Phân tích tổng quát sơ đồ khối của hệ thống

Phân tích tổng quát sơ đồ khối của hệ thống

Chơng 1: Phân tích tổng quát và sơ đồ khối của hệ

thống

I Sơ l ợc hoạt động của toàn bộ hệ thống

Mạch hoạt động dựa trên nguyên tắc mạch điều khiển màn hình tinh thể lỏng (LCD controller ) , Màn hình đợc chia thành nhiều hàng và cột , Tơng ứng mỗi hàng và mỗi cột là một ký tự đợc mã hoá địa chỉ và đợc lu giữ ứng với một ô nhớ trong bộ nhớ RAM đệm.ở đây chúng ta thiết kế màn hình gồm 8 hàng và 16 cột.=> Cần 3 tín hiệu giải mã hàng và 4 tín hiệu giải mã cột.Tổng cộng có tât cả 7 bít địa chỉ để xác định vị trí 1 ký tự trên màn hình Vậy ta cần chọn RAM có dung lợng tối thiểu là 27 byte =128 byte

Mỗi ký tự trên màn hình đợc hiển thị bởi một đèn LED 5x7 bản chất của nó là các diode phát quang đợc kết nối với nhau theo từng hàng và từng cột (xem phụ lục ) Tơng tự nh vậy , các ma trận đèn lại đợc tổ chức thành từng hàng và cột trên màn hình hiển thị

Mỗi ma trận đèn hiển thị một ký tự trong bảng mã ASCCI Các mẫu ký tự này th ờng

đ-ợc tạo sẵn và lu trữ cố định trong một vi mạch nhớ ROM ( ROM Word Generater –Xem phụ lục II) Mỗi ký tự tơng ứng với 1 từ mã để mã hoá Số lợng từ mã này phụ thuộc vào sự đa dạng của các ký tự ta cần hiển thị theo quy tắc sau

q  log2 n

q : số từ mã ( số bít tối thiểu cần mã hoá )

n : số lợng ký tự khác nhau cần hiển thị

Trong bài thiết kế mã hoá 64 ký tự => cần tối thiểu 6 bít mã hoá (D0 –D5)

Mỗi ô nhớ trong ROM gồm 7 bít đợc đa vào tơng ứng với 7 hàng của ma trận LED 5x7 Bít =1 hiển thị đèn sáng và ngợc lại ,bít =0 đèn tắt Mỗi ký tự đợc lu giữ 5 vị trí cố định liền kề nhau trong ROM đợc lần lợt đọc ra tơng ứng với số lần đếm của bộ đếm 6.Nh vậy ta cần chọn ROM tối thiểu có 9 bít địa chỉ

tơng đơng với dung lợng 29 =512 kbyte bao gồm 6 bít mã hoá (D0 –D5) nhận từ RAM

và 3 bít của bộ đếm 6 (D6 –D8)

Toàn bộ hệ thống đợc chia làm 2 khối lớn là khối điều khiển và Khối quét và giải mã nh hình vẽ

Khối điều khiển bao gồm nguồn phát cung cấp điện áp 1 chiều 5v và 12v cho toàn bộ hệ

thống,Khối kết nối máy tính kết nối qua cổng song song,Một ROM phát ký tự , RAM đệm dữ liệu, các thanh ghi chốt và đệm dữ liệu để phối hợp ghi đọc,bộ đếm 5 đếm cột ký tự và bộ đếm 16x8 đếm hàng và cột của màn hình, Bộ phát xung CLOCK , Khối RESET khởi tạo lại hệ thống về trạng thái ban đầu ( các bộ đếm ở trạng thái 0 )

Khối quét và giả mã gồm các bộ giải mã 4/16 giải mã cột và bộ giải mã 3/8 giải

mã hàng ,Bộ quét ký tự là các bộ giải mã 3/5 và bộ đệm dứ liệu dùng phối hợp giải mã để chọn hàng đa dữ liều vào

