thiết kế mạch led matrix 8x32 bằng atmega32

Qua đó ta thấy rằng, bảng thông tin điện tử đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: giới thiệu sản phẩm, thông báo tin tức, làm biển hiệu Với ứng dụng rộng rãi như

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhất là trong lĩnh vực Điện tử - Tin học - Viễn thông, việc đưa thông tin quảng cáo đến với người tiêu dùng, đến với xó 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 hiệusách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán loại sách gì, giá cả ra sao là nhờ vào bảng đènquang 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 hiện lên với đủ kiểu (từ trên xuống, từ trái sang)

Qua đó ta thấy rằng, bảng thông tin điện tử đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: giới thiệu sản phẩm, thông báo tin tức, làm biển hiệu Với ứng dụng rộng rãi như vậy, việc tìm hiểu và thiết kế một bảng thông tin như vậy đã thôi thúc

em thực hiện đề tài “thiết kế mạch quang báo dùng Vi Điều Khiển”

MỤC LỤC

trang

LỜI NÓI ĐẦU……… …… ……… 3

Chuong1: NHIỆM VỤ VÀ PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ……….…5

1.1-nhiệm vụ được giao:……… 5

1.2-phân tích nhiệm vụ:……… … 5

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG……….……… ……… 5

2.1 tổng quan về đề tài:……….5

2.2.thiết kế thiết bị:……… 6

2.3 thiết kế mô tả hoạt động,phần mềm……….….6

Chương 3: LÝ THIẾT LIÊN QUAN LIÊN QUAN……….…6

3.1.giới thiệu mạch quang báo……… 6

3.1.1.tổng quan……… ………6

3.1.2.chức năng từng khối trong mạch quang báo……….8

3.2 giới thiệu các linh kiện trong mạch: 9

3.2.1 IC 74hc595 9

3.2.2.ULN2803 11

3.2.3.khảo sát transisto A1015:………12

Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN THIẾT BỊ……… 13

4.1.sơ đồ mạch in……… 13

4.2.hướng phát triển đề tài……… 14

Chương 5: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ………15

5 1.nguyên lý làm việc của mạch quang báo……….15

5.2 Giới thiệu về bảng LED ma trận……….15

5.3 nguyên tắc làm sáng đèn trên bảng LED……….17

5.4 Nguyên tắc quét bảng ma trận LED……….… 18

5.5 Phương pháp tạo hiệu ứng chữ chạy từ phải qua trái trên bảng LED:………20

5.6.sơ đồ nguyên lý:……… 22

5.6.1 Linh kiện sử dụng trong mạch: 22

5.6.2 Lưu đồ giải thuật:……… ……… 23

5.7.chương trình điềukhiển……….24

Tài Liệu Tham Khảo:……… ……….…27

CHƯƠNG 1:NHIỆM VỤ VÀ PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ

1.1-nhiệm vụ được giao:

Trong thời gian làm đồ án em sẽ cố gắng làm thật tốt môn đồ án của mình,sẽ cố gắng tiếpthu những gì mà mình tìm hiểu được

 Tiến độ một ngày thưc hiện 2-3h

 Chương trình tham khảo của thầy giáo bộ môn và các thầy trong ngành cơ điện tử

-So với việc dùng các bảng quảng cáo thông thường thì việc dùng bảng điện tử có giáthành cao và việc sử dụng nó đòi hỏi người dùng phải có kiến thức sơ về điện tử.-Khi bị hỏng việc thay thế tốn nhiều tiền

2.2-thiết kế thiết bị:

Sơ đồ khối:

2.3 thiết kế ,mô tả hoạt động:

-Khối giải mã địa chỉ cột cho mức 0 vào led

-khối giải mã hàng dùng transito cho mức 1 vào led

Nguyên tắc quét led:mỗi lần quét chỉ sáng tối đa một cột do tốc độ quét nhanh nên ta cảm thấy led sáng nhiều cột ,hàng

CHƯƠNG 3

LÝ THIẾT LIÊN QUAN LIÊN QUAN

3.1-GIỚI THIỆU MẠCH QUANG BÁO

3.1.1Tổng quan:

Để thiết kế một mạch quang báo thì có nhiều phương án để lựa chọn như: dùng EEPROM, dùng máy tính điều khiển trực tiếp, dùng vi xử lý, vi điều khiển Khi sử dụng EEPROM để lưu trữ thông tin hiển thị kết hợp với các IC giải đa hợp (Demultiplexer) để điều khiển qua trình hiển thị trên màn hình ưu điểm của EEPROM là thông tin không bị mất khi không có nguồn cấp và khi muốn thay đổi nội dung bản tin ta chỉ việc lập trình lại cho EEPROM (thay đổi phần mềm) Việc thay đôi như vậy xem ra có vẻ đơn giản,

nhưng ta cần có mạch nạp và phần mềm điều khiển Việc tháo lắp nhiều sẽ dẫn đến hỏng hóc không đáng có

Khi vi xử lý được sử dụng trong mạch thì mạch sẽ có thêm nhiều tính năng hơn nhưng giá thành cho một sản phẩm cũng vì thế mà tăng lên Một mạch vi xử lý cần có thêm EEPROM (để lưu chương trình điều khiển), RAM và các IC giao tiếp ngoại vi khác(8255,74373…) Một kít vi xử lý như vậy sẽ đem lại cho bảng thông tin những tính năng như: việc cập nhật nội dung hiển thị sẽ dễ dàng hơn(không cần tháo IC ra) bằng các nhập chương trình mới vào RAM, các hiệu ứng đặc biệt về màu sắc cũng được thực hiện

dễ dàng Tuy nhiên như đã nói ở trên, do vấn đề giá thành cao nên phương án này không được chọn

Dùng máy tính để điều khiển bảng tin cũng là một phương án Nhưng do kích thước máy tính lớn chiếm nhiều diện tích, lại đắt tiền nên ta không sử dụng

Phương án được lựa chọn là dùng Vi Điều Khiển Vì sao lại chọn Vi Điều Khiển? Thứ nhất: Ngày nay Vi Điều Khiển được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hướng điều khiển do kích thước gọn, khả năng tích hợp cao nhiều tính năng trong một con Vi Điều Khiển khiến cho mạch điện tử trở nên đơn giản hơn nhiều

Thứ hai: Giá thành của Vi Điều Khiển không quá đắt như Vi xử lý Trên thế giới hiện có rất nhiều nhà sản xuất Vi Điều Khiển (ATMEL, ZILOG, MicroChip, Motorola, Cypress…) Sự cạnh tranh của các nhà sản xuất về giá thành và khả năng tích hợp đem lại lợi ích cho người sử dụng

Thứ ba: Vi Điều Khiển được coi như một “small computer” hay System

On Chip (SoC) Bên trong vi điều khiển bao gồm CPU, ROM , RAM, EEPOM, các giao tiếp ngoại vi, các khối số học và tương tự (ADC,DAC, op-amp, bộ so sánh…) tuỳ theo từng loại

Tại Viêt Nam, thị trường Vi Điều Khiển khá sôi động Chỉ cần vào một của hàng điện tử bất kỳ ta đều có thể mua được một con Vi Điều Khiển ưng ý Về công cụ phát triển cho Vi Điều Khiển ta có thể tìm thấy rất nhiều trên mạng Internet, trên các diễn đàn

về điện tử trong và ngoài nước, hầu hết đều là các tiện ích miễn phí dành cho người sử dụng …

Sau một thời gian nghiên cứu về Vi Điều Khiển, mà cụ thể là dòng Vi Điều Khiển,

em quyết định chọn Vi Điều Khiển ATMAGA32 để thực hiện đề tài “thiết kế mạch quang báo dùng Vi Điều Khiển ”

Sơ đồ khối mạch quang báo

 KHỐI DAO ĐỘNG: tạo xung nhịp dao động cho Vi Điều Khiển Sử dụng thạchanh tần số 12MHz

 KHỐI GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ CỘT :

Nhận tín hiệu từ Vi Điều Khiển, từ đó đưa ra tín hiệu cho phép cột LED nàotrên bảng đèn (ma trận LED) được phép sáng Tại mỗi thời điểm chỉ có một cộtLED được phép sáng.Tín hiệu sau đó được đưa qua bộ đệm dòng cho cột IC được

sử dụng cho bộ giải mã cột là 74HC595 - Ghi dịch 8 bit vào nối tiếp ra song song

 KHỐI GIẢI MÃ HÀNG VÀ CHỐT DỮ LIỆU RA HÀNG:

