Ìm hiểu và thiết kế thành công thiết kế mạch arduino với 6 Đèn led

- Tìm hiểu về các led có trên thị trường PHAN NOI DUNG Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 DIEN TRO Dién trở là một linh kiện có tính cản tro dòng điện, điện trở tiêu thụ điện năng và chuyên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

MÔN KIÊN TRÚC VÀ HẠ TẦNG MẠNG IoT-7080713

Cán bộ giảng ` Nhóm sinh viên thực hiện

TS Nguyễn Duy Huy

ww

Bộ môn: Khoa học máy tính

Nhóm HP:08

a Se Ke SS

HÀ NỘI - 2022

PHAN MỞ ĐẦU

LÝ DO CHỌN ĐÈ TÀI

Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng phát và tiễn bộ của xã hội Với mục đích phục vụ cho cuộc sông con người ngày càng hoàn thiện và phát triển hơn Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kỹ nguyên công nghệ mới đã và đang

tiếp tục phát triên không ngừng nhằm thông minh hóa, hiện đại hóa hệ thống Vì

vậy em đã chọn đề tài: “ Thiết kế mạch Arduino với 6 đèn LED.(mau tùy ý) nối

với 6 digital pins: 2, 4, 7, 8, 12, 13” để hiệu rõ thêm về mạch điện cơ bản, ứng

dụng của nó trong đời sống thực tế và trên hết là hiệu được cầu tạo, chức năng của

vi điều khiên

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Thực hiện hoàn chỉnh đề tài nghiên cứu và ứng dụng vào đẻ tài thực té

Phát triển dé tai và khắc phục hạn chế gặp phải

Tìm hiểu và thiết kế thành công Thiết kế mạch Arduino với 6 đèn LED.(mảu tùy ý)

nối với 6 digital pins: 2, 4, 7, 8, 12, 13

NHIEM VU NGHIEN CUU

Để thực hiện thành công đề tài “ Thiết kế mạch Arduino với 6 đèn LED

(màu tùy ý) nối với 6 digital pins: 2, 4, 7, 8, 12, 13”, người nghiên cứu đã bỏ ra nhiều thời gian đề tìm hiểu về led, tham khảo cơ sở lý thuyết Trong phạm vi đề tài,

người nghiên cứu thực hiện các nhiệm vụ sau đây:

Đọc kỹ các tài liệu liên quan về mạch điện tử, lập trình căn bản

Bồ trí các led

Nối dây giữa các bóng led với board Arduino

Nap code hiéu cho board Arduino

Tham khảo các led ngoài thực tế và thiết kế sao cho thâm mỹ nhất

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Nghiên cứu các đê tải như sau:

Các giáo trình lý thuyết như: mạch điiện tử, lập trình căn bản

Các sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối của các nhà sản xuất đề ra

Tham khảo các thiết kế có sẵn trên wed và các tài liệu liên quan

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- _ Tham khảo các y kiên của các giảng viên chuyên ngành

2

- Tìm hiểu về các led có trên thị trường

PHAN NOI DUNG Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 DIEN TRO

Dién trở là một linh kiện có tính cản tro dòng điện, điện trở tiêu thụ điện năng

và chuyên thành nhiệt năng và làm một số chức năng khác tùy vào vị trí điện trở trong mạch

Cầu tạo: được cầu tạo từ những vật liệu điện trở suất cao như: than, magie, kim loại

NIO2, oxit kim loại, day quan

Người ta sử dụng các vòng màu để hiển thị giá trị của điện tro

Kí hiệu:

Hình ảnh thực tế:

Hinh 1.1 Hình dạng thực tế của một số điện trở cơ bản

Cách đọc điện trở 4 vòng màu:

® Vạch màu thứ nhất: chi giả trị hàng chục trong øiá trị điện trở

® Vạch màu thứ hai: chỉ giả trị hàng đơn vị trong giả trị điện trở

® Vạch màu thứ ba: chỉ hệ số nhân với gia tri số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

® Vạch màu thứ tư: chỉ giá ntr1J sai số của điện trở

® Diện trở dẫn điện càng tốt thì giả trị của nó cảng nhỏ và ngược lại Giả trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Q), kQ, MQ, hodc GQ

