Đối với LED dùng cho mục đích chuyên dụng sân khấu, hội nghị…thì nên dùng hình LED có độ nét cao nghĩa có điểm sáng dầy hay khoảng cách LED đơn gần Màn hình LED lớn giúp cho việc cập nhật thông tin cách thường xun, nhanh chóng, kích cỡ hình LED điều chỉnh tùy mục đích sử dụng, màu sắc độ sáng LED dễ gây ý, dễ quan sát Hình 16 Sơ đồ chân hình ảnh thực IC 74HC595 Chức chân IC 74HC595 bảng : Bảng Chức chân IC 74HC595 Số chân Kí Chức hiệu 1÷7 Q1÷Q7 15 Q0 GND Q7’ Các đầu vào xung clock Đầu vào xung clock Nối mass Chân liệu nối tiếp Nếu dùng nhiều 74HC595 mắc nối tiếp chân đưa vào đầu vào dịch đủ bit 10 MR Khi chân mức thấp (mức 0) liệu xóa chip 11 SH_C P Chân vào xung clock Khi có xung clock tích cực sườn dương 1bit dịch vào IC 12 ST_CP Xung clock chốt liệu Khi có xung clock tích cực sườn dương cho phép xuất liệu chân output 13 OE Chân cho phép tích cực mức thấp (0) Khi mức cao, tất đầu 74595 trở trạng thái cao, đầu cho phép 14 DS Đầu vào liệu nối tiếp Tại thời điểm xung clock đưa vào 1bit 16 VCC Cấp nguồn 22 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 Giới thiệu phần mềm dùng mô phần mềm lập trình 3.1.1 Phần mềm mơ Proteus Proteus phần mềm hãng Labcenter Electronics, mơ cho hầu hết linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho MCU PIC, 8051, AVR, Motorola Proteus sử dụng rộng rãi 35 quốc gia Proteus tự khẳng định mạnh mơ mạch nguyên lý sát với thực tế, 12 năm hình thành phát triển hồn thiện phát triển mạnh Proteus cung cấp cho người sử dụng toàn linh kiện điện tử để người dung tạo mạch nguyên lý sau cho chạy thử so sánh với kết thực tế Chính proteus tạo chạy thử mạch đơn giản phức tạp nên dùng giảng dạy, phịng thí nghiệm điện tử thực hành vi xử lý 23 Hình 17 Hình dạng phần mềm Protues Các ưu điểm phần mềm: Dễ dàng tạo sơ đồ nguyên lý đơn giản từ mạch điện đơn giản, đến mạch có lập trình vi xử lý Dễ dàng chỉnh sửa đặc tính linh kiện sơ đồ nguyên lý: chỉnh sửa số bước động bước, chỉnh sửa nguồn nuôi cho mạch, thay đổi tần số hoạt động vi xử lý Công cụ hỗ trợ kiểm tra lỗi thiết kế sơ đồ nguyên lý Xem lưu lại phần báo lỗi Chạy mơ phân tích tính chất mạch điện Công cụ hỗ trợ cho việc chạy mơ mạnh xác Các công cụ đồ thị hỗ trợ mạch cho việc phân tích tần số, song, âm khơng phần mềm cịn có thêm máy phân tích từ đơn giản đồng hồ đo Vơn, Ampe, đến máy đo dao động, máy tạo sóng dao động Ngồi Proteus cịn cung cấp cho người sử dụng công cụ mạnh phần mềm khác khơng có Chẳng hạn thư viện led với mầu sắc khác kể led đoạn Nhưng phần hiển thị mạnh mà Proteus cung cấp LCD, mơ cho nhiều LCD từ đơn giản đến phức tạp 24 Một ưu điểm Proteus mơ cơng cụ phát thu tín hiệu từ mạch giao tiếp với máy tính thơng qua cơng cụ RS232 Trong người sử dụng điều khiển trình truyền phát, tốc độ Baud giúp cho người lập trình mơ mạch truyền, phát tín hiệu Một điểm mạnh khác Proteus cung cấp cho người dùng công cụ biên dịch cho họ vi xử lý MSC51, AVR, HCHI Qua tạo tập tin HEX dùng để nạp cho vi xử lý tập tin DSI dùng để xem chạy kiểm tra bước chương trình mơ Đối với mạch vi xử lý Proteus khơng cung cấp hình ảnh thực tế linh kiên xuất mà cung cấp cho người lập trình nhiều cửa sổ thơng báo nội dung nhớ, trỏ, ghi Proteus có thư viện lớn 6000 linh kiện loại ngày bổ sung Ngồi cịn có keypad (Ma trận phím tạo đơn giản cho người thiết kế cần thao tác ma trận phím) Khả ứng dụng phần mềm: Khả ứng dụng Proteus mơ phỏng, phân tích kết từ mạch nguyên lý Proteus giúp cho người sử dụng thấy trước mạch thiết kế chạy hay sai trước thiết kế bo mạch Các công cụ phục vụ cho việc phân tích mạch có độ xác cao đo vôn, ampe hay máy đo dao động Khả áp dụng chương trình Proteus vào giảng dạy tốt cho giảng viên cho sinh viên học tập kỹ thuật điện tử Proteus cung cấp gần đầy đủ từ đến phức tạp cho người học điện tử vi xử lý Đối với sinh viên Proteus mà sử dụng rộng rãi gần thầy dạy cho họ nhà Nó giúp cho sinh viên tự học, tự nghiên cứu thiết kế thử phần học chạy xem kết rút học tốt Nhược điểm phần mềm: Phần mềm có nhược điểm Proteus khơng tránh khỏi nhược điểm:  Phần mềm công ty nước ngồi nên tính bảo mật cao, biết đến nên khó kiếm ngồi thực tế  Trong thiết kế có nhiều phần quan trọng Proteus chạy không theo quy tắc làm người sử dụng đơi lúc gặp khó khan 25  Sử dụng phức tạp mạch vi xử lý hay mạch cần chỉnh sửa tính chất linh kiên ( nhiều tính chất phải điển chỉnh)  Phần mềm cơng ty nước ngồi viết nên khơng có tài liệu cung cấp hay hướng dẫn sử dụng  Hướng dẫn sử dụng Proteus hoàn toàn tiếng anh nên đòi hỏi người sử dụng phải có tảng tiếng anh muốn sử dụng cách hiệu ( Nhất tiếng anh chuyên ngành điện tử) 3.1.2 Phần mềm lập trình PIC CCS Ngơn ngữ lập trình C ngơn ngữ lập trình sử dụng phổ biến, ngôn ngữ tạo mã hiệu quả, phần tử lập trình có cấu trúc, tập hợp phong phú tốn tử Ngơn ngữ C ngơn ngữ lập trình thuận tiện hiệu quả, nhiều ứng dụng giải dễ dàng hiệu ngôn ngữ C so với ngôn ngữ chuyên biệt khác Ở chương giới thiệu ngơn ngữ lập trình C cho loại vi điều khiển lệnh C để phục vụ lập trình cho ứng dụng Do có nhiều họ vi điều khiển nhiều hãng khác nên phần mềm lập trình C cho vi điều khiển khác nhau, phần trình bày kiến thức lập trình C chung và tùy thuộc vào phần mềm biên dịch mà bạn tìm hiểu thêm Sau kết thúc phần giúp bạn biết cấu trúc chương trình, biết lệnh C để lập trình, biết khai báo kiểu liệu cho biến, biết viết chương trình Trong chương trình thƣờng khai báo biến để lưu liệu xử lý liệu, tùy thuộc vào loại liệu mà ta phải chọn loại liệu cho phù hợp Các biến vi xử lý bao gồm bit, byte, word long word tương ứng với liệu bit, bit, 16 bit 32 bit Các kiểu liệu tùy thuộc vào phần mềm sử dụng, vi điều khiển PIC có nhiều phần mềm biên dịch như: PIC-C, MIKRO-C, MPLAB, phần trình bày phần mềm PIC-C 26 Hình 18 Các kiểu liệu phần mềm PIC-C 3.2 Kết lập trình mơ 3.2.1 Kết lập trình Sau hồn thành bước tạo File , viết chương trình sốt lỗi ta thu kết sau: #include #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG,NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use fast_io(b) #use fast_io(d) #use delay(clock=20000000) int32 send_reg; int16 m,l,x,lap,s; int32 const chay[]={0x80000000,0x40000000,0x20000000,0x10000000, 0x08000000,0x04000000,0x02000000,0x01000000,0x00800000,0x00400000,0x0020 0000,0x00100000,0x00080000,0x00040000,0x00020000,0x00010000, 0x00008000,0x00004000,0x00002000,0x00001000,0x00000800,0x00000400,0x0000 0200 ,0x00000100, 0x00000080,0x00000040,0x00000020,0x00000010,0x00000008,0x00000004,0x0000 0002,0x00000001,0x00000000}; Const unsigned char data[]={255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255, 27 255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,0,0,231,219,189,126,255, 0,0,231,231,0,0,255,129,126,126,129,255,1,230,230,1,255,0,0,231,219,189,126,255,2, 255,254,254,0,254,254,255,0,231,231,0,255,0,127,127,0,255,1,230,230,1,255,254,254 ,0,254,254,255,129,126,126,126,255,129,126,126,129,255,0,253,251,247,0,255,129,1 26,110,14,239,255,0,253,251,0,255,129,126,110,14,239,255,0,231,231,0,255,0,102,10 2,102,255,255}; #bit d7=send_reg.0 void serout(){ int8 n; for(n=0;n>1; } } void display(){ output_high(pin_b2); serout(); output_low(pin_b3); output_high(pin_b3); } void hc595(){ m=32; x=0; for(x=0;x