Màn hình hiển thị

Quét ký tự

Đệm dữ liệu

Giải mã hàng (8 hàng )

Rom phát ký tự

Đếm (8x16)

Đệm 2 chiều

Ram

MT

Giải mã cột ( 16 cột ) Chốt

địa chỉ

CLOCK

Chốt ghi

Đệm

đọc

Khối

nguồn

Đếm 5 RESET

Cổng

song

song

Q 0 -Q 3

Q 0 -Q 6

Q 4 -Q 6

Q 0 -Q 6

D 0 -D 5

A 0 -A 6 A 0 -A 6

A 0 -A 6

AD 0 -AD 5

D 6

A 0 -A 6

D 6 -D 8

QA,QB,QC (D 6 -D 8 )

D 6 -D 8

hàng

5x16 cột

8 hàng

16 cột

Sơ đồ khối mạch điều khiển màn hình văn bản hiển thị bằng ma trận đèn LED 5x7

EW Vcc

AW

AF

EW

POWER

Vcc

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

Rb

17 16 15 14 13 12 11

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

2 3 4 5 6 7 8 9

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7

74LS245

1 19

DIR E

DEM 2 CHIEU

OE LE

1 11

74LS373

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

3 4 7 8 13 14 17 18

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

LATCH

2 5 6 9 12 15 16 19

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6

D0 D1 D2 D3 D4 D5

STROBE( TáCH KÊNH)

BUSY - EW

IC27

IC34

T

II Sơ đồ nguyên lý và chức năng của các khối

1 Khối điều khiển

a, kết nối máy tính

Việc điều khiển ghi, đọc dữ liệu đợc thực hiện bởi máy tính ghép nối qua cổng song song 25 chân( Cổng máy in – Xem phụ luc II ) Cổng song song máy tính có 9 đầu ra và 1 đầu vào

6 đầu ra từ chân 2- chân7 là Bus dồn kênh AD0 ->AD5 ,chân 8 là A6 , tín hiệu điều khiển tách kênh đọc ghi STROBE ở chân 1 , và 1 cho phép ghi AF ở chân 14 , chân 13 và 17 kết nối với nguồn để khởi động hệ thống

1 đầu vào BUSY ở chân 11 dùng làm chế độ bắt tay để phối hợp ghi , đọc.Ta có bảng sau:

Chân 2-Chân 7 ( AD0- AD5 ) Ra Hợp kênh địa dhỉ và dữ liệu

Chân 10 ( BUSY ) – EW Vào Cho phép ghi

Chân 14 (AF) –AW Ra Đồng ý ghi

Tín hiệu tách kênh hoạt động nh sau :

Khi nhận đợc tín hiệu EW (enable write ) của hệ thống ở mức cao cho phép ghi nếu máy tính đồng ý sẽ đa ra tín hiệu AW (acept write ) và qua trình truyền dữ liệu bắt

đầu

DEM1CHIEU

1

2 4 6 8 11 13 15 17

1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G

18 16 14 12 9 7 5 3

1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 Vcc

Vcc

Xoá đếm 16x8 Xoá đếm 6

EW

AW

Truyền dữ

Tách kênh (AF)

Chân 13 và 14 đợc phối hợp để khởi động hệ thống Khi bật công tăc POWER tín hiệu

đợc đa vào chân 13 ,lúc này chân 17 vẫn ở mức cao => đèn T tắt ,Vcc=0 Hệ thống cha đợc cấp nguồn Nếu máy tính cho phép khởi động

