Dạy lập trình AVR cơ bản nhất- Chương 4 - Bài 2

Đây là 1 hướng phát triển của phương pháp quét led 7 đoạn, phương pháp này sử dụng thêm các IC số để mở rộng khả năng điều khiển các led 7 đoạn với số chân vi điều khiển sử dụng là tối t

BÀI 2: GIAO TIẾP VỚI LED 7 ĐOẠN

VÀ LED MA TRẬN ĐƠN SẮC PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG PORT XUẤT

I Giao tiếp với led 7 đoạn

1 Giới thiệu led 7 đoạn

Led 7 đoạn là linh kiện chuyên dùng để hiển thị Cấu tạo của nó bao gồm 8 led nối chung cathode (cực âm) gọi là cathode chung hoặc anode (cực dương) gọi là anode chung

Hình 3 Led 7 đoạn Các đoạn được đặt tên từ a đến g, riêng led thứ 8 đặt tên là dp (dot point) Led 7 đoạn hiển thị ký tự bằng cách bật sáng các đoạn cần thiết, các tổ hợp của các đoạn bật sáng được quy ước thành mã hiển thị của led 7 đoạn Bộ

mã hiển thị của led 7 đoạn thông thường là 16 ký tự trong hệ thống số hex Tuy nhiên, nếu cần dùng 1 ký tự đặt biệt nào đó, ta vẫn có thể tạo ra mã hiển thị của led 7 đoạn một cách đơn giản

Trong MikroC đã tích hợp sẵn công cụ tạo mã hiển thị cho 2 loại led 7 đoạn cathode chung và anode chung Công cụ này nằm trong menu Tools

Bảng mã hiển thị led 7 đoạn loại anode chung:

Bảng mã hiển thị led 7 đoạn loại cathode chung:

2 Giao tiếp với led 7 đoạn

Có 2 phương pháp chính:

a Phương pháp chốt

Dữ liệu cần hiển thị được đưa độc lập đến từng led Vì thế ưu điểm của

nó là lập trình rất đơn giản, chúng ta chỉ cần ghi mã hiển thị ra PORT giao tiếp

Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là tốn rất nhiều PORT

R3 R4 R5 R6 R7 R8

led được chọn để bật sáng Ta tuần tự cấp dữ liệu của led thứ nhất đồng thời chỉ

bật sáng led này, sau đó lại cấp dữ liệu của led tiếp theo đồng thời bật led tiếp

theo Cứ như vậy mà lặp lại với tần số lớn hơn 24 lần/s cho mỗi led, do hiện

tượng lưu ảnh ở mắt người nên chúng ta có cảm giác các led hiển thị số liệu

c 4

dp 5

b

6 a7

f 9 g 10

c d f g dp

c 4

dp 5

b

6 a7

f 9 g 10

U3

CA

e

1 d2

c 4

dp 5

b

6 a7

f 9 g 10

U4

CA

e

1 d2

c 4

dp 5

b

6 a7

f 9 g 10

c b

f e

dp g VCC

Q2 c1815

Q3 c1815

Q4 c1815

R16

8k2

e f g dp

a c d f g dp

Lưu đồ giải thuật hàm quét led 7 đoạn:

Hàm quét led phải được gọi ra liên tục trong thân hàm main, các tác vụ khác không được trì hoãn quá lâu vì như vậy sẽ làm việc quét led gián đoạn gây nhấp nháy led

#define CONTROL PORTB

#define DATA PORTC

Delay 5ms

Vào

Đọc dữ liệu cần xuất (dạng BCD)

Đưa dữ liệu led 1

ra PORT DATA

Bật led 1 qua PORT CONTROL

Đưa dữ liệu led 2

ra PORT DATA

Bật led 2 qua PORT CONTROL

Tắt led 1 qua PORT CONTROL

Tắt led 2 qua PORT CONTROL

Bật led n qua PORT CONTROL

Đưa dữ liệu led n

ra PORT DATA

Tắt led n qua PORT CONTROL Delay 5ms

Delay 5ms

Ra

char temp[4];

// MA LED 7 DOAN CATHODE CHUNG

char seven_seg_code[]={0x3f,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

// HAM TACH CAC KY SO TRONG CHU SO CAN HIEN THI

void Num2Digit(int number){

Trong chương trình trên, hàm Num2Digit chịu trách nhiệm tách các ký

số của 1 số có 4 chữ số Sau đó, trong hàm quét led, các ký số này sẽ được

dùng để tra cứu mã led 7 đoạn tương ứng được khai báo trong mảng

seven_seg_code

Thử thay đổi thời gian trì hoãn trong hàm quét led từ 5ms thành 500ms

để hiểu rõ nguyên tắc quét led

Yêu cầu 2: Hãy viết chương trình kết hợp dùng phím đơn và quét led 7

đoạn, chương trình có khả năng khi ấn phím 1 thì tăng giá trị hiển thị 1 đơn vị,

ấn phím 2 thì giảm 1 đơn vị

Chương trình tham khảo:

Bai2_1_B : Chương trình kết hợp quét led và chống

dội phím Sử dụng file mô phỏng BAI2_1.dsn

#define CONTROL PORTB

#define DATA PORTC

char key, pr, flag, i, j;

unsigned int number;

char temp[4];

// MA LED 7 DOAN CATHODE CHUNG

char seven_seg_code[]={0x3f,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; // HAM TACH CAC KY SO TRONG CHU SO CAN HIEN THI

void Num2Digit(unsigned int in_number){

//HAM DOC PHIM VA CHONG DOI

d Phương pháp quét led 7 đoạn có sử dụng IC chốt

Đây là 1 hướng phát triển của phương pháp quét led 7 đoạn, phương pháp này sử dụng thêm các IC số để mở rộng khả năng điều khiển các led 7 đoạn với số chân vi điều khiển sử dụng là tối thiểu

Mô tả:

+IC 74595 là IC ghi dịch 8 bit có chốt, dữ liệu được cấp vào chân số 14, mỗi khi có xung clock tác động vào chân 11 thì dữ liệu sẽ dịch từ QA đến QH, tuy nhiên dữ liệu này chưa xuất hiện ở ngã ra mà phải chờ 1 xung tác động vào chân 12 để chốt dữ liệu khi đó dữ liệu từ QA đến QH sẽ xuất hiện ở ngõ ra Chân 9 là ngã ra xuất dữ liệu nối tiếp cho IC phía sau, dữ liệu ở chân 9 là dữ liệu ngã vào đã dịch đi 8 bit

+Để thực hiện phương pháp quét này, ta cần ít nhất 2 IC 74195 và 6 chân vi điều khiển Mỗi IC được điều khiển bởi 3 chân vi điều khiển để nhận

dữ liệu song song và chuyển thành dữ liệu nối tiếp xuất ra led và các transistor đóng mở

+IC 74195 thứ nhất sẽ tạo xuất mã hiển thị do vi điều khiển cung cấp +IC 74195 thứ hai sẽ xuất mã điều khiển cũng do vi điều khiển cung cấp, do IC này có 8 bit dữ liệu nên điều khiển được 8 led 7 đoạn, nhưng do khả năng mở rộng IC số là vô hạn nên số lượng led điều khiển được sẽ rất lớn, tùy vào khả năng cấp dòng của tầng đệm và tần số quét của vi điều khiển

Sau đây là sơ đồ thí nghiệm của module led 7 đoạn gồm 8 led 7 đoạn anode chung và mắc chung đường dữ liệu

Hình 6 Sơ đồ module led 7 đoạn mở rộng Lưu ý, vì tầng đệm trong sơ đồ dùng IC ULN2803 là IC lái dòng (mỗi đường cấu tạo như 1 transistor NPN – ngã vào 1 thì ngã ra 0, ngã vào 0 thì ngã

ra xem như để hở) nên mã led phải dùng loại cathode chung

Để xây dựng hàm xuất dữ liệu 8 bit bằng IC 74595 các bạn có thể tham khảo

các bước sau:

+Bước 1: Lấy bit thứ 8 của dữ liệu xuất ra chân của vi điều khiển nối vào chân

SDI (chân 14) của IC 74595

+Bước 2: Tạo xung đồng hồ tại chân của vi điều khiển nối vào chân

SRCLK(chân 11) của IC 74595

Thực hiện lại bước 1 và 2 nhưng lấy các bit dữ liệu có thứ tự (trọng số) thấp

dần Sau 8 lần thực hiện thì toàn bộ 8 bit dữ liệu đã dịch vào IC 74595

LED7

Q10 PNP BCE

Q11 PNP BCE

LED8

Q12 PNP BCE

SRCLK_2 SDI_2 RCLK_2 SRCLK_1

R10 10K

SDI_1 RCLK_1

Q5 PNP BCE

U10

7Seg

e

1 d2

B C

D E F

D E F

G DP

G DP

A

Q6 PNP BCE

B C D E F G DP

Q7 PNP BCE

Q8 PNP BCE

LED5

A C D E F G DP

VCC

LED6 VCC

+Bước 3: Tạo xung đồng hồ tại chân của vi điều khiển nối vào chân RCLK (chân 12) của IC 74595

Sau đây là lưu đồ giải thuật xuất dữ liệu ra IC 74595:

Ví dụ: Viết chương trình hiển thị dãy số gồm 8 chữ số bất kỳ ra 8 led 7 đoạn với cách bố trí như sơ đồ hình 6

Ta dùng dãy IC 74595 thứ nhất để xuất dữ liệu là mã led Dùng dãy IC

74595 thứ 2 để xuất dữ liệu chọn led

Do dãy IC 74595 được mắc nối tiếp nên khi xuất dữ liệu phải sắp xếp sao cho dữ liệu của IC cuối dãy được xuất trước

Bai2_2_A : Chương trình quét led bằng phương pháp mở

rộng PORT xuất Sử dụng file mô phỏng BAI2_2.dsn

#define clk1 PORTC0_bit

#define lat1 PORTC2_bit

#define sdo1 PORTC1_bit

#define clk2 PORTC3_bit

#define lat2 PORTC5_bit

#define sdo2 PORTC4_bit

Lấy 1 bit của

dữ liệu đưa vào chân SDI

Tạo xung clock cấp vào chân SRCLK Vào

Đủ 8 lần hay chưa?

Tạo xung clock cấp vào chân RCLK

Thoát

Chưa

Đủ

char seven_seg_code[]={0x3f,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; //char temp[8]={1,2,3,4,5,6,7,8}; // MẢNG CHỨA GIÁ TRỊ CẦN HIỂN THỊ

char temp[9]="12345678"; // MẢNG CHỨA GIÁ TRỊ CẦN HIỂN THỊ

char i;

//HÀM GHI DỮ LIỆU VÀO IC 74595

void Ic74595_Write(char dat, char ic, char bits){

signed char func_count; //BIẾN ĐẾM

if(ic==1){ //CHỌN GHI VÀO DÃY IC THỨ NHẤT

sdo2=(dat>>func_count)&0x01; // LẤY TỪNG BIT

clk2=1; //TẠO XUNG DỊCH DỮ LIỆU

// HÀM QUÉT LED 7 ĐOẠN

void Seven_Seg_Scan(char leds){

if(i++>=leds) i= 0; // MỖI LẦN GỌI HÀM CHỈ QUÉT 1 LED CÓ THỨ TỰ TĂNG DẦN // XÓA ĐỊA CHỈ LED

while(1){

Seven_Seg_Scan(8);

}

}

Mảng chứa giá trị cần hiển thị là 1 chuỗi ký tự, vì vậy khi dùng từng ký

số để tra cứu vào mảng chứa mã led, ta phải chuyển từ mã ASCII ra số

nguyên(trừ đi 48 đơn vị)

Hàm quét led có đặc điểm, mỗi lần quét led chỉ quét 1 led, lần tiếp theo

sẽ quét led kế tiếp, mục đích là để thời gian thực thi hàm không quá lâu Tuy nhiên, số lần gọi hàm phải dày hơn chương trình quét 1 lần tất cả led

Trên đây chỉ là một hướng làm tiết kiệm chân IO vào ứng dụng quét led

Có rất nhiều phương pháp khác nhau để kết hợp vi điều khiển và IC số, các bạn

có thể tự tìm hiểu thêm với nguyên lý quét led như trên

II Giao tiếp với led ma trận

Hình 7 Cấu tạo led ma trận

Do các led không độc lập nhau nên phương pháp duy nhất để hiển thị ký

tự là phương pháp quét Phương pháp quét led ma trận chủ yếu có 2 loại

+Quét cột là cấp dữ liệu cho từng cột kết hợp với việc chọn cột để hiển thị dữ liệu tương ứng

+Quét hàng là cấp dữ liệu cho từng hàng kết hợp với việc chọn hàng để hiển thị dữ liệu tương ứng

Như đã nghiên cứu ở phần led 7 đoạn, để mở rộng khả năng điều khiển led, ta sẽ dùng IC 74595 để cung cấp dữ liệu hiển thị và dữ liệu điều khiển Phương pháp quét được trình bày trong bài viết này là phương pháp quét hàng, phương pháp quét cột các bạn có thể tự phát triển

Sau đây là sơ đồ module led ma trận:

Hình 8 Sơ đồ module led ma trận

TẠO DỮ LIỆU CHO LED MA TRẬN

Dữ liệu của led ma trận không cố định, nó phụ thuộc vào hình ảnh muốn

hiển thị và phương pháp quét Ta có thể dùng 1 chương trình tạo mã led ma

trận thông dụng để không phải mất công tính toán nhiều Trong khuôn khổ tài

liệu này, tôi xin giới thiệu phần mềm LCD font maker V3.9

Đối với phần mềm này, chúng ta có thể tạo mã cho mọi loại led ma trận

có kích thước không giới hạn

Hình 9 Giao diện chương trình

Các bước thực hiện tạo mã led ma trận

Bước 1: Bấm vào nút để chọn font chữ nếu muốn hiển thị tin nhắn,

kích cỡ chữ phải bằng 8 vì chiều cao ma trận led là 8 Font chữ nên chọn là

Time New Roman vì nó đơn giản, phù hợp với kích cỡ ma trận nhỏ

Bước 2: Bấm vào thẻ Character input, mục Output size bỏ check tại

Auto set, chọn Width là 32 (mỗi led ma trận có chiều rộng 8 bit, 4 led ma trận

ghép lại là 32 bit) và chọn Height là 8 (mỗi led ma trận có chiều cao 8 bit) Sau

khi chọn xong ta có 1 vùng trống kích thước 32x8, ta có thể tùy ý vẽ 1 hình

dạng bất kỳ bằng việc bấm chuột trái vào vùng này

Bước 3: Nếu muốn hiển thị tin nhắn thì ta gõ tin nhắn vào ô Char input

Sau đó dùng các tọa độ tại mục Offset để di chuyển tin nhắn vào vị trí cần thiết

Ngoài ra có thể sử dụng các công cụ trong menu bên trái để chỉnh sửa hiển thị

Bước 4: Sau khi chuẩn bị xong hình ảnh muốn hiển thị, ta chọn phương

pháp quét cho phù hợp Ta bấm vào nút

Trong bài này, ta dùng phương pháp quét cột và dữ liệu xuất ra theo ưu tiên bit có trọng số lớn thì xuất trước nên ta chọn mục “Monochrome LCD font, Horizontal scan, Little endian order” trong thẻ Font Format như hình 10

Hình 10 Cấu hình xuất code Sau khi chọn xong bấm OK

Bước 5: Xuất dữ liệu, ta bấm vào nút , ở thẻ One font data output

ta sẽ nhận được 1 dãy mã hex Gồm 32 phần tử được sắp xếp như sau:

Dữ liệu hàng 1 của led 1, dữ liệu hàng 1 của led 2… dữ liệu hàng 1 của led 4, dữ liệu hàng 2 của led 1,… dữ liệu hàng 2 của led 4,… dữ liệu hàng 4 của led 4

Như vậy dữ liệu đã được sắp xếp sẵn theo hàng ngang, ta sẽ lấy 32 phần

tử này bỏ vào 1 mảng để tiện cho việc truy xuất, khi xuất dữ liệu chỉ cần xuất lần lượt ra các IC 74595

Các bước thực hiện quét led ma trận theo module hình 9

Bước 1: Dùng hàm xuất dữ liệu cho dãy IC74595 thứ nhất (Ic74595_Write) xuất theo thứ tự giảm dần dữ liệu hàng của các led từ 4 đến 1(phần tử 3 đến phần tử 0 của mảng)

Bước 2: Dùng hàm xuất dữ liệu cho dãy IC 74595 thứ 2 xuất dữ liệu chọn hàng

Sau đây là lưu đồ giải thuật

Sau đây là ví dụ về việc xuất dữ liệu ra led ma trận:

Yêu cầu: xuất dữ liệu bất kỳ ra 4 led ma trận có kích thước 32x8

Bai2_3_A : Xuất dữ liệu ra led ma trận Sử dụng file mô

};

//HAM GHI DU LIEU VAO IC 74595

void Ic74595_Write(char dat,char ic,char bits){//bits LÀ BIẾN CHỈ ĐỘ RỘNG DỮ LIỆU signed char fc; //BIẾN ĐẾM

Đủ 8 hàng chưa?

Chưa Tăng i

Đủ

Ra

void Ledmatrix_Out(char dat){

signed char i,j,k;

Sau đây là chương trình với 1 số hiệu ứng đơn giản

Yêu cầu : Viết chương trình dịch hiển thị xoay vòng từ trái sang phải và từ trên xuống dưới

Chương trình thao khảo :

Bai2_3_B : Cuộn dữ liệu hiển thị

//HAM GHI DU LIEU VAO IC 74595

void Ic74595_Write(char dat, char ic, char bits){

signed char fc; //BIEN DEM

if(ic==1){ //CHON GHI VAO IC 74195 THU NHAT

for(fc=bits-1;fc>=0;fc ){

dat1=(dat>>fc)&0x01; // TAO DU LIEU NOI TIEP

sclk1=1; //TAO XUNG DICH

void Ledmatrix_Out(char dat[],long time){

signed char i,j;

Ngoài ra, ta có thể tạo hiệu ứng hiển thị bằng cách can thiệp vào quá trình ghi dữ liệu xuất qua IC 74595

Dữ liệu dành cho việc hiển thị cho led ma trận là rất lớn nên chiếm dụng nhiều Flash ROM để lưu trữ và nhiều RAM khi xử lý hiển thị

 Trong 2 phần quét led 7 đoạn và quét led ma trận, tôi đã giới thiệu hàm xuất

dữ liệu bằng IC 74595 Hàm này thực chất là 1 dạng chuyển dữ liệu nối tiếp thành song song MikroC cung cấp cho ta 1 hàm tương tự nằm trong thư viện Software SPI Library, thư viện này gồm có 2 hàm :

 Soft_SPI_Init : Hàm khởi tạo giao tiếp

 Soft_SPI_Read : Hàm đọc dữ liệu, hàm này phải dùng với IC có chức năng ngược với IC 74595 là nhận dữ liệu song song, xuất dữ liệu nối tiếp

 Soft_SPI_Write : Hàm ghi dữ liệu

Ngoài ra, vi điều khiển AVR còn hỗ trợ truyền thông nối tiếp bằng phần cứng Một số chân nhập xuất có nhiệm vụ riêng là hỗ truyền nhận dữ liệu nối tiếp MikroC cung cấp cho ta các hàm để điều khiển quá trình nhập xuất được hỗ trợ bởi phần cứng của AVR, các hàm này nằm trong thư viện SPI library

Các bạn có thể tham khảo thêm cách sử dụng và cấu hình các hàm này trong phần Help của MikroC

Cũng như công việc quét led 7 đoạn, việc quét led ma trận vẫn gặp phải vấn đề chớp nháy khi xử lý chung với phím hoặc 1 ngoại vi khác cần thời gian

xử lý dài và không cố định vì việc quét led đòi hỏi hàm quét led phải được gọi

ra liên tục và đều đặn Ở bài sau, tôi sẽ trình bày cách khắc phục hiện tượng trên

Lưu ý: Các file mô phỏng chỉ nhằm mục đích minh họa các ví dụ, không có giá trị sử dụng thực tế Một vài gợi ý để cải tiến hoạt động của mạch cho phù hợp với thực tế

+Trong thực tế, led ma trận thường nhận dữ liệu hiển thị(dữ liệu hàng) vào các chân anode chung, khi đó ta phải cấp dòng cho từng hàng chứ không phải nhận dòng vì vậy ULN2803 sẽ thay bằng loại IC thúc dòng hoặc đơn giản hơn là dùng 8 transistor PNP đệm dòng cho IC 74595 Lúc này, dữ liệu điều khiển và dữ liệu hiển thị cũng phải lấy đảo từng bit để hiển thị cho phù hợp

+Việc xuất dữ liệu điều khiển (xuất địa chỉ) bằng IC 74595 hầu như ít sử dụng Thay vào đó người ta thường dùng IC giải mã “n đường sang 2n đường”

mà trong trường hợp này có thể dùng IC 74138 Khi đó dữ liệu điều khiển là 3 bit tạo địa chỉ cho IC 74138 (tuần tự từ 0-7)

+Tuy cách xuất dữ liệu như trình bày ở trên có thể mở rộng ra khá nhiều led ma trận mà không tốn thêm chân I/O, nhưng không nên điều khiển cùng lúc quá nhiều led ma trận Lý do thứ nhất là cần đảm bảo tần số quét cũng như lưu ý đến độ trễ truyền của các IC để các led không bị nhấp nháy, thứ 2 là tốn nhiều bộ nhớ Nên thiết kế các module điều khiển led riêng biệt