Tiểu luận - kỹ thuật điện tử viễn thông - đề tài - MẠCH LED TRÁI TIM

 Ngày nay, những đôi bạn trẻ yêu nhau có rất nhiều cách độc đáo để thể hiện tình cảm với người mình yêu, và không ít trong số họ lựa chọn cho mình cách đó là tặng người mình yêu thương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO NHẬP MÔN KĨ THUẬT ĐTVT

Mục lục………2

Phần 1: Hình Thành Ý Tưởng……….4

Phần 2: Yêu cầu……… ……… 6

2.1 Yêu cầu chức năng……… 6

2.2 Yêu cầu phi chức năng……….…6

2.2.1 Tốc độ, băng thông ……….6

2.2.2 Công suất……….7

2.2.3 Tuổi thọ……… 7

2.2.4 Môi trường làm việc ………7

2.2.5 Hình dáng kích thước……….……….7

2.2.6 Giá thành sản phẩm……….…7

2.2.7 Thời gian đưa ra thị trường… 7

Phần 3: Mô tả kỹ thuật……….……….8

Phần 4: Lập kế hoạch………9

Phần 5: Thiết Kế sơ đồ khối……….11

Phần 6: Thiết kế từng khối………11

6.1 Khối nguồn……….11

6.2 Khối điều khiển……….13

6.3 Khối bấm phím……… 18

6.4 Khối hiển thị… 18

Phần 7: Kiểm tra thiết kế………20

Phần 8: Chế tạo, làm thử………21

8.1 Mô phỏng mạch trên proteus………21

8.2 Mua linh kiện………24

8.3 Hàn mạch mô phỏng trên bảng đồng………24

8.4 Đặt mạch in……… 26

8.5 Hàn linh kiện lên mạch in……….26

8.6 Hàn dây và điện trở ra khối hiển thị……….27

8.7 Nạp chương trình cho IC AT89C52………28

8.8 Lắp IC vào mạch rồi hoàn thiện sản phẩm……… ………28

Phần 9: Những trục trặc thường gặp……… 31

khi thiết kế mạch trái tim 32 LED và cách giải quyết Phần 10: Kết thúc……… ………32

Phần 1: Hình Thành Ý Tưởng

 Trong thời đại kinh tế dất nước phát triển không ngừng, sự cạnh tranh trong kinhdoanh diễn ra vô cùng gay gắt Sự cạnh tranh ấy đưa đến một yêu cầu đó là nhà kinh doanh làm cách nào đó phải thu hút và gây ấn tượng với khách hàng của mình nhất, và khâu đầu tiên đó là khâu marketing cũng như là quảng cáo thương hiệu

Thật vây, khi đi trên đường vào buổi tối, những biển quảng cáo như thế này:

Chắc chắn biển quảng cáo bên hình số 1 sẽ thu hút không chỉ ánh mắt của chúng ta mà còn của hầu như tất cả mọi người đi qua vì sự mới lạ, tính thẩm mĩ và chủ yếu là do ánh sáng lấp lánh của nó phát ra Ưu điểm của quảng cáo bằng đèn led đó là:

- Tiết kiệm điện năng, độ an toàn cao

- Chi phí bảo dưỡng, bảo hành thấp

- Thi công lắp đặt, sửa chữa, nhanh gọn

 Ngày nay, những đôi bạn trẻ yêu nhau có rất nhiều cách độc đáo để thể hiện tình cảm với người mình yêu, và không ít trong số họ lựa chọn cho mình cách đó

là tặng người mình yêu thương những món quà như thế này:

Hình ảnh mô phỏng thiết kế

Phần 2: Yêu cầu cần đạt:

1 Yêu cầu chức năng:

Các hiệu ứng:

1 Sáng cùng lúc 32 led ,sau 3s thì 32 led cùng tắt

2 Các led lẻ sáng cùng lúc trong 0.3s.Các led chẵn sáng cùng lúc trong 0.3s

3 Các led số 9,25,17 cùng sáng.Rồi sau đó sáng lần lượt các led từ led 8 về led1,từ led 10 đến led16,từ led 18 đến led 24,từ led 25 đến led 32,thời gian để mỗi led sáng lần lượt là 0,3s

