Đồ án tốt nghiệp-Thiết kế bảng quang báo có kết nối với máy tính và bàn phím PS2 potx

Chúng em cũng xin chân thành cám ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Điện - Điện Tử đã cung cấp cho chúng em những kiến thức cần thiết, có hệ thống, tạo điều kiện thuận lợi nhất, giúp ch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng yên, ngày … tháng … năm 2007 Giáo viên hướng dẫn Trang

2

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng yên, ngày … tháng … năm 2007 Giáo viên phản biện Trang

3

MỤC LỤC

Trang

Phần A Giới thiệu

Trang bìa

Trang chấm ĐAMH của GVHD

Lời nói đầu

Mục lục

Liệt kê bảng

Liệt kê hình

Phần B Nội dung 1

Chương 1 Cơ sở lý thuyết 2

1.1 Giới thiệu vi điều khiển ATmega16L 2

1.1.1 Giới thiệu 2

1.1.2 Khảo sát sơ đồ chân 2

1.1.3 Cấu trúc của ATmega16L 3

1.1.4 Truyền thôngLuận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Truyền Thông nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ(USART) 4

3.2.1 Mạch nguyên lý mạch vi điều khiển 12

3.2.2 Mạch nguyên lý mạch led ma trận 13

3.3 Linh kiện sử dụng trong mạch 14

Chương 4 Thi công 15

Phần C Phụ lục và Tài liệuThư Viện Tài liệu tham khảo 19

Phụ lục I Lưu đồ giải thuật 20

Phụ lục II Mã nguồn chương trình 23

Phụ lục III Giới thiệu IC liên quan 34

Tài liệu tham khảo 36

Trang

5

Trang

6

LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian thực hiện, đến nay đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“Thiết kế bảng quang báo có kết nối với máy tính và bàn phím PS2” đã

được hoàn thành Trong thời gian thực hiện, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu.

Trước tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thành Long

và thầy Nguyễn Xuân Công người đã trực tiếp tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.

Chúng em cũng xin chân thành cám ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Điện - Điện Tử đã cung cấp cho chúng em những kiến thức cần thiết, có hệ thống, tạo điều kiện thuận lợi nhất, giúp cho chúng em có thể hoàn thành được đồ án theo đúng thời gian quy định Kính chúc các thầy, cô luôn dồi dào sức khỏe!

Mặc dù chúng em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đề tài này, song

do giới hạn về thời gian cũng như kiến thức nên nội dung còn nhiều thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn sinh viên để luận văn được hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỞ ĐẦU Trang

7

Khoa học công nghệ ngày càng phát triển đặc biệt là về năng lượng,điện tử Ngày nay chúng ta có thể sản xuất ra chíp có tốc độ truy cập lên tớihàng GB, bộ nhớ bán dẫn dung lượng ngày càng cao Tuy nhiên yêu cầu mớiđặt ra là nhỏ gọn, dễ sử dụng, để đáp ứng được yêu cầu đó phải có những vimạch đi kèm theo

Giờ đây khi nhu cầu về thông tin quảng cáo rất lớn, việc áp dụng cácphương tiện kĩ thuật mới vào các lĩnh vực trên là rất cần thiết Khi bạn đếncác nơi công cộng, bạn dễ dàng bắt gặp những áp phích quảng cáo điện tửchạy theo các hướng khác nhau với nhiều hình ảnh và màu sắc rất ấn tượng

Từ yêu cầu thực tiễn như trên, chúng em quyết định chọn đề tài :

“Thiết kế bảng quang báo có kết nối với máy tính và bàn phím PS2”

Trong giới hạn kiến thức của mình chúng em đã mạnh dạn tìm hiểu vàthi công bảng quang báo gồm có 16 hàng x 128 cột Quang báo có thể giaotiếp trực tiếp với máy tính thông qua giao diện người dùng được thiết kế bằngphần mềm VB6.0 Ngoài ra quang báo còn có thể giao tiếp được với bàn phímmáy tính PS2

Người sử dụng muốn thay đổi thông tin hiển thị có thể nhập thông tinnày từ bàn phím PS2 hoặc truyền từ máy tính thông qua chuẩn truyền RS232