3

4 vach mau

co

MAU Vach 1 Vach 2 Vach 3 He so Dung sai

5 vach mau

Hình 1.2 Bảng cách đọc điện trở theo vòng màu 1⁄2 TỤ ĐIỆN

Tụ điện tích năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường, sau đó năng lượng

được giải phóng Điều này được thể hiện ở đặc tính tích vả phóng điện của tụ điện Tụ điện

gồm 2 bản cực làm bằng chất dẫn điện được đặt song song với nhau, ở giữa là lớp cách

điện gọi là chất điện môi ( giấy tâm dầu, mica, hay gốm, không khí) Chất cách điện được

lay làm tên gọi cho tụ điện ( tụ giấy, tụ dau, tụ gồm hay tụ không khí)

Có 2 loại tụ chính: tụ phân cực và tụ không phân cực Tụ phân cực có trị số lớn và phân biệt âm dương

(ct eto? =| cs

Ky hiéu:

Hinh dang cua tu:

a1 oe @ Be

owe

Hình 1.3 Hình dạng thực tế của một số loại tụ Don vi: don vi của tụ là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn vả trong thực tế người

ta dùng các đơn vị nhỏ hơn:

® Pico Fara(P), IP=1/10”2 Fara

® Nano Fara(N), IN=1/10 Fara

¢ Micro Fara(U), 1U=10° Fara

Cách đọc giá trị trên thân tụ:

® Đọc trực tiếp trên thân tụ

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có trị số điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện

ap cuc dai ma tụ có thể chịu được, nêu vượt qua gia tri nay thi tu co thé chay no hay hư

hỏng

1.3 LED

Cầu tạo của Led: Bản chất của LED là một đi-ốt, nó chứa một chíp bán dan có pha

các tạp chất đê tạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt (kênh P) đến K-tốt (kênh N), khi điện tử lấp đầy chỗ trống

nó sinh ra bức xạ ảnh sáng, các bước sóng phát ra có màu khác nhau tùy thuộc vào tạp chất trong chip bán dẫn

Nguôn cấp dòng cho Led Lãng kính

Sơi núi

Phản sáng Chất bán dẫn

Các chân cực

Lỗ (núi trổ (nôi trông) ‘ ails Hạt điện tử " `" —Z<- SY | Bồ gắn J ánh sáng © e@eee@© Mức dẫn +

: Khen ove nu Mire Fermi

ƒ" e Khe (vung cam) Dương cực Âm cực

Mức hóa trị

Sự chuyên dời của hạt điện và lô qua môi nôi PN

và hình ảnh của Led

Hoạt động của LED:

® giống như nhiều loại đi-ốt bán dẫn khác Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau ( tùy màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vảo cầu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

® Tùy vào từng loại LED mà điện ap phan cực thuận khác nhau Đối với LED thường thì điện áp phân cực thuận khoảng 1,5V đến 2,5V; còn đối với LED siêu sáng thì điện áp phân cực thuận có thể lên tới 5V

® khi LED hoạt động bình thường thì cường độ điện từ IŨmA đến 50mA

Hình dạng một số loại led:

l M a:

Hình 1.5 Các loại led

1.44 BOARD ARDUINO UNO R3

HÌNH 1.6 HÌNH DANG THUC TE CUA ARDUINO UNO R3

1.4.1 THONG SO KY THUAT CUA ARDUINO UNO R3

VI DIEU KHIEN ATMEGA328 HO 8BIT

DIEN AP THONG DUNG 5V DC( CHI BUGC CAP QUA CONG USB)

TAN SO HOAT DONG 16 MHz

DONG TIEU THU KHOANG 30MA

DIEN AP VAO KHUYEN DUNG 7-12v DC

DIEN AP VAO GIGI HAN 6— 20V DC

SO CHAN DIGITAL I/O 14 (7 CHAN HARDWWARE PWM)

SO CHAN ANALOG 6 (ĐỘ PHẦN GIẢI 10BIT)

DONG TOI DA TREN MOI CHAN | 30 MA

1/0

DONG RA TOI DA (5V) 500 MA

DONG RA TOI DA (3,3V) 50 MA

8

BỘ NHÓ FLASH 32 KB (ATMEGA328) VỚI 0,5KB DUNG TỚI

BOOTLOADER

SRAM 2 KB (ATMEGA328)

EEPROM 1KB (ATMEGA328)

1.4.2 VI ĐIÊU KHIỂN ARDUINO UNO R3

ARDUINO UNO CO THE SU DUNG 3 VI DIEU KHIEN HOI 8BIT AVR LA

ATMEGA8, ATMEGA168, ATMEGA328 CHIP NAY CO THE XU LI TIN HIEU CHO XE DIEU KHIEN TU XA, LAM MOT TRAM DO NHIET BO - BO AM VA HIEN THI LEN MAN HiNH LCD

NGUON ARDUIN UNO R3 CO THE DUGC CAP NGUON QUA: THONG QUA CONG USB VỚI MỨC ĐIỆN ÁP 5V, NGUỎN NGOÀI DÙNG VỚI ĐIỆN ÁP LÀ 7 - 12V DC

VÀ GIỚI HẠN LÀ 6 — 20V THONG THUONG BAN CÓ THE SU DUNG PIN 9V DE CAP NGUON CHO ARDUINO

1.4.3 CAC CHAN NANG LUONG CUA ARDUINO UNO R3

GND (GROUND): CUC AM CUA NGUON DIEN CAP CHO ARDUINO UNO KHI BAN DUNG CAC THIET BI] SU DUNG NHUNG NGUON DIEN RIENG BIET THI NHUNG CHAN NAY PHAI DUGC NOI VOI NHAU

5V: CAP DIEN AP 5V CHO DAU RA DONG TOI DA CHO PHEP G CHAN NAY LA 500MA

3,3V: CAP DIEN AP 3,3V DAU RA DONG TOI DA CHO PHEP GO CHAN NAY LA 50MA

VIN (VOLTAGE INPUT): DE CAP CHO NGUON NGOAI ARDUINO UNO, BAN NOI CUC DUGNG CUA NGUON VOI CHAN NAY VA CUC AM CUA NGUON VOI CHAN GND

IO-REF: DIEN AP HOAT DONG CUA VI DIEU KHIEN TREN ARDUINO UNO CO THE DUGC DO G CHAN NAY VÀ DĨ NHIÊN NO LUON LA 5V MAC DU VAY BAN KHONG DUGC LAY NGUON 5V TU CHAN NAY DE SU DUNG BOI CHUC NANG CUA NO KHONG PHAI LA CAP NGUON

RESET: VIEC NHAN NUT RESET TREN BOARD RESET VI DIEU KHIEN TƯƠNG DUGNG VOI VIEC CHAN RESET DUGC NOI VGI GND QUA | DIEN TRG 10K Q LƯU Ý:

® ARDUINO UNO KHÔNG CÓ BẢO VỆ KHI CÁM NGƯỢC NGUÒN VÀO: DO ĐÓ

BAN PHAI HET SUC CAN THAN, KIEM TRA CAC CUC AM — DUGNG CUA NGUON

9

TRƯỚC KHI CAP CHO ARDUINO UNO VIEC LAM CHAP MACH NGUON VAO SE LAM ARDUINO KHÔNG SỬ DỤNG ĐƯỢC NỮA TRONG THỜI GIAN ĐẦU TIM HIEU TOT NHAT HAY SU DUNG NGUON CAP QUA CONG USB

e CAC CHAN 3,3V VA 5V TREN ARDUINO: LA CAC CHAN DUNG DE CAP

NGUON RA CHO CAC THIET BI KHAC, KHONG PHAI LA CAC CHAN CAP NGUON

VAO VIEC CAP NGUON SAI VI TRI CO THE LAM HONG BOARD

® CẤP NGUÒN: KHI CAP NGUON NGOÀI KHÔNG QUA CONG USB CHO ARDUINO UNO VGI DIEN AP DUGI 6V CO THE LAM HONG BOARD

® CAP DIEN AP: KHI CAP TREN 3V VAO CHAN RESET TREN BOARD CO THE

LAM HONG VI DIEU KHIEN ATMEGA328

® CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀO/RA: Ở TẤT CẢ CÁC CHAN DIGITAL VA ANALOG

CUA ARDUINO UNO VƯỢT QUÁ 200MA SE LAM HONG VI DIEU KHIEN

® CAP DIEN AP: TREN 5,5V VAO CAC CHAN DIGITAL HOAC ANALOG BAT Ki

CUA ARDUINO UNO SE LAM HONG VI DIEU KHIEN

© CUONG DO DONG DIEN: QUA MOT CHAN DIGITAL HOAC ANALOG BAT Ki

CUA ARDUINO UNO VUGT QUA 40MA SE LAM HONG VI DIEU KHIEN DO DO NEU

KHONG DUNG DE TRUYEN NHAN DU LIEU, BAN PHAI MAC MOT DIEN TRG HAN

DONG

BO NHGO CUA ARDUINO UNO R3

VI DIEU KHIEN ATMEGA328 TIEU CHUAN CUNG CAP CHO NGUGI DUNG:

© 32KB BO NHO NGOAI FLASH: NHUNG DOAN LENH BẠN LẬP TRÌNH SẼ

ĐƯỢC LƯU TRỮ TRONG BO NHG FLASH CUA VI DIEU KHIEN SE CO KHOANG VAI

KB TRONG SO NAY SE DUGC DUNG CHO BOOTLOADER NHUNG THUGNG THÌ ÍT KHI NAO PHAI SU DUNG QUA 20KB BỘ NHỞ NÀY

¢ 1KB cHO EEPROM (ELECTRICALLY ERASEBLE PROGRAMMABLE

READ ONLY MEMORY): TUGNG TU NHU MOT CHIEC Ö CỨNG MINI — NƠI CÓ THẺ DOC VA GHI DU LIEU VAO BAY MA KHONG PHAI LO BI MAT KHI MAT DIEN GIONG

NHU DU LIEU TREN SRAM

10

ĐIGITAL (PWM~) ˆ 5

-

nx.ươn ARDUINO

HÌNH 1.7 HINH DANG THUC TE CUA ARDUINO UNO R3

1.4.4 CONG VAO/RA CUA ARDUINO UNO R3

ARDUINO UNO CO 14 CHAN DIGITAL DUNG DE DIC HOAC XUAT TIN HIEU CHUNG CHI CO 2 MUC BIEN AP LA 0V VÀ 5V VỚI DÒNG VAO/RA TOI DA TREN MOI CHAN LA 40MA G MOI CHAN ĐỀU CÓ CAC BIEN TRG PULL — UP TU ĐƯỢC CÀI ĐẶT NGAY TRONG VI DIEU KHIEN ATMEGA328 (MAC DINH THI CAC DIEN TRG NAY KHONG DUG KET NOI)

MOT SO CHAN DIGIATL CO CAC CHUC NANG DAC BIET NHU SAU:

© 2 CHAN SERIAL: 0 (RX) VA 1 (TX): DUNG DE GUI (TRANSMIT — TX) VA NHAN (RECEIVE — RX) DU LIEU TTL SERIAL ARDUINO UNO CO THE GIAO TIEP VGI THIẾT BỊ KHAC THONG QUA 2 CHAN NAY KET NOI BLUETOOTH THUONG THAY

CHINH LA KET NOI SERIAL KHONG DAY NEU KHONG CAN GIAO TIEP SERIAL, BAN

KHONG NEN SU DUNG 2 CHAN NAY NEU KHONG CAN THIET

© CHAN PWM (~):3, 5, 6, 9, 10 VA 11: CHO PHEP BAN XUAT RA XUNG PWM

VỚI DO PHAN GIAI 8BIT (GIA TRI TU 0 > 28 — 1 TUGNG ỦNG VỚI 0V—>5V) BẰNG HAM ANALOGWRITE() NÓI MỘT CÁCH ĐƠN GIẢN, BẠN CÓ THẺ ĐIÊU CHỈNH ĐƯỢC ĐIỆN ÁP RA Ở CHAN NÀY TỪ MỨC 0V ĐÈN 5V THAY VỈ CHỈ CÓ ĐỊNH Ở MỨC 0V VÀ

5V NHU NHUNG CHAN KHAC

11

© CHAN GIAO TIEP SPI: 10 (SS), 11 (MOSD, 12 (MISO), 13 (SCK) NGOAI

CAC CHUC NANG THONG THUONG, 4 CHAN NAY CONG DUNG DE TRUYEN PHAT DU

LIEU BANG GIAO THUC SPI VOI CAC THIET BI KHAC

¢ LED 13: TREN ARDUINO UNO CO | DEN LED MAU CAM (KI HIEU CHỮ L) KHI BAM NUT RESET BAN SE THAY DEN NHAP NHAY DE BSO HIEU NÓ ĐƯỢC NÓI VỚI CHAN SO 13 KHI CHAN NAY ĐƯỢC NGƯỜI DÙNG SỬ DUNG LED SE SANG

® 6 CHAN ANALOG (A0—>A5): CUNG CAP DO PHAN GIẢI TÍN HIỆU 10BIT (0-210 — 1) ĐẼ ĐỘC GIÁ TRỊ ĐIỆN ÁP TRONG KHOẢNG 0V—›5V

¢ Chan AREF: dé dua vao dién áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thê dùng các chân analog đề đo điện

áp trong khoảng từ 0V-›2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

¢ 2 chan a4 (SDA) va A5 (SCL): hé trợ giao tiếp 12C/TWI với các thiết bị khác

1.4.5 Giới thiệu phan mém Arduino IDE

ARDUINO UNO R3 BUGC LAP TRINH DU’ TREN NGON NGU WRRING (DAY LA MOT

SO BIEN THE CUA C/C++), Do VAY CO THE NOI NGON NGU LAP TRINH ARDUINO

BAT NGUON TU C/C++ PHO BIEN HIEN NAY DO DO RAT DE HOC, DE HIEU DE LAP TRINH CUNG NHU GUI LENH VA NHAN TIN HIEU TU MACH ARDUINO, NHOM PHAT

TRIEN DU AN NAY DA CUNG CAP DEN NGUGI DUNG MOT MOI TRUGNG LẬP TRÌNH

ARDUINO ĐƯỢC GOI LA ARDUINO IDE (INTERGRA TED DEVELOPMENT

ENVIRONMENT) GOM CAC THANH PHAN CHINH:

® GIAO DIEN

Ving File Edit Sketch Tools Help

lệnh

Blink $

void setup() {

pinMode{led, OUTPUT):

}

Vung

viết wvoid 1oop(}) |

cđli gital1rite(1ed„ HIGH)z

chương delay(1000) ¿

trình d1g1ta1Urite(led, L0OW}¿

delay {1000) ;

)

~

Vung

théng

bao

&rduino Uno w# ATmega8A on COM43

12

HÌNH 1.8 GIAO DIEN PHAN MEM ARDUINO 1.0.5

© VUNG LENH: BAO GOM CAC NUT LENH MENU (FILE, EDIT, SKETCH, TOOLS,

HELP) PHIA DUGI LA CAC ICON CHO PHEP SU’ DUNG NHANH CAC CHỨC NĂNG THUGNG DUNG CUA IDE DUGC MIEU TA NHU SAU:

| Chire nang Bién dich chuong trinh dang soan

| thao de kicm tra cac loi lap trình

Hiến dich va upload churoeng trinh

| dang soan thao

Mo mot trang soan thao mGi

Mở các chương trình đã lưu

Luu chuong trinh dang soan

Me cura s6 Serial Monitor dé gui va nhan clữ liệu giữa may tinh va board Arduino

® ˆ - _

® VÙNG VIẾT CHƯƠNG TRÌNH: BẠN SE VIET CAC DOAN MA CUA MINH TAI

DAY TEN CHUGNG TRINH CUA BAN DUGC HIEN THI NGAY DUGI CAC ICON, O DAY NO TEN LA “BLINK”

13