4 Các led số 1,24,18 cùng sáng.Rồi sau đó sáng lần lượt các led từ 2 đến 8,từ 15 về led 9,từ led 23

về led 17,từ led 32 đến led 25

5 Sáng cùng lúc 32 led.Tắt các led từ 1 đến led 8.Rồi lại bật lần lượt các led từ 1 đến 8,mỗi ledsáng cách nhau 0,3s.Tắt led 8 đến led 16,rồi lại sáng lần lượt các led từ 8 đến 16 mỗi led sángcách nhau 0,3s.Tắt cùng lúc các led từ 16 đến led 24 rồi sáng lần lượt các led từ led 16 đến led 24mỗi led sáng cách nhau 0.3s.Tắt cùng lúc các led từ 24 đến 32 rồi lại bật tuần tự các led từ 24đến led 32 mỗi led sáng cách nhau 0.3s

6 Sáng cùng lúc 32 led.Led số 8 tắt.Rồi tắt lần lượt từ led 7 về led 1.Tiếp tục tắt lần lượt từ led 9đến led 32.Hiệu ứng xảy ra trong 0.5s

7 Chỉ bật Led số 17 sáng.Cùng lúc sáng lần lượt từ led số 16 về led1 và led 18 đến led 32.Mỗi ledsáng cách nhau 0.3s

8 Chỉ bật Led số 17 sáng.Cùng lúc bật sáng lần lượt các led từ 1 đến 16 và từ 32 về 18.Mỗi led bậtsáng cách nhau 0.5s

9 Bật sáng cùng lúc các led 17,led 1,các led từ 25 đến led 31,led2 đến led 7.Rồi cùng lúc bật sángtuần tự các led từ led số 18 đến led 24 và led số 16 về led 8.Khi sáng lần lượt đến led 24 và led 8thì tắt cùng lúc các led từ 25 đến led 31 và led 2 đến led 7.Tiếp tục sáng lần lượt từ led 25 đến 31

12 Bật cùng lúc 2 led là led 9 và led 24.Từ đó sáng lần lượt các led từ led 9 đến led 17 và từ led 23

về led 16.Sau đó sáng lần lượt các led từ led 1 đến led 8 và led 25 đến led 32.Mỗi led sáng cáchnhau 0.3s

13 Bật cùng lúc 2 led là led 9 và led 24.Từ đó sáng lần lượt các led từ led 9 đến led 17 và từ led 23

về led 16 Sau đó sáng lần lượt các led từ led 8 đến led 1 và led 32 đến led 25.Mỗi led sáng cáchnhau 0.3s

14 Bật sáng led 17.Rồi bật sáng tuần tự các led từ 16 về 1 và led 18 đến led 32

 Note:

o Cuối hiệu ứng các đèn sẽ tắt và chuyển sang hiệu ứng khác

o Không có công tắc bấm.

o Hết hiệu ứng 14 quay về hiệu ứng 1.

2 Yêu cầu phi chức năng:

 Công suất tiêu thụ trên mỗi đèn: 0.132W.

 Công suất tiêu thụ trên điện trở : 4W

Vậy sản phẩm nên được sử dụng trong điều kiện nhiệt độ phòng

+ Tránh nơi bụi bặm, ẩm ướt cũng như dễ xảy ra va đập gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm

2.6 Giá thành sản phẩm: 170k

2.7 Thời gian đưa ra thị trường: Dự kiến ngày 30/12

Phần 3: Mô Tả Kỹ Thuật Của Hệ Thống

Hệ thống sẽ bao gồm các khối sau đây:

 Khối nguồn

 Khối điều khiển

 Khối hiển thị

 Khối bấm phím

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý của Mạch đèn led

Mạch bao gồm các linh kiện:

Cấp nguồn DC-9V cho khối nguồn, khối nguồn sẽ cho ra điện áp DC-5V và đi vào chân

số 40 của IC AT89C52 IC sau khi đã được lập trình sẽ điều khiển hoạt động của 32 Led xếp thành hình trái tim, tạo lên các hiệu ứng đẹp mắt

Khối hiển thị

4 Tạo khối điều

khiển Nạp code cho AT89C52 để

7 Chế tạo sản

phẩm Vẽ mạch nguyên lý,

mạch in, đặt mạch in và hàn mạch

Phần 5: Thiết kế sơ đồ khối

Khối nguồn

 Tạo ra được điện áp DC-5V.

 Thời gian sử dụng lâu dài

 Tiết kiệm chi phí thiết kế

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn dùng IC ổn áp 7805

 Nguồn cấp 9V: - Pin DC-9V vì giá thành rẻ, dễ kiếm tìm, thời gian sử dụng lâu.

- Nguồn điện lấy từ sạc điện thoại NOKIA

 Tụ C1: là tụ hóa 100uF, tụ này có chức năng như sau:

 Giảm độ gợn sóng

 Nâng cao mức điện áp DC lên gần bằng mức Volt cực đại

 Làm kho chứa điện ổn định cung cấp điện cho tải

 IC LM7805:

Là loại IC ổn áp tích cực, tạo ra điện áp DC-5V ở ngả ra số 3, dung IC này ta có thể tránh được hiện tượng dao động tự kích trong IC

 Tụ C2: Là tụ hóa 10uF, có chức năng lọc điện áp đầu ra.

 LED xanh D1: dùng để báo nguồn.

 Điện trở R1: dùng để hạn dòng cho led D1.

6.2 khối điều khiển:

a Chức năng:

Điều khiển hoạt động của khối hiển thị

b Yêu cầu:

 Điều khiển một cách chính xác hoạt động của 32 led như yêu cầu của người lậptrình

 Thiết kế nhỏ gọn, chất lượng tốt, tiết kiệm chi phí

c Phân tích các phương án:

Dựa vào chức năng và yêu cầu cần đạt ở trên, có 2 phương án được đưa ra như sau:

Phương án 1: dùng IC rời rạc – dùng IC 555 và IC 4017.

* Sơ đồ nguyên lý:

Hình 5: Mạch điều khiển dùng IC 555 và IC 4017

 Phần đầu sử dụng IC 555 để tạo ra xung clock, xung clock này được cung cấp cho

IC 4017 ở phần sau

 Phần thứ hai sử dụng IC4017 để tạo ra bộ đếm thập phân

 Phần thứ 3 chỉ là phần hiển thị.

Trong mạch chỉ sử dụng 8 ngõ ra cho 8 đèn led, tuy nhiên chúng ta có thể sử dụng

cả cổng Q8 và Q9 để tạo ra một mạch nhấp nháy cho 10 đèn

khi xung clock vào 4017 nó sẽ đếm theo quy luật sau 

ngõ ra Q0 nhảy lên mức 1 tương ứng với 5V (đèn 1 sáng) sau 1 thời gian cực ngắn

 Điều khiển được ít đèn

 Muốn thay đổi chu kỳ trể của các led ta phải sử dụng tụ xoay (trên sơ đồ là tụ C1)

 Không thể lập trình hiệu ứng được

Phương án 2: sử dụng IC AT89C52

Tìm hi u các kh i ch c năng c a IC AT89C52 : ể ố ứ ủ

Hình 6: s đ các kh i ch c năng c a 89C52 ơ ồ ố ứ ủ

Trong IC, có:

* Khối dao động (OSC) dùng để tạo ra xung nhịp, xung nhịp cần dùng để vận hành các hoạt động của IC vi điều khiển Tần số xung nhịp lấy theo thạch anh (gắn trên chân 18-19) Ở đây, chúng ta thường dùng thạch anh 12MHz

* Khối điều khiển trung ương (CPU), nó chạy các câu lệnh có trong bộ nhớ EEPROM vàđiều khiển tất cả các hoạt động của IC

* Trong IC có các đường truyền tải dữ liệu và địa chỉ dạng BIT, nó được điều khiển với các khối BUS CONTROL

* Trong IC có 2 mạch điện đồng hồ TIMER0 và TIMER1 Ở đây cũng có thể cho nhận xung đếm vào từ chân T0, T1

* Bạn có thể dùng các ngắt ngoài (INTERRUPT) để dừng các chương trình và cho chạy các chương trình ngắt

* IC có 2 bộ nhớ cơ hữu, đó là bộ nhớ EEPROM (dung lượng 8Kbyte) và bộ nhớ SRAM(dung lượng 256byte)

+ Bộ nhớ EEPROM dùng nhớ các câu lệnh do Bạn đã soạn và nạp vào IC (có thể xóa và nạp lại nhiều lần)

+ Bộ nhớ SRAM dùng làm bộ nhớ trung gian, nó còn có các thanh nhớ chuyên dùng dùng cho phần cứng của IC

Ưu điểm:

 Có thể lập trình được cho IC

 Có khả năng điều khiển được nhiều LED

 Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ, chứa được nhiều phần tử

 Tiêu thụ ít năng lượng

Nhược điểm:

 Khá phức tạp

 Muốn thực hiện được, người sản xuất sản phẩm phải có kiến thức rộng

 Yêu cầu năng lượng nhỏ nên hạn chế về tốc độ làm việc

 Yêu cầu độ ổn định của điện áp đầu vào

☺Và sau khi thống nhất, nhóm 15 quyết định thực hiện theo phương án số 2 vì tính

ưu việt của phương án này.

Hình 7: sơ đồ khối điều khiển dùng IC AT89C52

Phân tích:

 IC AT89C52: điều khiển hoạt động của hệ thống thông qua các cảng P0, P1, P2, P3 Cần phải nối IC vào nguồn điện áp DC 5V

 Mạch định tần: dùng thạch anh 12MHz nối vào chân số 18 và 19 của IC, 2 tụ C1

và C2 (trên hình vẽ) dùng để bù nhiệt và ổn tần, IC của ta sẽ thu được sung nhịp chu kỳ 1us

 Chân số 9 nối vào mạch RESET để đảm bảo sự hoạt động của mạch

 Điện trở băng 103 dùng để nâng áp cho P1

 Chân số 31 nối vào điện áp 5V để xác nhận chỉ dùng bộ nhớ trong của IC

AT89C52

c Phân tích: gồm phím bấm nối vào 2 đầu tụ hóa C3 (hình 7).

6.4 Khối hiển thị:

a Chức năng:

 Hiển thị các hiệu ứng mà người lập trình đã nạp vào IC

 Trang trí và làm nổi bật cho hình ảnh người lính Trường Sa qua đó thể hiện được tinh thần yêu nước và tinh thần tự tôn dân tộc

c Phân tích:

Hình 8: Sơ đồ bố trí LED.

 Khối hiển thị gồm có 32 LED đục, màu đỏ, các LED được bố trí như hình 8 trên tấm nhôm composite kích thước 15cm x 15cm, lồng vào bức hình người lính Trường Sa và ngôi sao vàng 5 cánh

 Mỗi Led được điều chỉnh bởi 1 chân của IC

(chân này nằm trong số các PORT của IC)

 Trước mỗi LED cần phải có 1 điện trở 220 Ohm có chức năng hạn dòng

Nếu muốn thay đổi màu của LED cũng cần phải thay đổi cả điện trở hạn dòng theo công thức:R=UvưUled

Iled trong đó: R là giá trị của điện trở hạn dòng, Uv là điện áp vào, ở đâyUv=5 V, Uled là điện áp mà Led chịu được, ở đây Nhóm 15 chọn Led màu đỏ có Uled = 1.8 V, Iled là dòng điện mà Led chịu được, ở đây led đỏ có Iled = 15mA, như vậy R = (5 – 1.8)/0.015 = 213.333 Ω, như vậy ta chọn điện trở hạn dòng là 220V cũng không có vấn

đề gì cả, còn nếu chọn Led xanh dương, xanh lá hay trắng ta sẽ có

Uled = 1.5V còn Iled = 20mA

Phần 7: Kiểm Tra Thiết Kế.

Cả nhóm cùng kiểm tra lại thiết kế, kiểm tra các phần từ xác định yêu cầu, mô tả kỹ thuật,thiết kế các khối và từng khối cũng như phương án tốt nhất cho từng khối

Kiểm tra phần mô phỏng trên proteus, thử thay đổi một vài thông số để nhận xét về hoạt động của mạch cũng như độ sáng của các LED

Từ đó rút ra một vài nhận xét để có thêm kinh nghiệm trong quá trình chế tạo và làm thử

Ví dụ như khi cho điện trở hạn dòng lớn, LED sẽ sáng yếu hoặc không sáng Còn khi chođiện trở hạn dòng thấp thì LED rất sáng, nhưng chắc chắn khi chạy quá điện áp hiệu dụng, 1 thời gian sau LED sẽ tỏa nhiệt và hỏng

Phần 8: Chế tạo, làm thử.

8.1 Mô phỏng mạch trên proteus:

Hình 9: Mạch nguyên lý vẽ bằng proteus

Hình 10: Khối hiện thị mô phỏng bằng proteus

Hình 11: mạch layout thiết kế trên proteus

Hình 12: Mô phỏng 3D mạch bằng proteus mặt trên và mặt dưới

Hình 13: sơ đồ lắp ráp linh kiện

8.2 Mua linh kiện

Địa chỉ mua linh kiện: 25A ngách Trần Cao Vân, chợ Hòa Bình, Hai Bà Trưng, Hà Nội

Đơn hàng(cho sản phẩm chính và mạch mô phỏng):

Hình 15: mặt sau.

