MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ SẢN PHẨM 2 1.1. Cơ sở lý thuyết 2 1.1.1. Tổng quan về giao tiếp RS232 2 1.1.2. Phương pháp quét led matrix 8x8 4 1.2. Module chuyên dùng 5 1.2.1. Module RS232 5 1.3. Linh kiện chuyên dùng 6 1.3.1. Vi điều khiển AT89C52 6 1.3.2. IC dịch 74HC595 8 1.3.3. IC đệm dòng ULN2803 10 1.3.4. Led matrix 8x8 1588AS 12 1.4. Thiết kế sản phẩm 13 1.4.1. Sơ đồ khối 13 1.4.2. Lưu đồ hoạt động 14 1.4.3. Sơ đồ nguyên lý 15 1.4.4. Mạch in PCB 16 1.4.5. Mô phỏng 3D 17 1.4.6. Bảng điều khiển hiển thị thông tin trên bảng quang báo 17 1.4.7. Tính toán 18 1.4.8. Code chương trình nạp 18 CHƯƠNG 2 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24 2.1. Kết luận 24 2.2. Hướng phát triển 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Hình dạng đầu kết nối DB25 và DB9 2 Hình 1.2. Cấu trúc frame truyền ( Mã ASCII ) 3 Hình 1.3. Kết nối các thiết bị DTE và DCE bằng cáp thẳng 3 Hình 1.4. Hình minh họa phương pháp quét led matrix 8x8 4 Hình 1.5. Sơ đồ chân led matrix 8x8 1588AS Anot chung được dùng trong mạch 5 Hình 1.6. Module RS232 và sơ đồ kết nối MAX232 với RS232 5 Hình 1.7. Vi điều khiển AT89C52 7 Hình 1.8. Sơ đồ chân AT89C52 8 Hình 1.9. Sơ đồ chân 74HC595 8 Hình 1.10. Sơ đồ logic của 74HC595 9 Hình 1.11. Hình ảnh thực tế IC 74HC595 10 Hình 1.12. Sơ đồ khối IC ULN2803 11 Hình 1.13. Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dòng của ULN2803 11 Hình 1.14. Hình ảnh thực tế IC ULN2803 11 Hình 1.15. Led matrix 8x8 1588AS 12 Hình 1.16. Sơ đồ khối 13 Hình 1.17. Lưu đồ hoạt động 14 Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý 15 Hình 1.19. Mạch in PCB 16 Hình 1.20. Mô phỏng 3D 17 Hình 1.21. Bảng điều khiển hiển thị thông tin trên bảng quang báo được tạo và lập trình bằng Phần mềm Visual Basic 6.0 17 MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Bảng quang báo nhỏ có thể có giá trị thị trường cao, đặc biệt trong các lĩnh vực quảng cáo, bán hàng…Với bảng quang báo cỡ nhỏ, mạch điều khiển có thể được tối ưu hóa để quản lý một lượng nhỏ thông tin hoặc hiển thị đơn giản, giúp dễ dàng quản lý và cập nhật nội dung. Bảng quang báo cỡ nhỏ thường dễ dàng di chuyển và đặt ở nhiều vị trí khác nhau, cung cấp tính linh hoạt trong việc trưng bày thông tin. Vì những lý do đó đã hướng nhóm em đến : Thiết kế và thi công mạch điều khiển bảng quang báo cỡ nhỏ bằng giao tiếp RS232. II. Ý tưởng thiết kế Tích hợp tính năng điều khiển từ xa bằng hữu tuyến, cho phép người dùng thay đổi nội dung và hiển thị thông tin từ xa . Nhập nội dung hiển thị bằng giọng nói. Đoán được suy nghĩ để hiển thị ra nội dung. III. Mục tiêu của sản phẩm Điều khiển bảng quang báo bằng máy tính thông qua giao tiếp RS232. Điều chỉnh nội dung hiển thị ( hiển thị text ). Hiển thị nội dung bằng Led matrix 8x32. Hướng hiển thị nội dung tùy chỉnh ( Chạy chữ ngược, xuôi ) .
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẢNG QUANG BÁO CỠ NHỎ BẰNG GIAO TIẾP RS232 TIỂU LUẬN MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN HỮU TUYẾN VÀ VÔ TUYẾN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ SẢN PHẨM 2 1.1 Cơ sở lý thuyết 2 1.1.1 Tổng quan về giao tiếp RS232 2 1.1.2 Phương pháp quét led matrix 8x8 4 1.2 Module chuyên dùng 5 1.2.1 Module RS232 5 1.3 Linh kiện chuyên dùng 6 1.3.1 Vi điều khiển AT89C52 .6 1.3.2 IC dịch 74HC595 8 1.3.3 IC đệm dòng ULN2803 10 1.3.4 Led matrix 8x8 1588AS 12 1.4 Thiết kế sản phẩm 13 1.4.1 Sơ đồ khối 13 1.4.2 Lưu đồ hoạt động .14 1.4.3 Sơ đồ nguyên lý 15 1.4.4 Mạch in PCB 16 1.4.5 Mô phỏng 3D 17 1.4.6 Bảng điều khiển hiển thị thông tin trên bảng quang báo 17 1.4.7 Tính toán 18 1.4.8 Code chương trình nạp 18 CHƯƠNG 2 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .24 2.1 Kết luận 24 2.2 Hướng phát triển 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 ii iii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình dạng đầu kết nối DB-25 và DB-9 .2 Hình 1.2 Cấu trúc frame truyền ( Mã ASCII ) 3 Hình 1.3 Kết nối các thiết bị DTE và DCE bằng cáp thẳng .3 Hình 1.4 Hình minh họa phương pháp quét led matrix 8x8 .4 Hình 1.5 Sơ đồ chân led matrix 8x8 1588AS Anot chung được dùng trong mạch 5 Hình 1.6 Module RS232 và sơ đồ kết nối MAX232 với RS232 5 Hình 1.7 Vi điều khiển AT89C52 7 Hình 1.8 Sơ đồ chân AT89C52 .8 Hình 1.9 Sơ đồ chân 74HC595 8 Hình 1.10 Sơ đồ logic của 74HC595 9 Hình 1.11 Hình ảnh thực tế IC 74HC595 10 Hình 1.12 Sơ đồ khối IC ULN2803 11 Hình 1.13 Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dòng của ULN2803 .11 Hình 1.14 Hình ảnh thực tế IC ULN2803 .11 Hình 1.15 Led matrix 8x8 1588AS 12 Hình 1.16 Sơ đồ khối .13 Hình 1.17 Lưu đồ hoạt động 14 Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý 15 Hình 1.19 Mạch in PCB 16 Hình 1.20 Mô phỏng 3D 17 Hình 1.21 Bảng điều khiển hiển thị thông tin trên bảng quang báo được tạo và lập trình bằng Phần mềm Visual Basic 6.0 17 iv MỞ ĐẦU I Lý do chọn đề tài - Bảng quang báo nhỏ có thể có giá trị thị trường cao, đặc biệt trong các lĩnh vực quảng cáo, bán hàng…Với bảng quang báo cỡ nhỏ, mạch điều khiển có thể được tối ưu hóa để quản lý một lượng nhỏ thông tin hoặc hiển thị đơn giản, giúp dễ dàng quản lý và cập nhật nội dung Bảng quang báo cỡ nhỏ thường dễ dàng di chuyển và đặt ở nhiều vị trí khác nhau, cung cấp tính linh hoạt trong việc trưng bày thông tin - Vì những lý do đó đã hướng nhóm em đến : Thiết kế và thi công mạch điều khiển bảng quang báo cỡ nhỏ bằng giao tiếp RS232 II Ý tưởng thiết kế - Tích hợp tính năng điều khiển từ xa bằng hữu tuyến, cho phép người dùng thay đổi nội dung và hiển thị thông tin từ xa - Nhập nội dung hiển thị bằng giọng nói - Đoán được suy nghĩ để hiển thị ra nội dung III Mục tiêu của sản phẩm - Điều khiển bảng quang báo bằng máy tính thông qua giao tiếp RS232 - Điều chỉnh nội dung hiển thị ( hiển thị text ) - Hiển thị nội dung bằng Led matrix 8x32 - Hướng hiển thị nội dung tùy chỉnh ( Chạy chữ ngược, xuôi ) 1 CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ SẢN PHẨM 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.1.1 Tổng quan về giao tiếp RS232 Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị , tốc độ truyền nhận dữ liệu 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt Hình 1.1 Hình dạng đầu kết nối DB-25 và DB-9 Trong chuẩn RS232, bit 1 được biểu diễn bằng điện thế có giá trị từ -3 V đến - 25 V, và bit 0 có giá trị điện thế từ +3 V đến +25 V Vì nguyên do này, để kết nối bất kỳ RS232 nào đến hệ thống vi điều khiển chúng ta phải sử dụng bộ chuyển đổi điện thế như là chip MAX232 để chuyển đổi các mức logic TTL (transistor-transistor logic) sang mức điện thế RS232 và ngược lại Trong giao tiếp TTL quy định rằng 5V tương đương với logic "1" và 0V tương đương với logic "0" Cấu trúc frame truyền : - Mỗi ký tự được đặt giữa bit start và stop, đây được gọi là thiết lập khung dữ liệu (frame) - Trong khung dữ liệu, bit start luôn luôn là 1 bit nhưng bit stop có thể là 1 hoặc 2 bit - Bit start luôn luôn là 0 (mức thấp) và bit stop là 1 (mức cao) 2 Hình 1.2 Cấu trúc frame truyền ( Mã ASCII ) RS232 hoạt động với chế độ giao tiếp hai chiều trao đổi dữ liệu với nhau Hai thiết bị sẽ được kết nối với nhau gồm DTE( thiết bị đầu cuối) xử lý dữ liệu số và DCE ( thiết bị truyền dữ liệu) Nguồn DCE đưa ra yêu cầu được tạo bởi RTS và CTS ở bộ nguồn DTE, xóa đường dẫn dữ liệu và đưa ra tín hiệu để gửi dữ liệu Hình 1.3 Kết nối các thiết bị DTE và DCE bằng cáp thẳng 3 1.1.2 Phương pháp quét led matrix 8x8 - Để làm sáng được 1 LED, chúng ta cần cấp điện áp VCC và GND vào 2 chân - Đầu tiên điều khiển 8 con LED thứ nhất theo hàng ngang hoặc theo cột dọc Sau đó tắt hết đi -> điều khiển tiếp 8 con LED tiếp theo -> tắt đi -> điều khiển tiếp 8 con tiếp theo …… cứ như thế cho đến hết 64 con LED thì lặp lại Tốc độ bật tắt là rất nhanh, mắt người do có sự lưu ảnh ở mắt sẽ tự ghép lại thành 1 hình ảnh hoàn chỉnh - Khoảng thời gian mà bạn bật sáng 8 con LED đầu tiên cho tới khi bật sáng 8 con LED cuối cùng là 1 chu kì quét Lấy nghịch đảo sẽ có được tần số quét Theo tham khảo và thực tiễn, thì tần số để quét đi quét lại hết 1 tấm matrix là 60Hz thì mắt người nhìn sẽ thấy ổn Hình 1.4 Hình minh họa phương pháp quét led matrix 8x8 ( quét hàng hiển thị chữ A ) 4 Hình 1.5 Sơ đồ chân led matrix 8x8 1588AS Anot chung được dùng trong mạch 1.2 Module chuyên dùng 1.2.1 Module RS232 Là mạch chuyển mức tín hiệu giữa chuẩn RS232 và TTL dùng IC MAX232 Mạch được thiết kế nhỏ gọn với Cổng COM 9 chân để dễ dàng kết nối máy tính Giúp chúng ta có thể kết nối luôn truyền thông nối tiếp với vi điều khiển mà không cần thêm các ngoại vi nào khác Hình 1.6 Module RS232 và sơ đồ kết nối MAX232 với RS232 5 Thông số kĩ thuật: - IC điều khiển : MAX232 - Điện áp hoạt động: 3V - 5V DC - Các chân