( ấn F1 ) sẽ đa ra chân 17 ở mức thấp ,T thông ,Vcc = Vn khởi động hệ thống

Đệm dữ liệu (74LS245) và chốt địa chỉ ( 74LS373 ) dùng để tách kênh địa chỉ và dữ liệu

b, Khối nguồn

tạo điện áp 1 chiều 12V và 5V cung cấp cho toàn bộ hệ thống ,đợc kết nối với chân 13

và 17 của cổng song song để thực hiện khởi động hệ thống Mạch dễ dàng thực hiện bằng một biến thế hạ áp 2 mức điện áp (để tạo 2 mức điện áp 1 chiều là 5v và 12v ) rồi đ a đến bộ chỉnh lu cầu thông dụng sau cùng đi qua mạch ổn áp tạo điện áp ổn định Vn =5v

c,Khối RESET

nối với các đầu xoá của các bộ đếm có nhiêm vụ xoá tất cả các trạng thái về trạng thái ban đầu

là 0

phát xung CLOCK đa vào bộ đếm 6 THực hiện bởi IC định thời 555

Vấn đề quan trọng ở đây là ta phải chọn R và C bằng bao nhiêu để tần số làm việc cần thiết để tốc độ quét đủ nhanh sao cho mắt ngời không cảm nhận đợc sự nhấp nháy của đèn trong mỗi chu kỳ quét

Chúng ta biết rằng với tốc độ hiển thị 50 lần /s thì mắt ngời không cảm nhận đợc đèn nhấp nháy trong bài thiết kế này mỗi chu kỳ quét 16 cột và 8 hàng, mỗi ký tự cần 5 xung đếm CLK => một chu kỳ quét là

T = 16x8x5 Tc =640 Tc

 F =fc/650

 F= 50 Hz

 fc = 50 x 650 = 32500 Hz

 fc = 1/(2RC) Chọn R = 10  , C= 1 => fc= 50000 Hz =50kHz

<=> Tc = 20 s

2 Khối quét và giải mã hàng và cột

Bộ đếm 5 (IC38) đợc thiết kế dựa trên IC7493 là bộ đếm nhị phân cấu tạo bởi 4 Flip – Flop (đếm 16 ) đợc lấy trạng thái xoá ) 5 (001B ) Bộ đếm này phối hợp với 6 bit từ mã lấy từ RAM thực hiện đọc 5 vị trí liên tiếp trong bộ nhớ phát từ ROM đồng thời đa tín hiệu cho bộ giải mã quét ký tự IC9- IC24 (74LS138) mỗi IC này đảm nhiệm một cột trên màn hình ,5 đầu

ra của ná sẽ quáet tơng ứng với 5 cột của 1 ký tự

Bộ đếm 16x8 ( IC 29 ) thiết kế dựa trên IC 7469 là 2 bộ đếm nhị phân 4 Flip –Flop không cần trạng thái xoá , lấy tín hiệu Q1D đa vào làm xung clock của bộ đếm 2 tạo bộ đếm 16x8 Bộ đếm này phối hợp với các bộ giải mã hàng và cột có 7bít đầu ra đa ra3 tín hiêu ở 3 bít cao để chọn hàng ( 8 hàng tơng ứng với chọn 1 trong 8 IC1- IC8 74244 đệm dữ liệu) ,Và 4 tín hiệu ở 4 bít thấp để chọn cột (16 cột tơng ứng với16 IC giải mã quét ký tự IC9-IC24 74138)

nó sẽ đợc kích đếm khi bộ đếm 5 quét song 1 ký tự (xung kích thứ 5 ỏ trạng thái 000B

GND TRI OUT RES

Vcc DIS THR Vcc CLOCK

RO1 RO2

2 3

3 7493

1 2

1QA 1QB 1QC 1QD 2QA 2QB 2QC 2QD

14 2 13 3 7 10 5 12

QA QB QC QD

CLKB CLKA

1 14 COUNTER

1CLR 2CLR

4 11

12 9 4 11

16 19

23 22 21 20

1CLKB 1CLKA

15 1

COUNTER

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

A B C D

G1 G2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

74LS154

DECODE

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

15 14 13 12 11 10 9 7

A B C

1 2 3

DECODE

74LS138

G2A G2B G1

4 5 6

2CLK

CLOCK

MàN HìNH

16 IC 74LS138 Quét ký tự

8 chốt dữ liệu 74244

RESET

Vcc

Từ mã

Sơ đồ mạch quét màn hình

CLOC

K

Chơng II: Nguyên lý hoạt động Sau khi bật công tắc POWER ,ấn F1 (đọc phần lập trình ) mạch bắt đầu hoạt động bộ