Hình 16: Mô hình khi hoạt động

8.5 Hàn linh kiện lên mạch in.

Dựa vào sơ đồ đã mô phỏng trên proteus (hình 13) để hàn các linh kiện lên mạch

hình 16: mặt trên của mạch sau khi đã hàn linh kiện

hình 17: mặt dưới sau khi hàn linh kiện Cần chú ý khi hàn: - Các mối hàn phải bền, đẹp, khi hàn tránh để linh kiện quá nóng, dẫn

đến hỏng linh kiện

- Hàn đúng linh kiện vào các lỗ đã khoan như trên sơ đồ lắp ráp.

8.6 Hàn dây và điện trở ra khối hiển thị

 Khoan tấm nhôm composite thành hình trái tim, lỗ khoan 4.5 mm để đảm bảo các LED được đưa vào vừa khít và chắc chắn

 Với mỗi LED, chân K nối mass, chân A nối với 1 chân của điện trở hạn dòng 220, chân còn lại của điện trở nối với 1 chân tương ứng trên IC theo sơ đồ sau:

Hình 18: sơ đồ lắp đặt khối hiển thị

Hình 19: Tấm nhôm composite sau khi đã gắn LED

8.7 Nạp chương trình cho IC AT89C52

 Địa chỉ: Ngách Trần Cao Vân, Chợ Hòa Bình, Hai Bà Trưng, Hà Nội

 Ấn nhẹ tay vào IC để đảm bảo độ chắc chắn khi lắp IC vào mạch

 Chân 40 của IC phải được nối ra nguồn DC-5V

 Chân 20 của IC phải được nối mass

 Hàn các dây nguồn vào công tắc cũng như nguồn pin và sạc NOKIA

*Hoàn thiện sản phẩm:



(các hình ảnh sản phẩm sau khi hoàn thiện)

Hình 20: Mặt trước và mặt sau sản phẩm

Hình 21: Mặt trước sản phẩm khi hoạt động

Hình 22: Tổng Thể sản phẩm

Phần 9: Những trục trặc thường gặp khi thiết kế mạch trái tim 32 LED và cách giải quyết

1 Một số LED không sáng:

Một số LED không sáng có thế là do một số nguyên nhân đó là do LED bị cháy hay do đứt dây nối từ chân IC ra điện trở hạn dòng, hoặc là do chân đế Chip có vấn đề, cũng có thể do chân IC bị gãy

2 Các LED từ chân nối vào cảng P1 (8 LED) không sáng:

Nguyên nhân đó là do chưa nối các chân này vào điện trở băng 103, cần lưu ý chân số 1 của điện trở băng cân phải nối vào nguồn 5V

3 Các LED chỉ sáng không mà không sáng theo hiệu ứng:

Kiểm tra lại IC 7805, dùng đồng hồ đo xem điện áp ra ở chân 3 đạt ngưỡng 5Vchưa, hoặc do IC chưa được nạp code

4 Chỉ có LED báo nguồn sáng:

Kiểm tra xem chân số 31 và chân số 40 đã nối vào nguồn ra DC-5V chưa Chân 20 phải nối mass

Phần 10: Kết thúc

1 Thành quả thu được:

Sau 1 tháng tìm hiểu, hoạt động và thực hiện, các thành viên trong nhóm 15 đã thuđược rất nhiều kiến thức bổ ích, học hỏi được rất nhiều kỹ năng như kỹ năng hàn mạch, kỹ năng lắp ráp linh kiện, kỹ năng thực hiện công việc hiệu quả, kỹ năng sử dụng 1 số phần mềm như proteus, OrCad, Microsoft Project,…., kỹ năng thuyết trình và làm việc nhóm, biết được cách thức hoạt động của các loại linh kiện điện

tử, 4 quy tắc an toàn khi thực hiện thiết kế mạch và lớn nhất đó là quy trình thiết

kế 1 project hoàn chỉnh của 1 người kỹ sư tương lai

2 Lời cảm ơn:

Các thành viên trong nhóm 15 xin được gửi tới giảng viên hướng dẫn bộ môn Nhập Môn Điện Tử Viễn Thông là thầy Phạm Ngọc Nam lời cám ơn chân thành nhất, cảm ơn thầy đã dìu dắt chúng em hoàn thành bộ môn này

………THE END………