Nghiên cứu xây dựng bảng quảng cáo từ led ma trận

Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa Điện Tử LI NĨI ĐẦU ******O()O****** Quảng cáo ln vấn đề đóng vai trị quan trọng phát triển cơng ty, doanh nghiệp hay chí cửa hàng Quảng cáo tốt đem lại nhiều lợi ích to lớn Cũng mà không ngạc nhiên hàng năm doanh nghiệp đầu tư nhiều vào vấn đề Một biện pháp ưa dùng sử dụng bảng quảng cáo đèn LED, đơn giản, đại, bắt mắt, chi phí hợp lý tính hiệu Những bảng thông tin, cổng chào hay bảng LED quảng cáo với màu sắc sặc sỡ, bắt mắt, gây nhiều ý hẳn khơng cịn xa lạ người dân, người dân đô thị Quảng cáo đèn LED ứng dụng rộng rãi nhiều ngành, nhiều lĩnh vực Nó khơng giới hạn việc hiển thị dòng chữ, biển hiệu nhấp nháy mà cịn hiển thị hình ảnh đồ họa, hình ảnh đầy đủ màu sắc đặc biệt hiển thị video Nó khơng giới hạn việc quảng cáo nhà (indoor), bán trời (semi – outdoor ) mà cịn quảng cáo trời, ban ngày với độ sáng độ sắc nét cao Do vậy, em thầy giáo Nguyễn Xuân Chiến giao cho đề tài:”Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận ” làm đề tài thực tập tốt nghiệp Nhiệm vụ thiết kế : Bảng ma trận LED hiển thị chữ màu đỏ chạy hiệu ứng từ phải qua trái Hiển thị đồng hồ kim có giờ,phút, giây Trong thời gian làm đồ án em nhận giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo khoa Điện tử, đặc biệt thầy Nguyễn Xuân Chiến bạn sinh viên khác với nỗ lực hết mình, em hồn thành đồ án cách tốt Tuy nhiên trình độ cịn hạn chế thời gian có hạn nên đồ án em hẳn cịn nhiều thiếu sót Em kính mong nhận đóng góp thầy cô giáo bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Giới Nguyễn Vn Gii - Lớp TC-CĐ ĐT1 K7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa §iƯn Tư Nhận xét giáo viên hướng dẫn Hà nội, Ngày… tháng 05 năm 2011 GV hướng dẫn: Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa Điện Tử CHNG T VN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ 1.1 Lý chọn đề tài Điện – Điện tử lĩnh vực phát triển đánh giá tốc độ phát triển kinh tế khoa học kĩ thuật đất nước Việc phát triển, chế tạo lọai Chip, lọai IC tích hợp thơng dụng, có ứng dụng nhiều thực tế có vai trị to lớn trình phát triển khoa học kĩ thuật liên quan đến kĩ thuật điện – điện tử - tự động hóa Ở Việt Nam cơng nghệ chế tạo lọai Chip vi điều khiển, cơng nghệ tích hợp IC chưa trọng phát triển, phần lớn cịn ứng dụng phụ thuộc nhiều vào cơng nghệ tiên tiến nước phát triển như: Mỹ, Nhật Bản … đặc biệt tập đoàn điện tử khổng lồ Intel… Vì việc học tập, tìm hiểu nghiên cứu lại công nghệ phát triển nước bạn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng người học đóng vai trị khơng nhỏ trình phát triển giáo dục nước nhà 1.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đồ án mơn học nói riêng mơn học chuyên ngành Điện tử nói chung sinh viên theo học, tìm hiểu nghiên cứu lĩnh vực Điện tử, đồng thời tất người yêu thích chun ngành Điện tử, mơn học làm tảng, trang bị kiến thức cho người học để tự tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu học tập cho môn học tiếp theo, đồng thời cố kiến thức môn học học thời gian theo học trường 1.3 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài đồ án môn học : Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED ma trận chủ yếu thực nghiệm Vì mơn học có tính chất lý thuyết, liên quan mật thiết đến thực tế nên việc tìm kiếm tài liệu tiếng Việt liên quan đến đề tài khó khăn nên q trình hịan thành đồ án môn học chủ yếu tài liệu giáo viên hướng dẫn cung cấp giúp đỡ bạn bè, sinh viên khóa số tài liệu mạng Internet Nguyễn Văn Gii - Lớp TC-CĐ ĐT1 K7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa §iƯn Tư CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED MA TRẬN 2.1 Khái quát chung LED 2.1.1 Lịch sử hình thành đèn LED Cách 13 năm, đèn LED không tưởng khoa học cơng nghệ xuất Nó giải khó khăn cịn vướng mắc Kể từ đó, đèn LED tạo nên cách mạng nhanh chóng Chúng lắp đặt nhiều thiết bị, bao gồm hệ thống chiếu sáng bể bơi, đèn đọc… Đèn LED có mặt từ thập niên 60, mà hầu hết dùng hiển thị thời gian đồng hồ báo thức hay dung lượng pin máy ghi hình Một thời gian dài, đèn LED khơng dùng làm nguồn sáng chúng cho ánh sáng đỏ, xanh vàng mà không cho ánh sáng trắng Đến năm 1993, cơng ty hố chất Nichia Nhật Bản cho đời loại đèn LED xanh dương, kết hợp ánh sáng đỏ xanh ánh sáng trắng Sự kiện mở lĩnh vực công nghệ LED Đèn LED dựa công nghệ bán dẫn ngày tăng độ chiếu sáng, hiệu suất tuổi thọ, giống xử lý máy tính, phát triển ngày nhanh giá thành ngày giảm theo thời gian Những năm 1960: Phát minh đèn Led ánh sáng đỏ Những năm 1970: Phát minh Led đoạn Những năm 1980: Phát minh led xanh Những năm 1990: Phát minh led xanh dương sở để phát triển đèn led ánh sáng trắng Những năm 2000: Thời điểm bùng nổ đèn Led chiếu sáng 2.1.2 Khái niệm LED LED (viết tắt Light Emitting Diode, có nghĩa điốt phát quang) điốt có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống điốt, LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n 2.1.3 Hoạt động đèn LED Hoạt động đèn LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự mang điện tích dương nên ghép với khối bán dẫn n (chứa điện tử tự do) lỗ trống có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống dư thừa điện tử) khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử dư thừa lỗ trống) Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa Điện Tử biờn gii hai bờn mặt tiếp giáp, số điện tử bị lỗ trống thu hút chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với tạo thành ngun tử trung hịa Q trình giải phóng lượng dạng ánh sáng (hay xạ điện từ có bước sóng gần đó) Tùy theo mức lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác (tức màu sắc LED khác nhau) Mức lượng (và màu sắc LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc lượng nguyên tử chất bán dẫn LED thường có điện phân cực thuận cao điốt thông thường, khoảng 1,5 đến 3V Nhưng điện phân cực nghịch LED khơng cao Do đó, LED dễ bị hư hỏng điện ngược gây Loại LED điện phân cực thuận: Đỏ: 1,4 - 1,8V Vàng: - 2,5V Xanh cây: - 2,8V 2.1.4 Ưu nhược điểm đèn LED  Ưu điểm + Tuổi thọ cao: Hiện đèn LED cho ánh sáng trắng có tuổi thọ lên tới 50,000 sử dụng liên tục gấp 50 lần so với bóng đèn 60W thơng thường Nếu sử dụng 10 ngày, bóng sử dụng 23 năm + Lợi ích kinh tế: Đèn LED tiết kiệm 70-80% lượng so với loại bóng đèn thông thường + Tốt cho thị lực người sử dụng: Ánh sáng đèn LED dịu mát, hiệu ứng chói mắt thấp hồn tồn khơng nhấp nháy hư bóng huỳnh quang, vốn bị coi nguyên nhân gây bệnh đau nửa đầu động kinh + Ít ảnh hưởng tới môi trường: Do phần lớn lượng chuyển hóa thành quang năng, hiệu ứng nhiệt đèn LED thấp Nó hồn tồn không tỏa nhiệt vào môi trường Các nghiên cứu khoa học cho thấy bóng LED trung bình tỏa lượng nhiệt 3,4 btu/h (tương đương với 1W), bóng đèn dây tóc có độ sáng tương đương tỏa nhiệt lượng khoảng 85 btu/h (tương đương với 25W) Ngồi bóng đèn LED khơng chứa thủy ngân gây hại cho mơi trường thải bỏ + Thời gian khởi động nhanh: Khơng giống với bóng đèn huỳnh quang, đèn LED gần bật sáng cấp điện Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa Điện Tử + Bn vng c bit: Do làm từ chất liệu nhựa cao cấp nên đèn LED chịu đựng lực va đập mạnh, ảnh hưởng thời tiết mưa , nắng …  Nhược điểm + Chi phí sản xuất cao, lắp đặt thi công phức tạp, tốn nhiều thời gian loại bóng thơng thường khác + Toả nhiệt chân đèn, gây ảnh hưởng đến phận liền kề + Chưa tiện dụng: Đèn LED mặt hàng công nghệ cao phải mua từ đại lý hãng, điều khiển hãng chạy với đèn LED hãng mà 2.1.5 Ứng dụng đèn LED + 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 + Có nghiên cứu loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn khí neon Đèn chiếu sáng LED cho có ưu điểm gọn nhẹ, bền, tiết kiệm lượng + Các LED phát tia hồng ngoại dùng thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng + Ðèn LED sử dụng nhiều lĩnh vực đèn đọc, chiếu sáng bể bơi, cho chiếu sáng quảng cáo ngồi trời nơi khó thay lắp, có tuổi thọ cao nhiều lần so với bóng đèn neon, đồng thời có nhiều mầu sắc phong phú như: đỏ, xanh lá, xanh da trời, mầu hổ phách Ở nước ta, đèn LED ứng dụng để tiết kiệm lượng, phục vụ cho quảng cáo, chiếu sáng thị Ðiển hình việc lắp đặt hệ thống đèn LED cầu sông Hàn Thuận Phước (TP Ðà Nẵng) 2.2 Phương pháp điều khiển đèn LED Theo yêu cầu đồ án: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED đơn Hiển thị dòng chữ chạy: “KHOA ĐIỆN TỬ” Bảng hiển thị màu đỏ, với kích thước 16x64 Vì ta chia làm modul nhỏ với kích thước modul 16x32 LED tương đương với LED ma trận có kích thước 16x32 Sau ta điều khiển theo nguyên tắc LED ma trận 2.2.1 Cơ sở lý thuyết Dựa nguyên tắc quét hình, ta thực việc hiển thị ma trận đèn cách quét theo hàng quét theo cột Mỗi LED ma trận LED coi điểm ảnh Địa điểm ảnh xác định đồng thời mạch Nguyễn Văn Giới - Lớp TC-CĐ ĐT1 K7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa Điện Tử giải mã hàng giải mã cột, điểm ảnh xác định trạng thái nhờ liệu đưa từ vi điều khiển AT 89C52 Như thời điểm có trạng thái điểm ảnh xác định Tuy nhiên xác định địa trạng thái điểm ảnh điểm ảnh cịn lại chuyển trạng thái tắt (nếu LED sáng tắt dần) Vì để hiển thị tồn hình ảnh ma trận đèn, ta quét ma trận nhiều lần với tốc độ quét lớn, lớn nhiều lần thời gian kịp tắt đèn Mắt người nhận biết tối đa 24 hình/s tốc độ qt lớn khơng nhận thay đổi nhỏ đèn mà thấy tồn hình ảnh cần hiển thị Sơ đồ khối: Giải mã cột Dữ liệu Giải mã hàng Ma trận đèn LED Hình 2.1 Sơ đồ khối dùng ma trận LED Để thực quét hàng quét cột ma trận LED thiết kế sau: + Các LED hàng nối chân dương với + Các LED cột nối chân âm với hình vẽ Ta mơ ma trận LED đơn giản 4x4 sau: Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế ma trận LED Nguyễn Văn Giới - Lớp TC-CĐ ĐT1 K7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa Điện Tö Trạng thái LED định tín hiệu điện áp vào đồng thời chân Ví dụ để LED sáng điện áp 5v phải đưa vào chân dương chân âm phải nối đất, LED tắt khơng có điện áp đưa vào chân dương Với đề tài này, chúng em chia làm modul