giao tiếp UART TTL : TX, RX, GND, VCC - Khoảng cách truyền xa nhất là 15m - Tốc độ truyên dữ liệu là 20kbps 1.3 Linh kiện chuyên dùng 1.3.1 Vi điều khiển AT89C52 - AT89C52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất Các sản phẩm AT89C52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên chip dùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển - AT89C52 có 8Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong để lưu chương trình, vì vậy Vi điều khiển có khả năng nạp xóa chương trình bằng điện lên đến 1000 lần Dung lượng RAM 128 byte, AT89C52 có 4 Port xuất/nhập 8 bit, có 2 bộ định thời 16 bit Ngoài ra AT89C52 còn có khả năng giao tiếp dữ liệu nối tiếp, có thể mở rộng không gian nhớ chương trình và nhớ dữ liệu ngoài lên đến 64Kbyte 6 Hình 1.12 Sơ đồ khối IC ULN2803 Vài chỉ số kĩ thuật của IC ULN2803: - Dòng điện ngõ vào khoảng 25mA - Điện áp ngõ vào khoảng 0.5V – 30V - Dòng ra tới 500 mA/ 50 V - Đệm 8 kênh riêng biệt - Đầu ra đảo Hình 1.13 Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dòng của ULN2803 Hình 1.14 Hình ảnh thực tế IC ULN2803 1.3.4 Led matrix 8x8 1588AS - LED ma trận 8x8 có tổng cộng 64 LED đơn được căn chỉnh Bằng cách lập trình từ nhiều ngôn ngữ khác nhau, ta có thể lập trình để đèn LED ma trận chạy chữ, số hoặc ký hiệu tùy theo yêu cầu Thông số kỹ thuật : - Điện áp hoạt động: 3.7V - 5.3V 11 - Màu led: Đỏ - Điều khiển: Anot chung - Kích thước: 38mmx38mm - Đường kính led: 3.7 mm - Hình 1.15 Led matrix 8x8 1588AS 12 1.4 Thiết kế sản phẩm 1.4.1 Sơ đồ khối Hình 1.16 Sơ đồ khối 13 1.4.2 Lưu đồ hoạt động Hình 1.17 Lưu đồ hoạt động 14 1.4.3 Sơ đồ nguyên lý Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý Khối điều khiển gồm mạch nguồn, vi xử lí và mạch giao tiếp máy tính : - Khối nguồn: tạo ra điện áp một chiều ổn định 5V để cung cấp cho các khối và linh kiện trong hệ thống - Khối vi xử lí ( AT89C52 ) : tạo ra tín hiệu điều khiển khối LED ma trận để hiển thị các ký tự như chương trình đã định trước - Khối giao tiếp máy tính ( Module RS232 ) : sử dụng ic max232 nhận tín hiệu truyền từ máy tính vào vi điều khiển 15 Khối hiển thị LED ma trận nhận tín hiệu từ khối vi xử lý, giải mã để chuyển ra khối hiển thị - là 4 led ma trận 8x8 ghép lại, hiển thị các ký tự được truyền từ máy tính Module hiển thị dùng 4 ma trận led ghép lại với nhau thành 8 hàng và 32 cột Các ma trận led được nối chung hàng Module sử dụng IC chốt dịch 74HC595 và IC đệm dòng ULN2803 Các chân Clock và Latch của IC 74HC595 được mắc song song với nhau Chân Data của IC 74HC595 đầu tiên được nối vào vi điều khiển Các chân Data của 3 IC còn lại được mắc vào chân số 9 của IC 74HC595 trước đó Các đầu ra của IC chốt dịch 74HC595 được mắc vào các cổng vào của IC đệm dòng ULN2803, các đầu ra của ULN2803 sẽ được nối trực tiếp với các chân cho phép cột của các LED ma trận trong module hiển thị 1.4.4 Mạch in PCB Hình 1.19 Mạch in PCB 16