Nhận tín hiệu từ Vi Điều Khiển Dử liệu sau đó được đưa qua bộ đệm dòngcho hàng sử dụng 8 con Transistor A1015 để phun dũng ra hàng

Được sử dụng đề đảm bảo độ sáng của các LED trân màn hình là đồng đều khichỉ 1 LED sáng hay cả 8 LED của một cột đều sáng Sử dụng transistor(A1015) vàcác IC đệm chuyên dụng(ULN2803)

-Để tớnh dũng điện cho IC đệm dũng hàng thỡ bạn phải xem độ dài

quang bỏo của bạn là bao nhiờu, trờn một hàng cú bao nhiờu con Led

VD: Trờn của bạn đang là 8x32 có 32 Led nằm trờn một hàng, giả sử tại

một thời điểm nào đó cả 32 Led này đều sỏng, mỗi Led coi là 20mA, như

vậy ta cần một dũng điện rahàng>=32*20mA = 640mA (Cho một hàng)

Bộ đệm dũng này cũn cú thể gọi là bộ phun dũng.

KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM (ATMEGA32):

Gồm vi điều khiển cú nhiệm vụ xuất tớn hiệu điều khiển khối quột và khối cụngsuất để cung cấp sự điều khiển cho led ma trận

KHỐI CẤP NGUỒN: có nhiệm vụ cấp đủ nguồn cho mạch điện nhưng bản thân

Chức năng của IC:

- Vào dữ liệu 8-bit

- Đầu ra 8 -bit nối tiếp và 8-bit song song

- Thanh ghi lưu trữ với đầu ra 3 trạng thái

- Tần số dịch 100MHz (Typical) Mô tả chân của IC 74HC595

- VCC và GND: chân cấp nguồn cho IC Điện áp nguồn cấp trong khoảng 2V -5.5V

- Q0 ~Q7: 8 đầu ra dữ liệu song song, chân Q7’ là chân ra dữ liệu nối tiếp

- MR là chân Reset IC, tích cực mức thấp (0) Khi đưa mức 0 vào chân này thì IC sẽ thựchiện Reset, tất cả đầu ra đều về 0

- SHCP là chân nhận xung đồng hồ của thanh ghi dịch

- STCP là chân nhận xung đồng hồ cho thanh ghi lưu trữ

- OE: chân cho phép xuất dữ liệu ra, tích cực mức thấp Khi hoạt động chân này ở mức

0 Khi đưa chân OE lên mức 1 các đầu ra sẽ ở trạng thái trở kháng cao

- Ds là chân nhận dữ liệu nối tiếp

Dữ liệu sau khi được đưa vào chân Ds của IC, bit dữ liệu đó sẽ được dịch ứng với sườndương của xung nhịp, từ mức thấp-lên-cao( LOW-TO-HIGH ) đưa tới chân SHCP , dữliệu vào tại mỗi thanh ghi sẽ được đưa sang thanh ghi lưu trữ khi có một sườn dương củaxung nhịp đi vào chân STCP Xung đồng hồ tại chân SHCP phải xuất hiện trước xungnhịp vào chân STCP Mỗi xung clock đưa vào chân SHCP tươngứng với một bit dữ liệuđưa vào tại chân Ds, 8 xung ứng với 8-bit dữ liệu đưa vào, chúng được lưu rong thanhghi lưu trữ Khi một tín hiệu tích cực mức 0 đưa vào chân OE thì 8-bit dữ liệu này sẽđược dưara 8 đầu ra song song Khi có 8 bit dữ liệu tiếp theo được dịch vào thì 8 bit dữliệu trước đó sẽ lần lượt được dịch ra nối tiếp nhau qua chân Q7’

Trong chế độ hoạt động bình thường của IC, các chân MR sẽ được nối với dươngnguồn, chân OE sẽ nối với đất

Khi ghép nối các IC 74595 nối tiếp nhau thành mạng IC thì các chân SHCP và STCP củatất cả các IC sẽ được nối chung với nhau và nối với nguồn xung nhịp, chân Ds của IC đầutiên sẽ nối với chân vào dữ liệu (từ các IC khác), còn các IC sau đó thì được mắc nối tiếpnhau, chân Ds của IC này nối với chân Q7’ của IC trước đó

Sơ đồ chân 74HC595

Giản đồ thời gian quá trình truyền dử liệu ULN 2803

Là IC gồm 8 cổng đảo, mỗi cổng đảo gồm transistor ghép darlington với dòng điện

và điện áp ngõ ra cao

3.2.2.ULN2803:

a.Sơ đồ chân.

Chân 9,10 là các chân cấp nguồn Chân 1 8 là các ngõ vào.

Chân 11 18 là các ngõ ra đảo.

b.Thông số của IC ULN 2803

Ta có thể tăng điện áp ngõ ra bằng cách thêm các điện trở treo ở ngỏ ra với điện ápkéo lên cao

c Chức năng:

Đệm được 8 đường riêng biệt (nối trược tiếp được với 8 chân của 74595 và 8 chânkia nối với các cột của led matrix)

- Dòng ra tới 500 mA

-Chức năng của ULN2803 giống như bộ hút dòng

-Để tính dòng điện cột thì bạn phải xem là quang báo của bạn rộng bao nhiêu, trên một cột có bao nhiêu Led

VD: Của bạn đang có 8 Led trên một cột như vậy dòng tối đa của 1cột là 8*20mA =

160mA Bộ đệm dòng của cột phải > = 160mA Bộ này còn có thể gọi là bộ hút dòng.

3.2.3.KHẢO SÁT TRANSISTOR A1015:

Transtor A1015 loại transistor PNP có dòng điện ra bảo hòa cao

Sơ Đồ Chân Trạng Thái HoạtĐộng

c.Thông số của Transistor A1015:

CHƯƠNG 4THIẾT KẾ PHẦN THIẾT BỊ

4.1 SƠ ĐỒ MẠCH IN:

a.Mạch 4 led:

b.mạch điều khiển:

*Khuyết điểm:

-So với việc dùng các bảng quảng cáo thông thường thì việc dùng bảng điện tử có giáthành cao và việc sử dụng nó đòi hỏi người dùng phải có kiến thức sơ về điện tử.-Khi bị hỏng việc thay thế tốn nhiều tiền

-Chưa có điều khiển được cách chạy chử

4.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Đồ án này có thể được phát triền lên thành đồ án tốt nghiệp với việc giao tiếp với máytính có thể thay đổi cách họat động cũng như nội dung bảng quang báo bằng việc thay đổinội dung trên máy tính, hay có thề dủng remote đều khiển từ xa bảng quang báo Một kỹthuật cao hơn là có thề thay đổi nội dung của bảng quang báo thông qua mạng internetnhư các bảng quang báo mà ta đã thấy trên các xa lộ để hướng dẫn giao thông

CHƯƠNG 5THIẾT KẾ PHẦN MỀM

5 1.nguyên lý làm việc của mạch quang báo:

Mạch điện sử dụng Vi Điều Khiển nên về phần cứng khá đơn giản

Khối điều khiển trung tâm sử dụng Vi Điều Khiển atmega32

Khối giải mã dữ liệu hàng sử dụng 8 con transistor ,uln2803chức năng giống như cổngNOT

Khối giải mã địa chỉ cột sử dụng IC 74HC595, đây là thanh ghi dịch 8-bit vào nối tiếp rasong song Ta sử dụng IC này nhằm mục đích tiết kiệm chân giao tiếp giữa IC giải mãvới Vi Điều Khiển Chân DATA-IN (14) để đưa dữ liệu nối tiếp vào, chân CLK (11) đưaxung đồng hồ dịch bit, chân LATCH(12) để chốt dữ liệu được gửi ra 8 đầu ra được nốiđến 8 cột của bảng LED thông qua mạch đệm dòng

Nguyên lý hoạt động: Chương trình phần mềm chứa trong Vi Điều Khiển làm

nhiệm vụ điều khiển chính mọi hoạt động của mạch Chương trình phần mềm gồm cónhiều chương trình con: chương trình hiển thị, chương trình cập nhật

5.2 Giới thiệu về bảng LED ma trận

Trước khi đi vào nguyên lý hoạt động của mạch ta tìm hiểu qua về bảng ma trậnLED được sử dụng trong đề tài

Bảng hiển thị ma trận LED (dot-matrix display) có rất nhiều loại và đủ kích cỡ tonhỏ khác nhau, mỗi bảng gồm có rất nhiều LED đơn được ghép lại với nhau trong mộtkhối Trong khối đó các LED đơn được sắp sếp theo các hàng và các cột, tại mỗi giaođiểm của hàng với cột là một LED đơn, và người ta thường phân biệt các loại bảng LEDtheo số hàng và cột Một 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 8x8 là có 8 hàng và 8 cột,

do 64 LED đơn ghép lại Và nhiều loại cỡ to hơn như 16x16 hay 32x32…

Trên thị trường ta thường thấy các bảng LED cỡ lớn, dài hàng mét với đủ kích cỡ.Các bảng LED đó là do hàng nghìn LED đơn ghép lại Khi thiết kế những bảng LED tonhư vậy ta cần chú ý đến sự đồng đều về độ sáng của các LED để việc hiển thị được đồngđều Bên cạnh đó vấn đề cấp nguồn cho mạch cũng cần được chú ý và thiết kế cho phùhợp Trong đề tài này em sử dụng hai bảng LED 8x8 cho việc hiển thị, sử dụng ma trận5x7 cho việc hiển thị mỗi một ký tự

Sau đây là sơ đồ ghép nối của hai loại bảng LED thông dụng là 5x7 và 8x8

Bảng ma trận LED có hai loại, loại có các cột là các chân Anode, còn hàng là cácchân Cathode và loại kia thì ngược lại các cột là Cathode, hàng là Anode Khi sử dụngLED ta cần chú ý điều này để điều khiển cho đúng Khi đóng vỏ, sự phân bố chân cáchàng và cột là không theo thứ tự (do tính phức tạp trong ghép nối), do đó ta cần tìm hiểu

kỹ để mắc mạch cho đúng

Dưới đây là sơ đồ chân của bảng LED 8x8 được dùng trong đề tài

Các số gạch chân là hàng

Các số không gạch chân là cột

5.3 nguyên tắc làm sáng đèn trên bảng LED

Khi muốn làm sáng LED đơn, ta cần đưa điên áp dương vào chân Anode

và điện áp âm vào chân Cathode với giá trị thích hợp, khi đó LED sáng Giá trịđiện áp và dòng điện tuỳ thuộc vào màu sắc từng loại LED Dòng chảy qua cácLED để đảm bảo độ sáng bình thường là từ 10mA cho đến 25mA

Khi ta muốn làm sáng một điểm trên bảng ma trận LED ta cũng làm tương

tự Xét với bảng LED 5x7 dưới đây

5.4 Nguyên tắc quét bảng ma trận LED

Trong đề tài này em sử dụng hai bảng LED 8x8 ghép lại thành một bảng cỡ 8x32 (8 hàng và 32 cột) Mỗi ký tự sẽ được hiển thị trong một khung cỡ 5x7 Dưới đây là nguyên tắc quét và hiển thị một ký tự (giả thiết là chữ R) trên khung hình 5x7

Để hiển thị ký tự lên bảng LED, ở đây ta dùng phương pháp quét cột và xuất dữ liệu hàng Quá trình quét cột là ta gửi tín hiệu cho phép đến từng cột trong từng thời điểm Cùng lúc đó ta gửi dữ liệu hàng đến 7 hàng Trong đề tài này tín hiệu cho phép cột

là mức logic ‘1’, và dữ liệu hàng tương ứng là mức ‘0’ hay ‘1’ của từng hàng, mức ‘0’ ứng với LED sáng (on) và mức ‘1’ là tắt (off)

 Đầu tiên ta đưa dữ liệu cần hiển thị đến 7 hàng, ví dụ 11100110

 Kích hoạt cột thứ nhất và các LED tương ứng sẽ sáng Tạo một thời gian trễ, sau

Dữ liệu hiển thị của hàng được lấy từ EEPROM hoặc từ Flash ROM của Vi Điều Khiển hay từ ROM ngoài

Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời cả 2 chân Ví dụ để LED sáng thì điện áp 5V phải đưa vào chân dương và chân âm phải được nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương.Với đề tài này, chúng em chọn loại ma trận LED 8x8 để hiển thị.Ta có sơ đồ nguyên lý của Ma trận LED 8x8: