THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẢNG QUANG BÁO CỠ NHỎ BẰNG GIAO TIẾP RS232

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

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

MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

- Bảng quang báo nhỏ có thể có giá trị thị trường cao, đặc biệt trong cáclĩnh vực quảng cáo, bán hàng…Với bảng quang báo cỡ nhỏ, mạch điềukhiển có thể được tối ưu hóa để quản lý một lượng nhỏ thông tin hoặchiển thị đơn giản, giúp dễ dàng quản lý và cập nhật nội dung Bảngquang báo cỡ nhỏ thường dễ dàng di chuyển và đặt ở nhiều vị trí khácnhau, 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 mạchđiều 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 ngườidùng 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 )

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 nhiềunhất là 2 thiết bị , tốc độ truyền nhận dữ liệu 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s vớimột 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 thếnhư 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 tươngđương với logic "0"

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 Haithiết 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, xóađường 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

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 8con 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 ảnhhoàn chỉnh

- Khoảng thời gian mà bạn bật sáng 8 con LED đầu tiên cho tới khi bật sáng 8con 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 là60Hz 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 )

Hình 1.5 Sơ đồ chân led matrix 8x8 1588AS Anot chung được dùng trong mạch.

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 phẩmAT89C52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và cáctoán 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 dùngcho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểmtra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển

- AT89C52 có 8Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong để lưu chương trình, vìvậy Vi điều khiển có khả năng nạp xóa chương trình bằng điện lên đến 1000lần Dung lượng RAM 128 byte, AT89C52 có 4 Port xuất/nhập 8 bit, có 2 bộđịnh 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 đến64Kbyte

Hình 1.7 Vi điều khiển AT89C52

Hình1.8 Sơ đồ chân AT89C52

Sơ đồ chân của 74HC595 như sau:

Hình 1.9 Sơ đồ chân 74HC595.

Hình 1.10 Sơ đồ logic của 74HC595

Bảng 1.1 Chức năng các chân của 74HC595

10 MR\ Đưa về trạng thái ban đầu (tích cực mức thấp)

Ngõ vào xung clock Một quá trình chuyển từ mứcthấp đến mức cao ở chân này sẽ dịch dữ liệu trong

thanh ghi dịch một nhịp

12 ST_CP Ngõ vào Quá trình chuyển từ mức thấp sang mức

cao ở Latch clock sẽ chốt dữ liệu được dịch trong

thanh ghi dich vào bộ chốt.

Ngõ ra cho phép (tích cực mức thấp) Khi chân này

ở mức thấp thì tín hiệu từ bộ chốt được đưa ra đầu

ra Khi nó ở mức cao thì các đầu ra song song ởtrạng thái trở kháng cao Đầu ra nối tiếp không bị

ảnh hưởng bởi chân này

Hình 1.12 Sơ đồ khối IC ULN2803.

- Dòng điện ngõ vào khoảng 25mA

- Điện áp ngõ vào khoảng 0.5V – 30V

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

1.4 Thiết kế sản phẩm

1.4.1 Sơ đồ khối

Hình 1.16 Sơ đồ khối

1.4.2 Lưu đồ hoạt động

Hình 1.17 Lưu đồ hoạt động

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 vàlinh kiện trong hệ thống

- Khối vi xử lí ( AT89C52 ) : tạo ra tín hiệu điều khiển khối LED ma trận để hiểnthị các ký tự như chương trình đã định trước

- Khối giao tiếp máy tính ( Module RS232 ) : sử dụng ic max232 nhận tín hiệutruyền từ máy tính vào vi điều khiển

 Khối hiển thị LED ma trận nhận tín hiệu từ khối vi xử lý, giải mã để chuyển rakhối hiển thị - là 4 led ma trận 8x8 ghép lại, hiển thị các ký tự được truyền từmáy 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 ChânData 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 đệmdòng ULN2803, các đầu ra của ULN2803 sẽ được nối trực tiếp với các chân chophép cột của các LED ma trận trong module hiển thị

1.4.4 Mạch in PCB

1.4.5 Mô phỏng 3D

Hình 1.20 Mô phỏng 3D

1.4.6 Bảng điều khiển hiển thị thông tin trên bảng quang báo

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

1.4.7 Tính toán

Bảng led thiết kế gồm 8 hàng, vậy tần số quét toàn bảng Led là:

fquét = 25x8 = 200Hz Với fquét = 200Hz  chu kỳ quét:

ms f

T

quet

5 200

 Thời gian sáng trung bình của mỗi hàng led là: ttb = 1/8

Từ thực nghiệm cho thấy dòng qua led ở chế độ thường trực là 5mA-25mA, chọn dòng trung bình qua led là 10mA Mạch gồm 8 led đơn mắc song song cho mỗi cột nên dòng Ic cao nhất của A1015 là:

unsigned int code ha[8] = {1,2,4,8,16,32,64,128}; // hang hien thi

unsigned char string[65] = {" Quang Bao Led Matrix 8x32 "}; // noi dung hien thi toi da 65 ki tu

int is,n = 33,isrun=0; //so ki tu hien thi

char c; int chieu=0;

void serial_IT() interrupt 4 // ngat nhan data

{

if (RI)

{ /* Khi nhan duoc du lieu */

RI = 0; /* Xoa co RI (RI de xac dinh du lieu da duoc truyen tu PC xuong?) */

c = SBUF; // Nhan du lieu do PC truyen xuong

/*===========Chuong trinh con hien thi==============*/

void Display(unsigned char time) {

int i,j;

for(i=32;i>0;i ) buffer[32-i] = buffer[33-i]; buffer[32] = 0xFF;

unsigned char index;

unsigned char i,k;

// Khoi tao cho ngat RS232 nhan byte ( Scon- Thanh ghi dieu khien bo UART)

SCON = 0x50; /* UART che do 1 (8 bit), REN=1 */

TMOD = 0x21; /* Timer 1 in mode 2, Timer 0 in mode 1 */

copy(index);

if(isrun==1) goto tudau;

}}

buffer[k] = 0xFF;// Copy to Buffer RAM

for(i=n-5;i>0; i){

index = string[i]-32;

copy1(index);

if(isrun==1) goto tudau;

}for(i=0;i<5;++i){

copy1(0);

if(isrun==1) goto tudau;

}}

}

CHƯƠNG 2 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 2.1 Kết luận

Qua gần 3 tháng tiến hành làm việc, nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành tập báocáo tiểu luận này đúng thời gian quy định và thu được những kết quả nhất định Mạchchạy ổn định và dễ dàng sử dụng, có thể thay đổi nội dung hiển thị mà không cần thayđổi phần cứng Chữ hiển thị rõ ràng với tốc độ vừa phải

2.2 Hướng phát triển

- Tăng kích thước bảng quang báo để chứa được những thông tin dài

- Sử dụng Led matrix RGB để hiện thị nhiều màu sắc hơn giúp cho bảng quangbáo trở nên hấp dẫn, thu hút người nhìn để đạt hiệu quả hơn

- Tối ưu hóa tính năng kết nối điều khiển thông qua Bluetooth hoặc Wifi để nângcao tiện ích và thuận lợi

- Tích hợp thêm cảm biến ánh sáng để tự động điều chỉnh độ sáng theo môitrường xung quanh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TaiLieu_KTDKHTVT_Student

[2] Website: https://dientu360.com/module-rs232-to-ttl

[3] Website: https://iot47.com/matrix-led-bai-1-lam-quen-voi-led-ma-tran/[4] Website: https://dientutuonglai.com/tim-hieu-74hc595.html

[5] Website: https://robocon.vn/detail/vdk1-vi-dieu-khien-at89c52 -24pi.html