nhỏ với kích thước modul 16x32 LED để hiển thị Ta có sơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8: Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8 2.2.2 Giới thiệu chung hệ thống Với mục đích tìm hiểu cách thiết kế xây dựng bảng quảng cáo điện tử đèn LED đơn giản chúng em xây dựng hệ thống quang báo với sơ đồ khối sau: Khối điều khiển hiển thị: có chức xử lý liệu mà máy tính truyền tới để tạo liệu mức logic cần cấp cho LED cột đồng thời điều khiển trình cấp nguồn cho led ma trận Khối xây dựng thủ tục xử lý liệu vi điều khiển Khi nhận liệu chuỗi ký tự cần hiển thị khối tạo liệu mức logic cần cấp cho LED ma trận Khi nhận liệu màu sắc, Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiƯp Trêng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa Điện Tử hiu ng hiển thị khối xác định thủ tục gửi liệu cho khối chốt liệu hàng cột 2.2.3 Sơ đồ khối mạch hiển thị dùng ma trận LED 2.2.4 Nhiệm vụ khối  Bộ vi điều khiển 89S52 Đây nơi lưu giữ chương trình điều khiển liệu cho mạch giải mã hàng cột AT89C52 hệ vi tính bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, cơng suất nguồn tiêu thụ thấp có 4Kbyte nhớ ROM Flash xố được/lập trình Chip sản xuất dựa vào công nghệ nhớ khơng nội dung có độ tích hợp cao AT89S52 có đặc trưng chuẩn sau: 8Kbyte Flash, 256 byte RAM, 32 đường xuất nhập, ba định thời/đếm 16 bit, cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên nguyên nhân ngắt, port nối tiếp song công, mạch tạo dao động tạo xung Clock Chip Chế độ nghỉ dừng CPU cho phép RAM, định thời/đếm, Port nối tiếp hệ thống ngắt hoạt động Mô tả chân IC 8952: Hình2.4 Sơ đồ chân IC 89S52 - Vcc: Chân cung cấp điện - GND: Chân nối đất Nguyễn Văn Gii - Lớp TC-CĐ ĐT1 K7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trờng ĐH Công Nghiệp Hà nội Khoa §iƯn Tư - Port 0: Port port xuất nhập bit chiều cực D hở Port cịn cấu hình làm bus địa (byte thấp) làm bus liệu đa hợp truy xuất nhớ liệu nhớ chương trình ngồi Port nhận byte mã lập trình cho Flash xuất byte mã kiểm tra chương trình - Port 1: Port port xuất nhập bit hai chiều có điện trở kéo lên bên Khi logic ghi lên chân port 1, chân kéo lên mức cao điện trở kéo lên bên sử dụng ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, chân port kéo xuống mức thấp tác động bên cấp dịng có điện trở kéo lên bên - Port 2: Port port xuất nhập bit hai chiều có điện trở kéo lên bên Khi logic ghi lên chân port 2, chân sử dụng ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, chân port kéo xuống mức thấp tác động bên cấp dịng có điện trở kéo lên bên Port tạo byte cao bus địa thời gian tìm nạp lệnh từ nhớ chương trình ngồi, thời gian truy xuất nhớ liệu sử dụng địa 16 bit - Port 3: Là port xuất nhập bit hai chiều có điện trở kéo lên bên Khi logic ghi lên chân port 3, chân kéo lên mức cao điện trở kéo lên bên sử dụng ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, chân port kéo xuống mức thấp tác động bên cấp dịng có điện trở kéo lên bên Port sử dụng làm chức khác AT89C52: P3.0 gõ vào Port nối tiếp P3.1 gõ Port nối tiếp P3.2 gõ vào ngắt P3.3 gõ vào ngắt P3.4 gõ vào bên định thời P3.5 gõ vào bên định thời P3.6 điều khiển ghi nhớ liệu P3.7 điều khiển đọc nhớ liệu - RST: Ngõ vào Reset Mức cao chân chu kỳ máy dao động hoạt động Reset AT89S52 Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiƯp