Báo cáo Đề tài sinh viên Đề tài triển khai hệ thống Điều chế số trên kit fpga de10 lite

LCD Liquid Crystal Display là một công nghệ hiển thị hình ảnh phổ biến, được sử dụng trong nhiều thiết bị như màn hình máy tính, TV, điện thoại di động, máy tính bảng, đồng hồ và nhiều t

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1



BÁO CÁO ĐỀ TÀI SINH VIÊN

ĐỀ TÀI: TRIỂN KHAI HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ SỐ TRÊN

KIT FPGA DE10 - LITE

Giảng viên hướng

LCD (Liquid Crystal Display) là một công nghệ hiển thị hình ảnh phổ biến, được sử dụng trong nhiều

thiết bị như màn hình máy tính, TV, điện thoại di động, máy tính bảng, đồng hồ và nhiều thiết bị điện

LCD sử dụng các tinh thể lỏng để điều khiển sự truyền ánh sáng Các thành phần chính bao gồm:

 Lớp tinh thể lỏng: Là thành phần chính có thể thay đổi hướng khi chịu tác động của điện

trường

 Đèn nền (Backlight): Ánh sáng từ đèn nền đi qua các lớp màn hình để hiển thị hình ảnh.

 Bộ lọc phân cực (Polarizer): Kiểm soát hướng ánh sáng.

 Điện cực: Điều chỉnh điện áp để thay đổi hướng của các tinh thể lỏng, từ đó điều khiển

lượng ánh sáng đi qua

 Lớp màu RGB (Red, Green, Blue): Tạo ra màu sắc.

Khi một điện áp được áp dụng lên tinh thể lỏng, nó sẽ thay đổi hướng ánh sáng, làm cho ánh sáng đi

qua hoặc bị chặn, từ đó tạo ra các điểm ảnh (pixel) sáng hoặc tối

2 Các loại LCD phổ biến

a TN (Twisted Nematic)

 Đặc điểm:

o Giá rẻ

o Tốc độ phản hồi nhanh

o Góc nhìn và chất lượng màu sắc không tốt bằng các loại khác

 Ứng dụng: Màn hình giá rẻ, gaming cần tốc độ phản hồi cao

b IPS (In-Plane Switching)

 Đặc điểm:

o Màu sắc sống động và chính xác

o Góc nhìn rộng

o Tiêu thụ năng lượng cao hơn TN

 Ứng dụng: Điện thoại, màn hình chuyên đồ họa, TV cao cấp

c VA (Vertical Alignment)

 Đặc điểm:

o Tỷ lệ tương phản cao hơn TN và IPS

o Góc nhìn rộng nhưng không bằng IPS

o Thích hợp cho môi trường tối

 Ứng dụng: TV, màn hình máy tính phổ thông.

d LCD với công nghệ LED (LED-backlit LCD)

 Đặc điểm:

o Sử dụng đèn LED làm đèn nền thay vì đèn CCFL truyền thống

o Tiết kiệm năng lượng hơn, mỏng hơn, và bền hơn

 Ứng dụng: TV, laptop, điện thoại

3 Ưu điểm của LCD

 Kích thước mỏng: Thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm không gian.

 Tiêu thụ năng lượng thấp: So với màn hình CRT (Cathode Ray Tube) cũ.

 Chất lượng hình ảnh sắc nét: Độ phân giải cao, hiển thị màu sắc tốt (đặc biệt trên màn hình

IPS)

 Độ bền cao: Ít bị hiện tượng cháy hình (burn-in) như công nghệ OLED.

4 Nhược điểm của LCD

 Góc nhìn hạn chế (đặc biệt với TN): Hình ảnh bị biến dạng hoặc nhạt màu khi nhìn từ các góc

khác nhau

 Tỷ lệ tương phản thấp: Không thể hiện màu đen sâu như OLED.

 Phản hồi chậm (so với OLED): Dễ gặp hiện tượng bóng mờ (ghosting) trong các cảnh chuyển

động nhanh

 Cần đèn nền: Phụ thuộc vào đèn nền, không thể tự phát sáng.

5 Ứng dụng của LCD

 Màn hình điện thoại và máy tính bảng: Công nghệ IPS hoặc AMOLED (LCD cải tiến) phổ biến.

 TV và màn hình máy tính: Từ dòng phổ thông đến cao cấp.

 Thiết bị công nghiệp: Đồng hồ, máy móc, bảng điều khiển.

 Xe hơi: Hiển thị trên bảng điều khiển trung tâm hoặc màn hình HUD.

6 Xu hướng phát triển

 LCD Mini-LED: Sử dụng các đèn LED nhỏ hơn để cải thiện độ sáng và tỷ lệ tương phản.

 LCD năng lượng thấp: Tập trung vào việc giảm tiêu thụ điện năng.

 Tích hợp công nghệ HDR: Cải thiện khả năng hiển thị chi tiết trong vùng sáng và tối.

So sánh LCD với OLED

Nguồn sáng Đèn nền Tự phát sáng

Tỷ lệ tương phản Thấp hơn Cao hơn (màu đen sâu)

Tiêu thụ năng lượng Cao hơn trong cảnh tối Thấp hơn trong cảnh tối

Đặc điểm LCD OLED

Độ bền Ít bị burn-in Dễ bị burn-in hơn

Giá thành Rẻ hơn Đắt hơn

Các loại màn hình LCD phổ biến, bao gồm cách hoạt động, ưu nhược điểm và ứng dụng của từng

loại:

1 TN (Twisted Nematic)

Cách hoạt động:

 Trong trạng thái mặc định, các tinh thể lỏng xoắn 90 độ, cho phép ánh sáng đi qua

 Khi áp dụng điện áp, các tinh thể thẳng hàng, chặn ánh sáng đi qua

 Đây là loại màn hình LCD cơ bản và lâu đời nhất

Ưu điểm:

 Tốc độ phản hồi nhanh (1-5ms): Lý tưởng cho game thủ.

 Tần số quét cao: Hỗ trợ tần số quét lên đến 240Hz, phù hợp với gaming.

 Giá thành rẻ: Phù hợp với người dùng cơ bản và ngân sách thấp.

Nhược điểm:

 Góc nhìn hẹp: Hình ảnh bị mờ hoặc nhạt màu khi nhìn từ các góc khác nhau.

 Chất lượng màu sắc kém: Dải màu và độ chính xác thấp hơn IPS và VA.

Ứng dụng:

 Gaming giá rẻ

 Các màn hình không yêu cầu cao về góc nhìn hoặc màu sắc

2 IPS (In-Plane Switching)

Cách hoạt động:

 Các tinh thể lỏng được sắp xếp song song với mặt phẳng màn hình

 Khi điện áp thay đổi, các tinh thể xoay nhưng vẫn giữ sự đồng bộ, cho phép ánh sáng đi qua

đều hơn

Ưu điểm:

 Màu sắc sống động và chính xác: Thích hợp cho thiết kế đồ họa, chỉnh sửa ảnh/video.

 Góc nhìn rộng (178°): Giữ màu sắc và độ sáng ổn định khi nhìn từ các góc khác nhau.

 Trải nghiệm thị giác tốt: Phù hợp cho nội dung HDR.

Nhược điểm:

 Tốc độ phản hồi chậm hơn TN: Thường từ 4-5ms (một số model cao cấp đạt 1ms).

 Tiêu thụ năng lượng cao hơn TN.

 Chi phí sản xuất cao hơn: Giá thành đắt hơn TN.

Ứng dụng:

 Điện thoại thông minh, máy tính bảng, và màn hình laptop

 Màn hình đồ họa chuyên nghiệp

 TV cao cấp

3 VA (Vertical Alignment)

Cách hoạt động:

 Tinh thể lỏng xếp dọc trong trạng thái nghỉ, chặn ánh sáng

 Khi áp dụng điện áp, tinh thể nghiêng để ánh sáng đi qua

Ưu điểm:

 Tỷ lệ tương phản cao (3.000:1 đến 5.000:1): Màu đen sâu, hiển thị chi tiết trong vùng tối tốt

hơn

 Góc nhìn tương đối tốt: Tốt hơn TN, nhưng không bằng IPS.

 Chất lượng màu sắc ổn định hơn TN.

Nhược điểm:

 Tốc độ phản hồi trung bình: Thường từ 4-8ms, không phù hợp cho gaming tốc độ cao.

 Hiện tượng "smearing": Bóng mờ xuất hiện trong cảnh tối khi chuyển động nhanh.

Ứng dụng:

 TV.

 Màn hình đa năng, sử dụng trong môi trường tối

 Màn hình trung cấp và cao cấp

LCD có nhiều loại khác nhau, từ các màn hình nhỏ như LCD 16x2 hoặc 20x4

trong vi điều khiển đến các màn hình lớn như LCD dùng trong TV hoặc máy

tính Mỗi loại có các chân cắm khác nhau, nhưng chúng thường chia sẻ nguyên

tắc hoạt động cơ bản

1 LCD ký tự (như LCD 16x2 hoặc 20x4)

Loại LCD này sử dụng bộ điều khiển Hitachi HD44780 hoặc tương tự Thường

có 16 chân cắm (có thể ít hơn nếu sử dụng module với giao tiếp I2C hoặc SPI)

15 LED+ Nguồn dương cho đèn nền (Backlight).

16 LED- Nguồn âm cho đèn nền (Backlight)

Lưu ý:

 Một số module chỉ sử dụng 4 chân dữ liệu (D4-D7) để giảm số lượng chân

cần điều khiển

 Biến trở (hoặc điện áp) kết nối vào chân VO để điều chỉnh độ tương phản

màn hình

2 LCD đồ họa (Graphical LCD)

LCD đồ họa phổ biến như LCD 128x64, sử dụng chip điều khiển như KS0108

hoặc tương tự Các chân thường bao gồm:

5 RW Read/Write: Lựa chọn đọc/ghi dữ liệu.

6 E Enable: Kích hoạt truyền dữ liệu.

7-14

D0-D7

Bus dữ liệu: Truyền dữ liệu (8 bit).

15 CS1 Chọn vùng màn hình bên trái (Chip Select

Nguồn dương cho đèn nền.

20 LED- Nguồn âm cho đèn nền

3 LCD sử dụng giao tiếp I2C

LCD này được tích hợp sẵn module I2C để giảm số lượng chân điều khiển, chỉ

4 LCD TFT (Thin Film Transistor)

LCD TFT thường được sử dụng trong các màn hình hiển thị đồ họa màu (như

Arduino TFT, Raspberry Pi) Chân cắm sẽ tùy thuộc vào module, nhưng thường

8 LED+ Nguồn cho đèn nền.

9 LED- Ground cho đèn nền

5 LCD trong TV và màn hình lớn

LCD trên TV hoặc màn hình máy tính thường sử dụng các cổng giao tiếp cao cấp

hơn như HDMI, DisplayPort, DVI hoặc VGA Các tín hiệu này được giải mã bởi

vi điều khiển tích hợp bên trong TV hoặc màn hình

Cách sử dụng các chân cắm LCD thông dụng

1 LCD 16x2: Dùng với Arduino hoặc vi điều khiển, bạn cần kết nối đúng

các chân (VCC, GND, RS, E, D4-D7) và lập trình qua thư viện như

LiquidCrystal của Arduino

2 LCD đồ họa: Sử dụng các thư viện như U8g2 hoặc giao tiếp theo chuẩn

SPI/I2C

3 LCD I2C: Chỉ cần kết nối SDA và SCL vào vi điều khiển tương ứng, rất

đơn giản để lập trình

4 LCD TFT: Thường giao tiếp SPI hoặc Parallel, cần cài đặt thư viện như

Adafruit_GFX hoặc TFT_eSPI

Các lệnh thường gặp khi làm việc với màn hình LCD 16x2 hoặc 20x4 sử dụng chip điều khiển

HD44780 (hoặc tương tự).

1 Lệnh cơ bản (Basic Commands)

Các lệnh này được gửi đến LCD qua chế độ command (RS = 0).

Mã Hex Mã Nhị Phân Ý Nghĩa

0x01 00000001 Xóa màn hình: Xóa toàn bộ màn hình và đưa con trỏ về đầu.

0x02 00000010 Đưa con trỏ về đầu dòng (Home).