Trang

8

Mục đích nghiên cứu của đồ án:

- Tìm hiểu và thiết kế bảng quang báo ứng dụng AT89C51

- Xây dựng phần mềm, thiết kế giao diện người dùng và máy tính

- Đưa ra thuật toán điều khiển cho bảng quang báo

- Thi công, kiểm tra và vận hành

Đối tượng phạm vi nghiên cứu:

- Trong phạm vi đồ án chúng em nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụngchíp AT89C51

- Cách thức truyền thông giữa máy tính và Vi điều khiển (VĐK)

- Ứng dụng phần mềm Visual Basic 6.0 (VB6.0) thiết kế giao diện

Ý nghĩa thực tiễn của đồ án:

- Ngày nay khi công nghệ quang báo ngày càng phát triển, với khảnăng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống như ở các siêuthị, trung tâm thương mại, các sàn giao dịch, các công sở… Tuy nhiên bảngquang báo cũng được sản xuất nhiều ở nước ta xong giá thành vẫn còn cao vàchưa được phổ biến rộng rãi ở các lĩnh vực Đưa sản phẩm vào trong cuộcsống là một phần mong muốn của nhóm thực hiện đề tài chúng em

Nội dung của đồ án:

Đồ án gồm 3 phần:

Phần I: Cơ sở lý luận chung

Phần II: Thiết kế và thi công

Phần III: Phụ lục

Trang

9

Trong phim ảnh người ta chiếu 24 hình/s để người xem có cảm giáchoạt động trong phim là liên tục Lợi dụng tính chất lưu ảnh của mắt người

mà người ta có thể tạo ra những bảng quang báo với kích thước khác nhau

II Giới thiệu về mạch quang báo trong đề tài

Có nhiều phương pháp và cách thức để thiết kế một bảng quang báo.Đơn giản và rẻ tiền nhất là sử dụng bộ nhớ EPROM của Vi điều khiển(VĐK), mỗi khi cần thay đổi nội dung hiển thị trên bảng thì ta nạp lại chươngtrình vào EPROM Nhược điểm của phương pháp này là mỗi khi cần thay đổinội dung chúng ta lại phải gỡ IC ra để nạp lại chương trình Một cách khác là

ta sử dụng bộ điều khiển trung tâm là Vi xử lý Với những tính năng vượt trộibảng quang báo được điều khiển dễ dàng hơn, hình ảnh hiển thị cũng sinhđộng hơn, có thể hiển thị được hình ảnh chuyển động với những màu sắc khácnhau Tuy nhiên chi phí thực hiện tốn kém

Quang báo thiết kế trong đề tài có thể giao tiếp trực tiếp với máy tínhthông qua giao diện người dùng được thiết kế bằng phần mềm VB6.0 Ngoài

ra quang báo còn có thể giao tiếp được với bàn phím máy tính PS2

Người sử dụng muốn thay đổi thông tin hiển thị có thể nhập thông tinnày từ bàn phím PS2 hoặc truyền từ máy tính thông qua chuẩn truyền RS232

Trang

10

III Phương pháp quét LED

Hình 1.2 là sơ đồ kết nối từ các LED đơn thành một ma trận LED 8x8 (8hàng 8 cột) Các tín hiệu P0.0 -> P0.7 của cổng P0 của VĐK được nối vàoAnode của 8 hàng LED Các tín hiệu điều khiển cột p1.0 -> P1.7 được nốivào Cathode của của 8 cột LED

Khi tín hiệu ở P0.0 là 1 (+5V) tương ứng với các LED ở chân Cathodecủa hàng 1 ở mức cao, khi P1.0 là mức 1 tương ứng với các LED ở chânAnode của cột 1 được cấp điện thế thấp Như vậy hàng 1 được cấp điện ápcao, cột 1 được cấp điện áp thấp nên chỉ có một LED duy nhất được sáng làLED giao nhau của hàng 1 và cột 1 Như vậy khi có một cặp tín hiệu điềukhiển hàng và cột thì có duy nhất một LED là giao điểm của hàng hàng vàcột đó sáng Trên cơ sở đó ta có thể mở rộng thành bảng quang báo với sốhàng có thể là 16, 32 hoặc có thể lớn hơn và số cột có thể lên tới hàng trămtuỳ thuộc vào cách thiết kế mạch liên kết với các hàng và cột

