ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LEDIMM PRO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED

1.1.Sự lưu ảnh của mắt: Sự lưu ảnh của mắt tức là lưu ảnh trên võng mạc phải mất một khoảng thời gian cỡ 0,1 s võng mạc mới hồi phục lại như cũ được. Trong khoảng thời gian 0,1s này cảm giác ánh sáng chưa bị mất và người quan sát vẫn còn thấy hình ảnh của vật. Trong phim ảnh người ta chiếu 25 ảnh trên một giây để người xem có cảm giác các hoạt động trong phim là liên tục, gần nhất trong ti vi của chúng ta cũng chỉ 25 ảnh trên giây được quét bằng hai bán ảnh.

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Sự lưu ảnh của mắt:

Sự lưu ảnh của mắt tức là lưu ảnh trên võng mạc phải mất một khoảng thờigian cỡ 0,1 s võng mạc mới hồi phục lại như cũ được Trong khoảng thời gian 0,1s nàycảm giác ánh sáng chưa bị mất và người quan sát vẫn còn thấy hình ảnh của vật

Trong phim ảnh người ta chiếu 25 ảnh trên một giây để người xem có cảm giáccác hoạt động trong phim là liên tục, gần nhất trong ti vi của chúng ta cũng chỉ

25 ảnh trên giây được quét bằng hai bán ảnh

1.2 Sơ lược về mạng quang báo.

Quang báo là dùng ánh sáng để hiển thị theo mục đích của người tạo ra nó Với sự trợ giúp của các kỹ thuật vi mạch, vi xử lí, vi điều khiển, máy tính Hiệnnay có rất cách thực hiện quang báo như:

- Quang báo bằng máy tính kết hợp với bộ tương thích gồm mạch đệm hệ thốngđèn chiếu hay màn hình tinh thể, led, ma trận led, quang báo thực hiện theo cáchnày rất tốn kém và cồng kềnh Tuy nhiên nó có thể hiển thị được nhiều nội dung vànội dung rất sinh động Đặc biệt ở nó có thể thay đổi nội dung hiển thị một cách dễdàng nhanh chóng Đặc biệt nó có thể kiểm soát được nội dung lớn Loại này thíchhợp dùng ở các rạp hát lớn, các trung tâm quảng cáo và các buổi lễ

- Quang báo mà nội dung của chúng có thể thay đổi được bằng cách nạp vào bộ nhớcủa mạch quang báo trực tiếp Có thể nạp lại nội dung bằng máy vi tính hay các bộKIT vi xử lí Loại này hiện nay được thực hiện nhiều vì nó gọn hơn so với loại thựchiện trực tiếp bằng máy vi tính mà phần nội dung hiển thị cũng đa dạng Chi phí thựchiện nhỏ hơn so với loại thực hiện bằng máy vi tính Tuy nhiên phần nội dung hiển thị

có phần hạn chế hơn

- Quang báo không thể thay đổi nội dung hiển thị (nội dung được nạp chết trong bộnhớ) Đặc điểm của loại này là gọn rẻ tiền, thích hợp cho các hình thức trang trí haychỉ báo với nội dung nhỏ không thay đổi, hay ít thay đổi

Có thể minh họa mạch quang báo có nội dung được lập trình trước bằng sơ đồ hìnhsau:

Hình 1 1 Sơ đồ khối mạch quang báo.

 Khối 1 Khối điều khiển

Có thể dùng trực tiếp bằng máy vi tính, hoặc các bộ xử lý hay mạch điện Tùyvào tầm cỡ của mạch quang báo

Trong các mạch quang báo thông thường, ta có thể xem khối này gồm khối tạođịa chỉ cho bộ phận nhớ và tạo tín hiệu cho phép xuất ra hay không xuất ra của bộ hiểnthị

Người ta có thể thực hiện các mạch dao động bằng IC 555, IC 4060, thạch anhhoặc các mạch dao động khác như RC, LC … Nhưng các mạch dao động số thườngđược ứng dụng trong vi mạch số vì nó dễ tương thích

Ngoài ra người ta còn dùng các IC đếm như 7456, 74193, 4040, 4017, 74192,

… kết hợp với mạch điện rời để điều khiển

1.3 Giới thiệu các linh kiện thường được sử dụng trong hệ thống quang báo.

1.3.1 Khối nguồn.

Nguồn cung cấp ổn định cho mạch là 5V Nguồn được lấy từ nguồn điện lướiqua biến áp, ngõ ra của biến áp là 12V nguồn 12VAC được chỉnh lưu trước khi đưavào mạch ổn áp

Dòng cần cung cấp cho mạch chúng ta khoảng 200mA.Ta cần phải chọn dạngmạch ổn áp cho mạch.

Có nhiều loại ổn áp :

- Ổn áp song song và nối tiếp tuyến tính

- Ổn áp song song và nối tiếp phi tuyến

Và có các IC ổn áp như các họ 78XX (ổn áp dương), 79XX (ổn áp âm),…

Vì dòng tiêu thụ cho mạch nhỏ nên bỏ đến hiệu suất của mạch ổn áp, thường dùng IC

ổn áp 7805 cho mạch

7805 là IC ổn áp dương Đối với IC này người ta dùng tụ thoát 0,33  F khi không

cần thiết cho ổn định, có thể dùng tụ 0,1  F ở ngõ ra để cải thiện đáp ứng quá độ của

ổn áp Các tụ này phải được đặt trên hay càng gần các IC ổn áp cùng tốt

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Hình 1.2 Hình ảnh IC 7805

1.3.2 Khối điều khiển

Khối điều khiển có thể tạo ra từ vi điều khiển, bộ tạo dao động, bộ đếm hoặccác IC số

1.3.2.1 Vi điều khiển:

Trong thực tế người ta hay dùng một số loại vi điều khiển như AT89C51,AT89C52, ATMEGA 16, ATMEGA 32, ATMAGA 128

Vi điều khiển AT89C51

Hình 1.4 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51

Đặc tính kỹ thuật của vi điều khiển AT89C51

√ 4 KB ROM bên trong

√ 128 Byte RAM nội

√ 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

√ Giao tiếp nối tiếp

√ 64 KB vùng nhớ mã ngoài

√ 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

√ Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)

√ 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

√ 4 μs cho hoạt động nhân hoặc chia

Chức năng hoạt động của từng chân (pin) được tóm tắt như sau :

√ Từ chân 1÷ 8 Port 1 (P1.0, , P1.7) dùng làm Port xuất nhập I/O để giao tiếp bên ngoài.

√ Chân 9 (RST) là chân để RESET cho 8051 Bình thường các chân này

thanh ghi nội của 8051 được LOAD những giá trị thích hợp để khởi động lại hệ thống

Từ chân 10÷17 là Port3 (P3.0, P3.1, , P3.7) dùng vào hai mục đích : dùng là Port xuất / nhập I/O hoặc mỗi chân giữ một chức năng cá biệt được tóm tắt sơ bộ như sau :

• P3.0 (RXD) : Nhận dữ liệu từ Port nối tiếp

• P3.1 (TXD) : Phát dữ liệu từ Port nối tiếp

• P3.2 (INT0) : Ngắt 0 bên ngoài

• P3.3 (INT1) : Ngắt 1 từ bên ngoài

• P3.4 (T0) : Timer/Counter 0 nhập từ bên ngoài

• P3.5 (T1) : Timer/Counter 1 nhập từ bên ngoài

• P3.6 (WR) : Tín hiệu Strobe ghi dữ liệu lên bộ nhớ bên ngoài

• P3.7 (RD) : Tín hiệu Strobe đọc dữ liệu lên bộ nhớ bên ngoài

√ Các chân 18,19 (XTAL2 và XTAL1) được nối với bộ dao động thạch anh 12 MHz để tạo dao động trên CHIP Hai tụ 30 pF được thêm vào để ổn định dao động

√ Chân 20 (Vss) nối đất (Vss = 0)

√ Từ chân 21÷28 là Port 2 (P2.0, P2.1, , P2.7) dùng vào hai mục đích: làm Port xuất/nhập I/O hoặc dùng làm byte cao của bus địa chỉ thì nó không còn tác dụng I/O nữa Bởi vì ta muốn dùng EPROM và RAM ngoài nên phải sử dụng Port 2 làm byte cao bus địa chỉ

√ Chân 29 (PSEN) là tín hiệu điều khiển xuất ra của 8051, nó cho phép chọn bộ nhớ ngoài và được nối chung với chân của OE (Outout Enable) của EPROM ngoài để cho phép đọc các byte của chương trình Các xung tín hiệu PSEN hạ thấp trong suốt thời gian thi hành lệnh Những mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM đi qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 bởi mã lệnh

Chân 30 (ALE : Adress Latch Enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra của

8051,

nó cho phép phân kênh bus địa chỉ và bus dữ liệu của Port 0

√ Chân 31 (EA : Eternal Acess) được đưa xuống thấp cho phép chọn bộ nhớ mã ngoàiđối với 8031

√ Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V.

Vi điều khiển ATMEGA 16

Hình 1.5 Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA 16

Vi điều khiển ATMEGA 128

 Khả năng thực thi cao, công suất tiêu thụ thấp, bộ vi xử lý 8 bit

 Bộ vi xử lý với cấu trúc RISC :

 Có thể tính toán 16 triệu lệnh trên 1s ở tần số 16MHz

 Tạo ra đầy đủ các trạng thái

 32 thanh ghi với mục đích làm việc và điều khiển thiết bị ngoại vi

 Bộ nhớ chương trình không đổi và bộ nhớ dữ liệu :

 Bộ nhớ dữ liệu chương trình là 128K Bytes với chu kì tẩy xóa cho

bộ nhớ là 10 000 lần

 Bộ nhớ EEPROM là 4 K bytes với chu kỳ tẩy xóa là 100 000 lần

 Có 4 K Bytes bộ nhớ SRAM nội

 Có thể lựa chọn mở rộng không gian bộ nhớ ngoài lên 64 K Bytes

 Có chế độ khóa để bảo mật chương trình

 Giao tiếp SPI trong lập trình trong hệ thống

 Giao tiếp JTAG (theo chuẩn IEEE 1149.1) :

 Có khả năng quét danh giới theo chuẩn JTAG

 Mở rộng khả năng Debug trên chíp

 Bộ nhớ chương trình, EEPROM, các cầu chì, khóa các bit thông qua giao tiếp JTAG

 Các ngoại vi :

 Hai bộ Timer/Counter 8 bit hoạt động riêng rẽ và có chế độ so sánh

 Hai bộ Timer/Counter mở rộng 16 bit hoạt động riêng rẽ, chế độ so sánh và chế độ lưu trữ

 Bộ đếm thời gian thực với tần số dao động riêng

 Hai kênh PWM 8 bit

 Sáu kênh PWM với khả năng thay đổi được từ 2 đến 16 bit

 Khối so sánh đầu ra

 Tám kênh ADC 10 bit

 Hai khối giao tiếp USART có thể lập trình

 Giao tiếp nối tiếp SPI master/slave

 Watchdog và Timer có thể lập trình nhờ xung nhịp trên chip Tự động reset khi treo máy

 Khối so sánh tương tự trên chip

 Các đặc trưng đặc biệt của vi điều khiển :

 Có nguồn ngắt bên trong và mở rộng

 Có khả năng lựa chọn xung clock bằng phần mềm

 Có sáu chế độ nghỉ : Idle, ADC noise Reduction, Power–save, Power–down, Standby, Standby mở rộng

 Có khả năng định cỡ xung dao động thời gian thực bên trong

ở tần số 1 Mhz Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá mức

độ tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí Phần cốt lõi của AVR kết hợp tập lệnh phong phú về số lượng với 32 thanh ghi làm việc đa năng Toàn bộ

32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phép

truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kì xung nhịp Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC thông thường Atmega128 cung cấp những đặc tính sau: 128 K bytes bộ nhớ chương trình, 4K bytes bộ nhớ EEPROM, 4K bytes SRAM, 52 chân với mục đích vào ra thông thường, 32 thanh ghi làm việc với mục đích thông thường, bộ đếm thời gian thực (RTC), 4 bộ Timer/Counter với chế độ so sánh và PWM, 2 USARTs, 8 kênh ADC 10 bit với khả năng lựa chọn đầu vào và lập trình được hệ số khuếch đại, Watchdog timer có khả năng lập trình nhờ bộ tạo dao động bên trong, giao tiếp SPI, bộ giao tiếp kiểm tra lỗi theo chuẩn IEEE 1149.1, chỉ dùng để debug hệ thống và chương trình trên chip và khả năng lựa chọn 6 chế độ tiết kiệm năng lượng chế độ Idle ngừng hoạt động của CPU trong khi cho phép SRAM, Timer/ Counter, cổng SPI, hệ thống ngắt tiếp tục gọi hàm, chế độ power-down tiết kiệm lượng thanh ghi nhưng ổn định cho xung giao động, ko hoạt động các hàm khác cho đến khi có ngắt tiếp theo hoặc reset phần cứng Ở chế độ power-save, Timer không đồng thời tiếp tục hoạt động, mà cho phép người sử dụng dùng một Timer cơ sở trong khi các thiết bị đang ở chế độ nghỉ Chế độ giảm nhiễu cho ADC ngừng CPU và các module vào ra ngoại trừ timer và ADC, để giảm nhiễu

động đang chạy trong khi các thiết bị khác ở chế độ nghỉ Ở chế độ standby mở rộng bộ dao động chính và timer không đồng bộ tiếp tục chạy

Mô tả các chân vi điều khiển ATMEGA 128:

 Reset : dùng để reset lại hệ thống

 XTAL1 và XTAL2 : là hai chân để tạo dao động ngoài khi nối với thạch anh

 AVCC là chân nguồn cho cổng F và dùng để biến đổi ADC Khi kết nối với VCC thì quá trình biến đổi ADC là chính xác hơn

 AREF là chân điện áp so sánh phục vụ cho quá trình biến đổi ADC

 PEN là chân enable cho chế độ giao tiếp SPI

Hình 2.1 : Sơ đồ chân của Atmega128

Hình 2.2: Sơ đồ khối bên trong của Atmega 128

1.3.2.2 Dao động và đếm.

FF có từ 1 đến một vài đầu vào điều khiển, có hai đầu ra luôn luôn ngược nhau

là Q và Q Tuỳ từng loại FF do chế tạo có thể còn có đầu vào xóa (thiết lập “0” –Clear), đầu vào thiết lập “1” (PRESET) Ngoài ra FF còn thường hay có đầu vào đồng

bộ (clock) Sơ đồ khối của FF được cho ở hình dưới

Sơ đồ khối của flip-flop

- Trigger JK

Sơ đồ khối của flip-flop JK

Bảng chân lý của flip-flop JK

- Trigger D:

Sơ đồ khối của flip-flop D

B ng tr ng thái ảng trạng thái ạng thái

0011

Hình 1.6 Tinh thể thạch anh

0 1

0 1



Q

T T – FF

Đặc tính của tinh thể thạch anh là điện áp, theo đó khi ta áp một lực vào hai mặtcủa lát thạch anh thì sẽ xuất hện một điện thế xoay chiều giữa hai mặt Ngược lại dướitác dụng của một điện thế xoay chiều, lát thạch anh sẽ rung ở một tần số không đổi vànhư vậy sẽ tao ra một điện thế xoay chiều có tần số khhong đổi Tần số rung của látthạch anh phị thuộc vào kích thước của nó đặc biệt là độ dày mặt cắt.

Ta có thể dùng mạch dao động thạch anh để thay thế mạch nối tiếp LC, mạch sẽdao động ở tần số Fs Còn nếu thay thế mạch song song LC mạch sẽ dao động ở tần số

Fp Do thạch anh có điện cảm Ls lớn, điện dung nối đất rất nhỏ lên thạch anh sẽ quyếtđịnh tần số dao động của mạch, linh kiện bên ngoài không làm thay đổi tần số daođộng (dưới 1/1000)

Mạch dao động thạch anh như mạch cộng hưởng nối tiếp còn gọi là mạchPirece

làSE555 và NE555 vào năm 1971.Sự kết nối các chân và chức năng của từng chân:nhìn thấy ở hình dưới:

Hình 1.8 IC LM555

Hình 1.9 Sơ đồ chân của IC LM555

Chân 1(Nối đất_Ground)

Chân đất phần lớn có điện thế cung cấp là âm, cái mà thường nối với mạchthông thường khi họat động từ nguồn dương cung cấp

Chân 2(Chân khởi hành_Trigger)

Chân này là chân ngõ vào cái là nguyên nhân làm ngõ ra cao hay bắt đầu chu kỳđịnh thời.Chân khởi hành xuất hiện khi ngõ vào chân khởi hành đi từ điện áp trên 2/3điện áp cung cấp đến một điện áp thấp hơn 1/3 của nguồn cung cấp.Ví dụ như khi ta

cung cấp một nguồn 12V, điện áp ngõ vào chân khởi hành phải bắt đầu từ trên 8V dichuyển xuống một nguồn áp thấp 4V để bắt đầu chu kỳ định thời Hành động này thì ởmức nhạy cảm và điện áp chân khởi hành có thể thay đổi rất chậm Để tránh khởi hànhlại, điện áp chân khởi hành phải trở vềmột áp trên 1/3 nguồn cung cấp trước khi kếtthúc chu kỳ định thời trong kiểuđơn ổn Dòng ngõ vào chân khởi hành là khoảng0,5µA.

Chân 3 (Đầu ra_Output)

Chân đầu ra của 555 di chuyển đến một mức cao là 1,7V thấp hơn nguồn cungcấp khi chu kỳ định thời bắt đầu Ngõ ra trở

Về bản chất thì IC 555 là một mạch kết hợp giữa 2 con Opamp, 3 điện trở, 1con transistor và 1 bộ flipflop 2 con Opamp có tác dụng so sánh điện áp , transistor để

xả điện, bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điệp áp VCC thành 3 phần Cấutạo này tạo lên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Opamp 1 vàđiện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Opamp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3VCC, chân s=1 và FF được kích, khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC chân R củaFF=1 và FF được Reset

+ IC 4060: có chức năng vừa tạo dao động vừa đếm 14 tần, nhưng chỉ có 10 ngõ ra và

ngõ ra nhảy cóc tại Q10 (Q10 không có ngõ ra) 3 đầu ra có bộ dao động là Rs, Rtc, Ctc

dùng để mắc mạch RC hoặc thạch anh để chọn các tần số dao động mong muốn từngười thiết kế Hoặc có thể sử dụng nguồn xung clock từ bên ngoài đưa vào chân Rs,tín hiệu sẽ được cải thiện trước khi đưa đến bộ đếm và khi chân MR lên mức cao thìtất cả bộ đếm bị reset về 0

Hình 1.10 Sơ đồ chân IC 4060

b) 4518 là vi mạch học CMOS, có hai bộ đếm BCD bên trong Bộ đếm hoạt động ở

mức cao nếu đưa xung clock vào ngõ vào Cpo, và bộ đếm hoạt động ở mức thấp nếuđưa xung clock vào trong của Cpo Ngõ ra được đếm trước khi xuất ra ngoài Chân

MR tác động ở mức cao Mỗi bộ đều có chân MR riêng và trước các bộ đếm khốischmitt- trigger hoạt động làm giảm thời gian tăng hay giảm của xung clock, nó tăngkhả năng tải mạch của phát xung clock

bộ nhớ không thay đổi (nonvolatile) Còn RAM thì lại khác, nó có thể đọc ra và cũng

có thể ghi vào Nhờ vậy mà dữ liệu có thể cất giữa tạm các dữ liệu rồi sau đó lại lấycác dữ liệu đó ra Dữ liệu này cũng có thể thay đổi bất hỳ lúc nào RAM là bộ nhớ thayđổi (volatile), nghĩa là nó bị mất hoặc bị xóa khi mất nguồn nuôi, RAM có thể xemnhư quyển sổ ghi chép, bạn có thể đọc các điều ghi chép của mình, và đôi khi có thểthay đổi lại các điều đã ghi chép đó Trái lại lại ROM giống như sách giáo trình Nóichung các thông tin trong đó chỉ có thể đọc ra chứ không thể ghi vào hoặc hay đổi

Khái niệm truy xuất ngẫu nhiên có nghĩa là bất kỳ một vị trí nhớ nào cũng cóthể được mở ra hoặc được gọi ra ở bất kỳ lúc nào, các thông tin không cần đọc ra hayghi vào một cách tuần tự Về thực chất, cả ROM lẫn RAM đều truy xuất ngẫu nhiên.Chỉ có điều khác nhau cơ bản RAM là bộ nhớ vừa có thể đọc ra vừa có thể ghi vào.Phù hợp nhất, có lẽ nên chọn RAM làm “bộ nhớ đọc/ ghi”

- RAM:

RAM là loại bộ nhớ thay đổi được, dữ liệu có thể ghi vào hoặc đọc ra Bất kỳmột phần tử nhớ nào của RAM cũng có thể lựa chọn ra được ở bất cứ lúc nào, vàkhông giống như ROM, các nội dung dữ liệu của nó cũng có thể thay đổi bất kỳ lúc nào RAM được chia thành hai loại tĩnh và động RAM tĩnh (static), SRAM lưu giữ sốliệu mãi mãi nếu như nguồn nuôi không bị mất SRAM thực chất là một hàng flip-flop, trong đó mỗi flip-flop là một phần tử nhớ đại diện cho một bit như đã được trìnhbày trên hình 2-6(a) RAM động (DRAM - Dynamic RAM) là một loại RAM được

“làm tươi” (refresh) tức là phải được nạp lại các dữ liệu đang được lưu trữ theo từngchu kỳ “Làm tươi” bằng cách thực hiện thao tác đọc hoặc ghi chép lại Cũng có thể

“làm tươi” bằng các thao tác đặc biệt khác Do mật độ phân tử nhớ rất cao nên gía tiềncủa DRAM tính theo dung lượng bit trở nên khá rẻ so với SRAM, mặc dù phức tạp vàcông chế tạo cao hơn DRAM được chế tạo bằng các MOSFET nhưng tác dụng nhưcác tụ điện (hình (b)) Nếu các tụ điện không được nạp điện nhắc lại theo chu kỳ thìcác số liệu nhớ sẽ bị mất do sự rò điện Các DRAM yêu cầu phải được “làm tươi” theochu kỳ khoảng 2 đến 4 ms Thực hiện làm tươi thực chất là nạp thêm năng lượng cho

tụ điện để lưu giữ logic 1 và duy trì sự phóng điện của tụ để lưu giữ logic 0.

- ROM

ROM (read only Memory) bộ nhớ chỉ được đọc ra Chỉ có thể đọc dữ liệu ra màkhông ghi vào nó, vì vậy nó được coi như bộ nhớ không thay đổi (nonvolative) tức làkhông bị mất dữ liệu khi ngắt nguồn nuôi Nói chung là có ba loại ROM ROM mặt nạ(Maskable ROM) là loại ROM do nhà máy nạp sẵn các thông tin, dữ liệu Khi đã cóđược chương trình hóa như vậy rồi thì các bít dữ liệu không thể thay đổi được nữa.ROM có thể nạp chương trình (PROM – Programmable ROM) là loại ROM mà người

ta sử dụng có thể nạp chương trình bằng một thiết bị đặt biệt gọi là thiết bị “diode”PROM Khi đã được chương trình hóa thì dữ liệu trong PROM cũng giống như đối vớiROM không thể thay đổi PROM có thể xoá hay còn gọi là EPROM (erasable PROM)

là loại ROM mà người sử dụng có thể nạp chương trình vào và các dữ liệu trong nóxoá bằng một thiết bị đặc biệt: xoá bằng tia cực tím

- SRAM

SRAM là loại bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, chỉ lưu dữ liệu khi có nguồn điện cungcấp Nếu ngắt nguồn thì tất cả dữ liệu trong bộ nhớ sẽ mất Khi cấp nguồn trở lạiSRAM, dữ liệu vẫn được lưu trữ mà không cần thêm xử lý refresh nào Dữ liệu chỉ cầnđược ghi 1 lần và sẽ được giữ lại cho đến khi đọc ra hoặc ngắt nguồn SRAM khácnhau ở số lượng các thành phần nhớ khác nhau; các thành phần nhớ khác nhau do cáccell bộ nhớ có cấu tạo khác nhau

Cấu trúc cơ bản của một SRAM bao gồm một hoặc nhiều mảng vuông của các Cell bộnhớ cùng với các mạch hỗ trợ giải mã địa chỉ và thực hiện các yêu cầu đọc/ghi Cácmạch hỗ trợ được thêm vào có thể thực hiện các chức năng đặc biệt như xử lý burst vàcòn có thể hiện diện trên chip.

Hình 1.11 Sơ đồ khối cơ bản của một SRAM đồng bộ

* Mảng bộ nhớ (memory array)

Các mảng bộ nhớ SRAM được sắp xếp theo các hàng và các cột của các cell bộ nhớ(memory cell), theo thứ tự được gọi là wordline và bitline Trong SRAM IBM, cácwordline được làm từ polysilicon trong khi các bitline là metal Mỗi cell bộ nhớ cómột vị trí hoặc địa chỉ duy nhất được định nghĩa bằng sự giao nhau của hàng và cột Sốmảng trên một chip nhớ được xác định bởi tổng kích thước bộ nhớ, tốc độ bộ nhớ xử

lý, layout với các yêu cầu kiểm tra và số đường I/O dữ liệu trên chip

* Cell bộ nhớ (memory cell)

Một Cell bộ nhớ SRAM là một Flip-flop "bền vững kép" (tạm dịch từ "a bi-stable flop" theo IBM) Các cell (tế bào) cấu tạo nên SRAM có 4 hoặc 6 Transistor, thườngthấy là 6 transistor Dựa trên số lượng transistor cấu tạo cell mà ta gọi là 4-T SRAMhay 6-T SRAM

flip-Nhiều SRAM trên thị trường sử dụng cell có cấu trúc 4 transistor với một tảipolysilicon Các SRAM này phù hợp cho hệ thống hiệu suất trung hoặc cao Cấu trúcnày có dòng rò (leakage current) phụ thuộc cao nên có dòng standby cao Thiết kế cócấu trúc 4 transistor còn dễ bị ảnh hưởng bởi các bức xạ khác Với cấu trúc 6transistor, tuy rằng số lượng transistor sử dụng nhiều hơn nhưng lại có ưu điểm hơnhẳn như tính ổn định cao, có dòng rò và dòng standby thấp Cấu trúc 6 transistor đượcchứng minh là tốt hơn nhưng phải tránh sử dụng quá vùng diện tích chip thực tế yêucầu.

- DRAM

Hình 1.11 Hình ảnh DRAMDRAM - Dynamic RAM - có nghĩa là RAM động DRAM yêu cầu cứ sau một thờigian nhất định thì cần có một chu kỳ lệnh để làm tươi lại bộ nhớ (refresh) Refresh ởđây có nghĩa là làm cho bộ nhớ vấn lưu trữ thông tin trước, nếu không có chu kỳrefresh này thì thông tin chứa trong nó sẽ mất DRAM khác với SRAM (Static RAM)

ở chỗ cần chu kỳ Refresh đó

- EPROM

EEPROM (tiếng anh: Electrically Erasable Programmable

Read-Only Memory) là một chip nhớ không bay hơi thường dùng trong các máy tính và các

thiết bị di động để lưu trữ một lượng dữ liệu thấp thay đổi nội dung được EEPROM thuộc loại "bộ nhớ không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện" (non-volatile storage)

Có thể nói EEPROM là công nghệ mới nhất của ROM mà điều khác biệt cơ bản làchúng có khả năng xoá được bằng phương pháp lập trình mà chúng không cần đến cácthiết bị chuyên dụng như các thế hệ trước của nó Bằng cách sử dụng EEPROM (hoặcflash ROM) người ta có thể dễ dàng xoá bỏ các chương trình được nạp trên nó củacác bo mạch chủ trong máy tính cá nhân mà không cần thêm một thao tác cơ học nàokhác kể cả tháo vỏ máy tính EEPROM còn giúp các thiết bị khác (bo mạch mạng, bomạch đồ hoạ, wireless access points, bộ định tuyến hoặc trong điện thoại, thiết bị giảitrí số cá nhân ) có thể nâng cấp firmware mà không cần thay đổi chip nhớ, việc màtrước kia người ta thường thực hiện gắn chip trên các đế để có thể thay thế sau nàybằng cách gỡ bỏ chúng và thay bằng chip khác

- rất ít tốn điện; ca 10 W

- chữ số hiện rõ ràng dễ đọc ở nơi có nhiều ánh sáng

- cấu trúc phẳng dẹp có độ bền cơ học cao

- có thể điều khiển trực tiếp bằng các linh kiện TTL hay CMOS

- có thể chỉ thị những dấu hiệu phức tạp

LCD cũng có những bất lợi sau:

- đời sống tương đối ngắn so với LED

- khi trời tối chỉ có thể đọc được với ánh đèn từ bên ngoài

- thời gian tắt và mở tương đối chậm

Với những tính chất như trên, LCD đươc dùng làm mặt chỉ thị cho đồng hồ,máy tính con, máy đo digital, các đồng hồ trong xe hơi, trò chơi trẻ em LCD là linhkiện thụ động, nó không phát sáng, càng dễ đọc hơn khi chung quanh càng sáng Ngàynay đã có LCD mau Thời gian tắt mở của LCD loại mới cũng cải tiến nhanh hơn đểdùng làm mặt TiVi

Một trong những nhược điểm của LCD là nhiệt độ là việc tương đối hẹp Dưới

0 độ một ít với tính chất vật lí của tinh thể lỏng, LCD đã bị “đóng băng”, nhưng vớinhiệt độ dương LCD làm việc trở lại

Quá 600 LCD cũng không làm việc Tuy nhiên hiện nay có một số hãng sảnxuất được loại LCD với nhiệt độ làm việc tới 900 và tới -600

1.4.2 Điôt phát sáng -Led (light - emitting diode)

1.4.2.1 Đại cương và lớp chuyển tiếp pn

LED là linh kiện phổ thông của quang điện tử LED cho lợi điểm như tần sốhoạt động cao, thể tích nhỏ, công suất tiêu hao bé, không rút địện mạnh khi bắt đầuhoạt động (như bóng đèn rút điện 10 lần nhiều hơn lúc mới cháy) LED không cầnkính lọc mà vẫn cho ra màu sắc Sự phát minh ra ánh sáng của LED trên nguyên tắchoàn toàn khác với bóng đèn điện, ở đấy vật chất bị đun nóng và photon được phóngthích.

Những điều kiện tiên quyết để ngày hôm nay người ta có thể sản xuất khoảng30x109 LED mỗi năm là kết qủa của việc nghiên cứu cơ bản vật lý bán dẫn, nhất là saukhi transitor được phát minh

Điốt phát quang có cấu trúc với lớp chuyển tiếp pn và cũng có đặc trưng kỹthuật như các điốt thông thường: chiều dẫn điện và chiều không dẫn điện Tuy nhiênLED có mức ngưỡng điện áp chiều dẫn điện cao (từ 1,6V - 3V) và có điện áp nghịchtương đối thấp (khoảng 3V 5V)

Đặc tính V-A của led

Ví dụ :với cơ chế tái hợp trực tiếp giữa vùng dẫn và vùng hóa trị của GaAs cho ta :

 = h c W. nm

Với h = hằng số Planck = 4,16.10-15 eVs

(eV = electron Volt)

c = vận tốc áng sáng = 3.108 m/s

 W = 1,38 eV cho GaAs

I

Vbreak down

V

Vật liệu Năng lượng

EV

Độ dài sóng bức xạnm

2,242,53,1

-910650

-560490400

-Hồng ngoạiĐỏ

-Xanh lá câyXanh da trờiTím

gián tiếpgián tiếptrực tiếptrực tiếp

gián tiếpgián tiếpgián tiếp

Loại LED phát sáng dùng để làm linh kiện quang báo, chiếu sáng …, trong khi

đó loại diốt phát ra tia hồng ngoại dùng để truyền tín hiệu trong các bộ ghép quang (op

- coupler), đọc tín hiệu, bộ phận truyền tin quang học với tần số biến điệu tới Mhz

- Điôt GaAs

Tùy theo sự pha tạp mà bức xạ do sự tái hợp trong GaAs có cực đại giữa 880 và 940

nm trong hồng ngoại gần, mắt không thể nhìn thấy được Gallium-Arsemid là một vậtliệu bán dẫn lý tưởng cho điện phát quang Sự tái hợp giữa vùng dẫn và vùng hóa làtrực tiếp

- Điôt GaAsP

Diôt GaAsP với sự tái hợp trực tiếp và năng lượng lớn hơn 1,7 eV cho ta ánhsáng nhìn thấy được Diôt ánh sáng đỏ và vàng được chế tạo, hàm lượng của Phosphortrong tinh thể lên đến 85% với diôt phát ra ánh sáng màu vàng

- LED xanh da trời, xanh lá cây và các loại LED cực sáng

LED với vật liệu silic và polime

Trước đây người ta chế tạo led phát ánh sáng xanh da trời với SiC Tuy nhiênvới vật liệu này người ta gặp rất nhiều khó khăn, như đường kính cột tinh thể SiC chỉchiếm đến 15 mm Như thế không thể sản xuất nhiều LED trên cùng một phiến bándẫn để giá thành hạ.Với dòng điện 20mA, LED với vật liệu SiC cho ta cường độ sánh

dài sóng 450nm (peak wavelength), công suất từ 1,2 đến 1,5 mW, cường độ chiếu sáng

từ 1 đến 2 ed Loại này mang kí hiệu NLPB 300/310/320 ( = 3mm); NLPB500/510/520(=5mm) Ngoài ra LED xanh lá cây mang kí hiệu NSPG500 có độ dàisóng 525nm, công suất phát từ 1 đến 2 mW và có cường độ chiếu sáng từ 3 đến 6 ed

Ứng dụng của LED đang được phát triển cho việc chiếu sáng đèn kiểm soátgiao thông, hệ thống pin mặt trời Với đèn dây tóc bình thường 95% công suất điệnđược biến thành nhiệt, chỉ có 5% dùng để chiếu sáng, các đèn tiết kiệm có gia hiệusuất lên năm lần, tuy nhiên dễ bể và khi bể thuỷ ngân thoát ra ngoài rất độc Với hiệusuất chiếu sáng từ 200 đến 500lm/W, không dễ bể, đời sống trên 10.000 giờ LED cựcsáng có thể dùng làm đèn chiếu sáng tốt Với 6 LED vàng, một LED xanh lá cây vàmột LED xanh da trời kết hợp với nhau ta có ánh sáng gần như ánh sáng trắng

Từ đầu năm 1993, hãng Hewleett Packard đã bán trên thị trường thế giới loạiLED màu vàng cực sáng với vật liệu AlInGaP Với dòng điện 20 mA các loại LED mã

số HLMT - CLXX/CHXX/DLXX/DHXX có cường độ chiếu sáng từ 1,5 đến 6,5 cdvới độ dài sáng 590 nm (màu hổ phách) và 615 nm (đỏ - cam) Trong một số công việccác loại LED cực sáng này dùng để thay thế các laser bán dẫn đắt tiền Ngoài ra nó cònđược dùng để làm đèn tín hiệu giao thông, đèn chớp trên xe hơi, thay thế bóng đènđiện thoại loại thông thường

Với độ rộng vùng cấm không thích hợp, silic trong quá khứ đã không thể dùnglàm vật liệu chế tạo LED được Nhưng từ năm 1990 một nhóm nghiên cứu người Anh(Royal British Radar Establishment) đã nhận thấy silic loại xốp (porous silicon) có thểphát sáng được sau quá trình quang hóa với HF và được chiếu tia cực tím Người tagiải thích hiện tượng này với nguyên lý bất định của Werner Heisenberg

Ngoài ra người ta còn tìm thấy với vật liệu Poly (p para) Phenylen Vinylen (PPV) có thể dùng để chế tạo linh kiện phát sáng được gọi là LEP (LightEmttingPolymere) hay OLED với vật liệu hữu cơ Ứng dụng gần nhất của LED polime

-đó là mặt phát sáng sau các màn tinh thể lỏng Hãng Philips đã đạt mật độ chiếu sángcho LED polime đến 1600 cd/m2 Ngoài ra loại transitor trường với vật liệu bán dẫnpolime đang được phát triển để tổ hợp chung trên cùng một ma trận điểm LED polime

LED polime có ưu điểm hơn hẳn LCD là thời gian đóng/mở chỉ vài s góc nhìnđạt đến 1800 và nhiệt độ hoạt động đến - 400

c Ứng dụng và một số tính chất kỹ thuật quan trọng của LED:

LED được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quang báo: trong xe hơi, máy bay,trò chơi trẻ em, máy ảnh … Vì thể tích nhỏ, công suất tiêu tán thấp, thích hợp với cácmạch logic, LED có thể sử dụng để báo hiệu một linh kiện nào bị hỏng hay trạng tháicủa một mạch logic Hình dưới cho ta thấy cấu trúc của một ghép quang LED loạiGaAs với sóng hồng ngoại có thể được biến điệu (Modulation) đến tần số Mhz Bức xạnày thích hợp với độ nhạy của một Phototransitor Ngã vào (điều khiển) và ngã ra(đóng, mở) hoàn toàn được cách điện đến cả vài ngàn Volt Đời sống của LED caohơn bóng đèn thông thường Tuổi thọ của LED khoảng 105 giờ, có nghĩa có thể đốtsáng liên tục trong 10 năm Trái với bóng đèn thường, LED không hư ngay sau thờigian 105 giờ, công suất phát sáng của LED giảm đi còn một nửa

Tùy theo lo i LED m ta có ạng thái à ta có đặt trưng chiếu sáng khác nhau đặt trưng chiếu sáng khác nhau ưng chiếu sáng khác nhau t tr ng chi u sáng khác nhau ếu sáng khác nhau.

Bảng trên cho ta tính chất quang trọng nhất của các loại LED

Bức xạ của LED là đơn sắc p là độ dài sóng có bức xạ cực đại là  là nữa độrộng của khổ LED đỏ có  = 20 nm bé nhất với cơ chế tái hợp trực tiếp giữa vùngdẫn và vùng hóa trị Với độ dài sóng ngắn dần ta có trị hiệu suất bé đi (cột3) Linh kiệnchế tạo từng pha lỏng có hiệu suất cao hơn từ pha hơi Cột áp chót cho ngưỡng điện ápcủa diốt Cột chót cho ta thấy LED đỏ làm việc nhanh nhất

Cường độ sáng LED giảm đi khi nhiệt độ tăng Khi nhiệt độ tăng 10 C (ở 250C)LED đỏ giảm độ sáng 1,5 %, vàng 0,7%, xanh lá cây 0,5% Sự giảm độ sáng này mắtthường không thấy được, nhưng trong việc truyền tin, tự động hóa, cần có một mạchđiện làm gia tăng dòng điện diôt để trung hòa hiệu ứng nhiệt Điện áp ngưỡng củaLED thay đổi theo nhiệt độ từ -1,5mV/0C đến 2,5mV/0C Khi nhiệt độ tăng phổ bức xạcủa LED cũng dịch chuyển về phía sóng có bộ nhớ dài lớn hơn Độ dịch chuyển này từ

Điều quan trọng khi sử dụng LED luôn luôn với một điện trở mắc nối tiếp.

RT = V B I V D

F



VB : Điện thế nguồn

VD : Điện thế ngưỡng của LED

IF : Dòng điện qua LED Điện áp ngưỡng của LED có các trị số sau :

đỏ 1,6 2Vcam 2,2 3Vxanh lá cây 2,7 3,2Vvàng 2,4 3,2Vxang da trời 3,0 5VCatot của LED:

- Nằm ở chân ngắn

- Phía vỏ bị cắt xén

- Nếu soi dưới ánh sáng, điện cực catot của LED lớn hơn ED đôi cho những *LEDđôi

ứng dụng đặc biệt ta có loại LED đôi còn gọi là DUO-LED

Chân số một thường cho LED màu đỏ, chân số 2 cho LED màu vàng/xanh và chân thứ

3 nối với Catốt Một loại khác LED được mắc song song và đối cực

* Băng chiếu sáng LED (LED Bargraph)

Băng chiếu sáng tập hợp nhiều LED thành một chuỗi với nhiều mạch tổ hợp bêntrong hay không có Sau đây là một số loại băng LED

* Băng chiếu sáng không có mạch tổ hợp bên trong:

Kích thước mỗi LED :3,8mm x 1mm

* Băng chiếu sáng với mạch tổ hợp bên trong:

D610P: là băng chiếu sáng LED với 5 LED màu đỏ, với các bậc chiếu sáng liên tục Dòng điện tiêu thụ :15 26mA; điện áp 12 15V

Điện áp:200mV; 380mV; 560m; 740mV; 920mV cho các bậc

D620P: là băng chiếu sáng với 10 LED, màu đỏ với bậc chiếu sáng liên tục

Dòng điện tiêu thụ 30 53mA; điện áp 12 15V.

Điện áp cho các bậc chiếu sáng :110,200,290,380,470,560,740,830,920mV

D630P:băng chiếu sáng gồm 10 LED đỏ, với các bậc chiếu sáng không liên tục:

Dòng điện tiêu thụ: 30 53mA; điện áp từ 12 15V

pn được hình thành tự động trong qúa trình pha epitaxy lỏng Bằng sự pha tạp với silic,

ta có bức xạ với bước sóng 950 nm Mặt dưới của diôt được chế tạo sao cho như mộtgương để phản chiếu tia hồng ngoại phát ra từ lớp chuyển tiếp pn

Tính chất lưỡng tính của Silic vẫn giữ nguyên khi nó được pha tạp trong nguyên vậtliệu (GaAl)As Trong trường hợp này độ rộng của vùng cấm có thể thay đổi được tùytheo lượng nhôm (Al)

Với cách này người ta có thể tạo ra giải sóng giữa 850 và 900 nm và do đó cóthể tạo sự điều hưởng sao cho LED hồng ngoại phát ra bước sóng thích hợp nhất chođiểm cực đại của độ nhạy các detector

Chúng ta xem lại lần nữa phổ tần của sóng điện từ ở hình dưới Sóng hồngngoại chiếm một khoảng rộng nhất Nhưng cho đến nay chưa được ứng dụng rộng rãinhư các sóng khác có tần số thấp hơn Từ ánh sáng thấy được ta đến hồng ngoại gần,hồng ngoại trung bình, hồng ngoại xa và hồng ngoại rất xa Với detector làm bằng vậtliệuAntimon - Indium người ta có thể giò được tia nóng cách hàng km với độ chínhxác 0,10C Với cách này ta có thể nhìn thấy mọi vật vào bang đêm Các vệ tinh chonhững không ảnh về thời tiết, cây cối, tài nguyên thiên nhiên

Ánh sáng mặt trời và tia hồng ngoại

Tia nắng ấm bao gồm chủ yếu ánh sáng thấy được, thành phần hồng ngoại gần