Mã Hex Mã Nhị Phân Ý Nghĩa

0x04 00000100 Di chuyển con trỏ trái, tắt cuộn màn hình.

0x05 00000101 Di chuyển con trỏ trái, cuộn màn hình cùng chiều.

0x06 00000110 Di chuyển con trỏ phải, không cuộn màn hình.

0x07 00000111 Di chuyển con trỏ phải, cuộn màn hình cùng chiều.

0x08 00001000 Tắt màn hình: Tắt màn hình hiển thị (Display OFF).

0x0C 00001100 Bật màn hình, tắt con trỏ.

0x0E 00001110 Bật màn hình, bật con trỏ (Dấu gạch chân).

0x0F 00001111 Bật màn hình, con trỏ nhấp nháy.

2 Lệnh điều chỉnh màn hình (Function Set)

Các lệnh này cấu hình chế độ hoạt động của LCD

Mã Hex Mã Nhị Phân Ý Nghĩa

0x20 00100000 Chọn chế độ 4-bit, 1 dòng, ma trận 5x8 pixel.

0x28 00101000 Chọn chế độ 4-bit, 2 dòng, ma trận 5x8 pixel.

0x30 00110000 Chọn chế độ 8-bit, 1 dòng, ma trận 5x8 pixel.

0x38 00111000 Chọn chế độ 8-bit, 2 dòng, ma trận 5x8 pixel.

Mã Hex Mã Nhị Phân Ý Nghĩa

3 Lệnh điều khiển con trỏ và cuộn màn hình

Dùng để di chuyển con trỏ hoặc cuộn nội dung hiển thị

Mã Hex Mã Nhị Phân Ý Nghĩa

0x10 00010000 Di chuyển con trỏ sang trái một ô.

0x14 00010100 Di chuyển con trỏ sang phải một ô.

0x18 00011000 Cuộn toàn màn hình sang trái.

0x1C 00011100 Cuộn toàn màn hình sang phải.

4 Lệnh địa chỉ DDRAM (Data Display RAM)

Lệnh này cho phép bạn đặt con trỏ ở vị trí cụ thể trên màn hình

LCD sử dụng DDRAM (Display Data RAM) để lưu nội dung hiển thị.

Mã Hex Địa chỉ Dòng Ý Nghĩa

0x80 0x00 Con trỏ ở đầu dòng 1.

0xC0 0x40 Con trỏ ở đầu dòng 2.

Mã Hex Địa chỉ Dòng Ý Nghĩa

0x94 0x14 Con trỏ ở đầu dòng 3 (LCD 4 dòng).

0xD4 0x54 Con trỏ ở đầu dòng 4 (LCD 4 dòng).

5 Lệnh định nghĩa ký tự tùy chỉnh (CGRAM - Custom Characters)

LCD có CGRAM (Character Generator RAM), cho phép bạn tạo tối đa 8 ký tự tùy chỉnh.

Quy trình:

1 Gửi lệnh để đặt địa chỉ CGRAM (0x40 đến 0x7F)

2 Gửi 8 byte dữ liệu để định nghĩa hình dạng ký tự

Mã Hex Ý Nghĩa

0x40 Địa chỉ CGRAM, bắt đầu định nghĩa ký tự tùy chỉnh

6 Lệnh nâng cao (Display Shift & Cursor Move)

Điều chỉnh hiển thị hoặc con trỏ mà không làm thay đổi nội dung trong DDRAM

Mã Hex Ý Nghĩa

0x07 Cuộn con trỏ sang trái, di chuyển màn hình cùng chiều

 Gửi 0x41 để hiển thị ký tự 'A'.

 Gửi 0x20 để hiển thị khoảng trắng

sendCommand(0x06); // Con trỏ tự động di chuyển phải

Ví dụ, định nghĩa một ký tự mũi tên lên:

sendCommand(0x40); // Đặt địa chỉ CGRAM

Nếu bạn sử dụng các hệ thống như Arduino hoặc vi điều khiển, bạn có thể sử dụng các thư viện như:

 Arduino LiquidCrystal: Đơn giản và phổ biến.

 mbed TextLCD: Cho vi điều khiển ARM Cortex.