Trong trường hợp ta muốn hiển thị một số hay một một ký tự, chúng ta

sẽ có cảm giác như đồng thời các LED được sáng Nhưng thật ra đó chỉ làcảm giác của mắt bị đánh lừa Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu về cách quétLED

Ví dụ ta muốn hiển thị chữ “L” trên ma trận Khi đó các LED trên cột 1

và các LED trên hàng 8 sáng Muốn như vậy thì các bit thuộc cổng P0 và P1đều ở mức 1, như vậy thì toàn bộ LED trong ma trận đều sáng Do vậy trongđiều khiển LED ma trận chúng ta không thể điều khiển bằng cách hiển thịtĩnh mà phải dùng phương pháp hiển thị động (phương pháp quét LED).Nghĩa là tiến hành cấp tín hiệu điều khiển theo dạng xung quét cho các hàng

và cột cần được hiển thị

Gọi thời gian quét đủ từ cột 1 đến hết cột 8 là một chu kỳ Để đảm bảocho mắt thấy các LED sáng đều không bị nháy thì tần số quét cho một chu kỳnhỏ nhất là 50Hz

Trang

1

Để hiển thị được chữ L như Hình 1.4 ta có thể mô tả các bước quét trong một chu kỳ như sau:

Bước 1: P0.0 -> P0.7 = 1, P1.0 = 1; Các LED cột 1 sáng

Bước 2: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.1 = 1; LED hàng 7 cột 2 sáng.Bước 3: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.2 = 1; LED hàng 7 cột 3 sángBước 4: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.3 = 1; LED hàng 7 cột 4 sángBước 5: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.4 = 1; LED hàng 7 cột 5 sángBước 6: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.5 = 1; LED hàng 7 cột 6 sángBước 7: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.6 = 1; LED hàng 7 cột 7 sángBước 8: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.7 = 1; LED hàng 7 cột 8 sángBước 9: Quay trở lại bước 1

Trang

2

Cét 8

0 1 2 3 4 5 6 7

1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 FF

Tín hiệu quét cột sẽ dịch theo từng xung Clock do người lập trình tạo ra

Cứ mỗi một xung thì một cột được dịch, đồng thời vào thời điểm cột đượcdịch thì dữ liệu tương ứng cần hiển thị cũng được đưa ra hàng Như vậy đểhiển thị được thông báo thì xung dịch và dữ liệu cần phải được xuất ra đồng

bộ Quay trở lại ví dụ trên theo Hình1.3 muốn hiển thi đực trữ “L” thì cổngP0 cần xuất ra hàng ma trận các mã : FFh,80h,80h,80h,80h,80h,80h,80h

Bước 1: P0 xuất FFh đồng thời dữ liệu cột được đưa tới cột 1nhờ có xung dịch Clock

Tương tự Bước 8: P0 xuất 80h đồng thời dữ liệu cột được đưa tới cột 8

Trang

4

Quá trình quét như vậy xảy ra rất nhanh (tính bằng scho mỗi cột) vì vậymắt có cảm giác như các LED đồng thời được sáng.

Gọi t là thời gian một xung được dịch

IV Khảo sát bộ Vi điều khiển 89C51

IC vi điều khiển 89C51 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau:

- 4 Kb ROM

- 128 byte RAM

- 4port I/0 8bit

- 2 bộ định thời 16bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng

- 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng

- Một bộ xử lý thao tác trên các bit đơn

Trang

5

Sơ đồ chân tín hiệu 89C51

P1.0 P1.1 P1.2

P1.3

P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST

P0.0 (AD0) Vcc

1 2 3 5 6 4

7 8 9 11 12 10

13 14 15 17 18 16

19 20

40 39 38 36 35 37

34 33 32 30 29 31

28 27 26 24 23 25

22 21

8051 (8031)

P0.1 (AD1) P0.2 (AD2) P0.4 (AD4) P0.5 (AD5) P0.3 (AD3)

PSEN P0.6 (AD6)

P2.5 (A13) P2.3 (A11) P2.1 (A9)

P2.7 (A15)

P2.4(A12) P2.6 (A14)

P2.0 (AB) P2.2 (A10)

(RXD) P3.0 (TXD) P3.1 (NT0) P3.2 (NT1) P3.3 (T0) P3.4 (T1) P3.5 (WR) P3.6 (RD) P3.7 XTAL2 XTAL1 GND

P0.6 (AD6) EA/CPP ALE/PROG

- RxD: nhận tín hiệu kiểu nối tiếp

- TxD: truyền tín hiệu kiểu nối tiếp

- /INT0: ngắt ngoài 0

- /INT1: ngắt ngoài 1

- T0: chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0

- T1: chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1

- /Wr: ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài

- XTAL1: chân vào mạch khuếch đại dao động.

- XTAL2: chân ra từ mạch khuếch đại dao động

- /PSEN: chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM ngoài)

- ALE (/PROG): chân tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để truy cập bộ nhớngoài khi On-chip xuất ra byte thấp của địa chỉ Tín hiệu chốt được kíchhoạt ở mức cao, tần số xung chốt = 1/6 tần số dao động của bộ VĐK Nó cóthể được dung cho các bộ Timer ngoài hoặc cho mục đích tạo xung Clock.Đây cũng là chân nhận xung vào để nạp chương trình cho Flash (hoặcEEPROM) bên trong On-chip khi nó ở mức thấp

- /EA/Vpp: cho phép On-chip truy cập bộ nhớ chương trình ngoài khi /

EA = 0, nếu /EA = 1 thì On-chip sẽ làm việc với bộ nhớ chương trình nộitrú Khi chân này được cấp nguồn điện áp 12V (Vpp) thì On-chip đảm nhậnchức năng nạp chương trình cho Flash bên trong nó

- Vcc: cung cấp dương nguồn cho On-chip (+5V)

- GND: nối mát

4.1 Các thanh ghi chức năng đặc biệt

Bảng1.1 Địa chỉ, ý nghĩa và giá trị của các SFR sau khi Reset

Trang

7

Symbol Name Address Reset Values

* PSW Từ trạng thái chương trình 0D0h 00000000b

DP0L Byte cao của con trỏ dữ liệu 0 82h 00000000b

DP0H Byte thấp của con trỏ dữ liệu 0 83h 00000000b

* IP TG điều khiển ngắt ưu tiên 0B8h xxx00000b

* IE TG điều khiển cho phép ngắt 0A8h 0xx00000b

TMOD điều khiển Timer/Counter 89h 00000000b

* TCON TG điều khiển Timer/Counter 88h 00000000b

TH0 Byte cao của Timer/Counter 8Ch 00000000b

TL0 Byte thấp của Timer/Counter 0 8Ah 00000000b

TH1 Byte cao của Timer/Counter 1 8Dh 00000000b

TL1 Byte thấp của Timer/Counter 1 8Bh 00000000b

Bảng 1.1: Địa chỉ các cổng, thanh ghi khi ReSet

* : có thể định địa chỉ bit, x: không định nghĩa

4.1.1 Thanh ghi ACC

Là thanh ghi tích luỹ, dùng để lưu trữ các toán hạng và kết quả củaphép tính Thanh ghi ACC dài 8 bit Trong các tập lệnh của On-chip, nóthường được quy ước đơn giản là A

4.1.2 Thanh ghi B:

Thanh ghi này được dùng khi thực hiện các phép toán nhân và chia.Đối với các tập lệnh khác, nó có thể xem như là thanh ghi đệm tạm thời.Thanh ghi dài B dài 8 bits Nó thường được dùng chung với thanh ghi A trongcác phép toán nhân hoặc chia