đếm 5

1 Qúa trình ghi dữ liệu vào RAM

Do quá trình đọc ROM yêu cầu phải liên tục để màn hình lúc nà cũng bảo đảm tốc độ quét và quét liên tục Chính vì thế yêu cầu thiết kế phaỉ phối hợp ghi đọc sao cho khi dữ liệu đ

-ợc ghi vào RAM thì ROM vẫn nhận đ-ợc tín hiệu và tiếp tục đọc Nhận xét là khi một từ mã đa

từ RAM vào để đọc ROM ,lúc này quá trình đọc song hết 1 ký tự trong ROM cần thiết đủ 5 chu kỳ xung nhịp của xung CLOCK để quét đủ 5 cột trong một ma trận LED 5x7 Nh vậy RAM chỉ cần kích hoạt ở chu kỳ xung nhịp đầu tiên để đa ra từ mã , Từ mã này đợc chốt lại bởi IC74373 sau đó 4 chu kỳ xung nhịp còn lại RAM sẽ “rỗi” nh vậy công việc ghi dữ liệu cho RAM ở thời gian này là rất hợp lý Vậy từ trạng thái thứ hai (001) đến trạng thái thứ 5 (100 )của bộ đếm 5 ta sẽ đa một tín hiệu thông báo cho máy tính biết RAM đang rỗi và sẵn sàng ghi Đó là tín hiệu EW

(enable write ) đợc tổ hợp bằng một cổng OR 3 đầu vào QA,QB,QC của bộ đếm 5 Tín hiệu này đa vào chân G của RAM (chân cho phép đọc RAM ở mức thấp) để chỉ cho phép đọc RAM ở trạng thái đầu ,lúc này đệm 2 chiều IC74245 (IC34 đi theo chiều thuận (tín hiệu EW qua cổng NOT đua vào chân DIR ) <trong khi đó tín hiệu này đợc đa về máy tính qua chân10 của cổng máy in (BUSY) để thông báo ch máy tính biết RAM sẵn sàng ghi Đồng thời tín hiệu này sẽ chốt lại nội dung của tử mã vừa đợc RAM gửi đến ROM thông qua một IC chốt (IC36 –74373 ) ,trên sơ đồ khối là bộ chốt ghi để nội dung từ mã vẫn thờng trực để đọc ROM Mặt khác tín hiệu EW cũng đa về 2 chân 1G,2G của đềmhgi 74244 ( IC28) để mở đờng cho luồng

địa cdỉ của từ mã đi vào ROM Khi máy tính đồng ý ghi ,sẽ đa ra tín hiệu AW (acept write )

da vào chân W của RAM đồng ý ghi,lúc này dữ liệu mới đa qua cổng để tiến hành ghi

2 Quá trình đọc dữ liệu và hiển thị lên màn hình

Khi bật nguồn mạch đã sẵn sàng hoạt động đợi tín hiệu lệnh từ máy tính Sau khi dữ liệu nhập từ bàn phím đợc ghi vào RAM đệm qua cổng song song ở chân 2-9 Đây chính là mã của các ký tự do ngời thiết kế xác lập Các bộ đếm bắt đầu hoạt động từ trạng thái 0 khi nhận

đ-CLK

T w

Đếm

5

EW

Dữ liệu đ a vào

RAM pua cổng

song song

Tín hiệu tách

kênh AF

D0-D6 A0-A5

001

Từ mã

D0-D5

D6,D7,D8

ROM

vào

chỉ

Địa

T R

Sơ đồ thời gian quá trình ghi

R

Tc

ợc tín hiệu cho phép đọc ở chân số 1 cổng song song ( ấn F1) Lúc này bộ đếm 16x8 ở trạng thái ban đầu là 0 sẽ xác lập trên 2 bộ giải mã hàng và cột là (0,0) hay (000B,0000B) ,đồng thời

đa đến bus địa chỉ để đọc RAM ở vị trí 0000000B Tín hiệu cho phép đọc cũng mở đờng dữ liệu cho bộ đệm 2 chiều đa dữ liệu chứa mã nhị phân của ký tự cần hiển thị đến chân địa chỉ của ROM 3 đầu ra của bộ đếm 6 này đợc đa cùng lúc đến ROM và bộ giải mã quét ký tự (giải mã 5 đầu ra bằng 1 IC 74LS138 ) Khi đếm xung đầu tiên nó gửi 3 bít 001 vào 3 đầu địa chỉ (D6

–D8) của ROM để đọc vị trí thứ nhất thì đồng thời nó cũng chọn cột thứ nhất của ma trận đèn ,

đọc vị trí thứ 2 sẽ chọn hàng thứ 2 cứ nh vậy sau 5 xung đếm thì nó hiển thị đợc 1 ký tự Để hiểu rõ thêm ,hãy xem chi tiết minh hoạ quá trình hiển thị chữ A dới đây

Giả sử từ mã để mã hoá ký tự A là 000000 ta có bảng sau:

Xung

đếm

Địa chỉ gửi đến ROM Dữ liệu đợc lu giữ trong ROM

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 H0 H1 H2 H3 H4 H5 H6

1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1

2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0

3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0

4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0

5 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1

Sơ đồ mạch nh sau:

Sau khi quét hết 5 hàng của ma trận đèn LED bộ đếm 6 trở về trạng thái 000 lúc này nó mới kích vào CLK của Bộ đếm 16x8 để thông báo là đã quét song 1 ký tự thì bộ đếm này mới chuyển sang trạng thái tiếp theo ( từ 0 -> 1 hay từ 0000000B->000001B).Có nghĩa là nó đ a ra tín hiệu chọn hàng là 000 ở hàng 0 và tín hiệu chọn cột là 0001 ở cột thứ 2,Đồng thời đa đến RAM địa chỉ kế tiếp là 0000001 để đọc ký tự tiếp theo Cứ nh vậy khi bộ đếm 16x8 đếm đến vị trí cuối cùng là hàng 8 cột 16 thì cũng là lúc đọc đến vị trí thứ 16x8 =128 của RAM đệm lúc này nó mới hoàn thành song một chu kỳ đọc và tiếp tục chu kỳ thứ 2 ở hàng 1 cột 1 của màn hình => 1 chu kỳ đọc mất 128x5=640 Tc ( Tc = chu kỳ xung CLOCK)

33

CLK

T R

Đếm 5 QA

QB QC

EW

D0-D5 D6,D7,D8 (QA,QB,QC)

Đếm 16 A0-A3

(giải mã cột)

Đếm 8 (A4-A6)

Địa

chỉ

vào

ROM

Từ mã

000 001 010 011 100 000 001 011 100 000 001 010 011 100

Chophép ghi

R (xoá)

Y Y Y Y Y

A B

I C38

2

I C4 2

1 2 3

1 14

7493

RO1

CLKB CLKA

COUNTER

QA QB QD

12 9

11

Q0 Q1 Q3 Q5 Q7

I C36

3

7

13

17

D0 D2 D3 D5 D7

1 11

74LS373

OE LE

LATCH

2

6

12

16 19

20

O0 O2 O4 O5 O7

A0 A2 A4 A6 A8 A10

OE CS

2716

EPROM

I C3 7

11

13

16

18

Clock

Vcc

Từ mã

lấy từ

RAM

EW

Sơ đồ quét và đọc 1 ký tự từ ROM