Trang

8

4.1.3 Thanh ghi SP

Thanh ghi con trỏ ngăn xếp dài 8 bits SP chứa địa chỉ của dữ liệu hiệnđang ở đỉnh của ngăn xếp Giá trị của nó được tự động tăng lên khi thực hiệnlệnh PUSH trước khi dữ liệu được lưu dữ trong ngăn xếp SP sẽ tự động giảmxuống khi thực hiện lệnh POP Ngăn xếp có thể đặt ở bất cứ nơi nào trongRAM On-chip, nhưng sau khi khởi động lại hệ thống thì con trỏ ngăn xếpmặc định sẽ trỏ tới địa chỉ khởi đầu là 07h, vì vậy ngăn xếp bắt đầu từ địa chỉ08h Ta cũng có thể định con trỏ ngăn xếp tại địa chỉ mong muốn bằng cáclệnh di chuyển dữ liệu thông qua định địa chỉ tức thời

4.1.4 Thanh ghi DPTR

Thanh ghi con trỏ dữ liệu (16 bit) bao gồm 1 thanh ghi byte cao

(DPH-8 bit) và 1 thanh ghi byte thấp (DPL-(DPH-8 bit) DPTR có thể được dùng nhưthanh ghi 16 bit hoặc 2 thanh ghi 8 bit độc lập Thanh ghi này được dùng đểtruy cập RAM ngoài

4.1.5 Ports 0 to 3

P0, P1, P2, P3 là các chốt của các cổng 0, 1, 2, 3 tương ứng Mỗi chốtgồm 8 bit Khi mức logic 1 vào một bit của chốt thì chân ra tương ứng củacổng ở mức logic cao Còn khi mức logic 0 vào mỗi bit của chốt thì chân ratương ứng của cổng ở mức logic thấp

Khi các cổng đảm nhiệm như các đầu vào thì trạng thái bên ngoài củacác chân cổng sẽ được giữ ở bit chốt tương ứng Tất cả 4 cổng On-chip đều làcổng I/O hai chiều, mỗi cổng đều có 8 chân ra, bên trong mỗi chốt bit có bộ

“Pullup-tăng cường“ do đó nâng cao khả năng nối ghép của cổng với tải (cóthể giao tiếp với 4 đến 8 tải loại TTL)

Trang

9

4.1.6 Thanh ghi SBUF

Đệm dữ liệu nối tiếp gồm hai thanh ghi riêng biệt, một thanh ghi đệmphát và một thanh ghi đệm thu Khi dữ liệu được chuyển tới SBUF, nó sẽ đivào bộ đệm phát, và được giữ ở đấy để chế biến thành dạng truyền tin nốitiếp Khi dữ liệu được truyền đi từ SBUF nó đi ra từ bộ đêm thu

4.1.7 Các thanh ghi Time

Các đôi thanh ghi (TH0, TL0), (TH1, TL1) là các thanh ghi đếm 16 bittương ứng với các bộ Timer/Counter 0 và 1

4.1.8 Các thanh ghi điều khiển

Các thanh ghi chức năng đặc biệt: IP, IE, TMOD, TCON, SCON vàPCON bao gồm các bit điều khiển và trạng thái đối với hệ thống ngắt, các bộTimer/Counter và cổng nối tiếp

4.1.9 Thanh ghi PSW

Từ trạng thái chương trình dùng để chứa thông tin về trạng thái chươngtrình PSW có độ dài 8 bit, mỗi bit đảm nhiệm một chức năng cụ thể Thanhghi này cho phép truy cập ở dạng mức bit

- CY: cờ nhớ Trong các phép toán số học, nếu có nhớ từ phép cộng bit

7 hoặc có số mượn mang đến bit 7 thì CY được đặt bằng 1

- AC: cờ nhớ phụ (đối với mã BCD) Khi cộng các giá trị BCD, nếu có

1 số nhớ được tạo ra từ bit thứ 3 chuyển sang bit 4 thì AC được đặt bằng 1.Khi giá trị được cộng là BCD, lệnh cộng phải được thực hiện tiếp theo bởilệnh DA A (hiệu chỉnh thập phân thanh chứa A) để đưa các kết quả lớn hơn 9

về giá trị đúng

- F0: cờ 0

- RS1: bit 1 điều khiển chọn băng thanh ghi

- RS0: bit 0 điều khiển chọn băng thanh ghi

Lưu ý: RS0, RS1 được đặt/xoá bằng phần mềm để xác định băng thanh ghiđang hoạt động (chọn băng thanh ghi bằng cách đặt trạng thái cho 2 bit này)

Trang

10