tìm hiểu và đưa ra mô hình quang báo sử dụng led ma trận 8x32

ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy Nhận xét của giáo viên hướng dẫn …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét của giáo viên chấm …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo viên chấm (Ký ghi rõ họ tên) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 1 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 4 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 8 2.6SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG 26 2.7SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN 27 2.7.1 Sơ đồ thuật toán tổng thể 27 2.7.2Sơ đồ thuật toán khối hiển thị 28 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 29 Kết quả mô phỏng 31 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 2 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của xã hội cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cho nên nhu cầu về thông tin trở nên thiết yếu đối với con người trong cuộc sống cũng như trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Việc đưa thông tin quảng cáo đến với người tiêu dùng,đến với xã hội trở nên dễ dàng và nhanh chóng. Thông qua nhiều hình thức quảng cáo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của mình đến mọi người.Trong nhiều hình thức đa dạng của thông tin quảng cáo như báo, đài, tivi,tờ rơi, áp phích… thì việc dùng bảng thông tin điện tử là một cách đơn giản và hiệu quả để quảng cáo. Chúng ta bắt gặp rất nhiều bảng thông tin như vậy trong thực tế. Khi đi vào một hiệu sách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán loại sách gì, giá cả ra sao… là nhờ vào bảng đèn quang báo rất bắt mắt trước cửa hiệu. Hoặc khi vào sân bay, bạn biết được giờ giấc các chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường,…cũng là nhờ vào quang báo. Và khi đi trên đường phố lúc về đêm, bạn sẽ bắt gặp cùng với ánh đèn màu là rất nhiều các bảng quang báo lớn với các hình ảnh sinh động như ly bia Tiger đang trào bọt, hay các hình ảnh, logo hiệnlên với đủ kiểu (từ trên xuống, từ trái sang, ……). Với mong muốn giới thiệu những ứng dụng cơ bản của hệ thống nhúng trong đời sống hiện đại và để mọi người biết đến một vài ứng dụng cụ thể cũng như tầm quan trọng của các hệ thống nhúng, nhóm chúng em đã tìm hiểu và đưa ra mô hình quang báo sử dụng LED ma trận 8x32. Nhóm thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của ThS. Nguyễn Văn Huy – Bộ môn Kỹ thuật máy tính - Khoa Điện Tử đã giúp nhóm hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài: Vũ Thị Nguyệt Trần Thị Lưu Lê Thị Thu Phương Bộ môn Kỹ thuật máy tính 3 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Quang báo là hình thức thông báo trên bảng đèn. Bảng đèn quang báo gồm nhiều ma trận LED ghép lại, mỗi một ma trận biểu diễn một kí tự. Tùy chiều dài của bảng đèn mà có thể hiển thị những bản tin có độ dài khác nhau.Với sự ra đời của máy tính điện tử đặc biệt là máy vi tính, chúng có những tính năng ưu việt như khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng, độ tin cậy cao, lưu trữ lượng thông tin lớn và quan trọng hơn cả là máy tính có thể kết hợp với nhiều thiết bị ngoại vi tùy theo mục đích ứng dụng cụ thể, mà việc trao đổi và điều khiển trở nên đơn giản, chúng phụ thuộc vào phần mềm điều khiển. Dựa vào tính đa dạng và mềm dẻo của máy tính người ta tìm cách ứng dụng nó vào mục đích quảng cáo, chẳng hạn như dùng trong quang báo. Nhờ vậy, việc thiết kế phần cứng cho quang báo trở thành ít phức tạp hơn, nhưng độ tin cậy cao hơn. Trong thực tế để hiển thị các văn bản, người ta dùng các kiểu chữ là các Ma Trận LED 8x32, 8x12 hoặc 8x14 tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng và độ phân giải. 1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG QUANG BÁO Các công nghệ thiết kế quang báo hiện nay gồm nhiều công nghệ ,song thường sủ dụng Led 7 thanh, Led ma trận, LCD, Led đơn 1.2.1 Hệ thống quang báo dùng LED 7 đoạn Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "led 7 đoạn". Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiện thị số là đủ, chẳng hạn led 7 đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó… Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn.8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với Bộ môn Kỹ thuật máy tính 4 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện. Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0. Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển. Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5v.Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b. Tương tự với các chân và các led còn lại. 1.2.2 Hệ thống quang báo dùng LED đơn Diode phát quang là Diode phát sáng khi ta phân cực thuận cho nó và có dòng điện cấp qua. Diode này có thể phát ra màu sắc khác nhau. Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra. Ưu điểm: giá thành rẻ. Nhược điểm: Phải xếp LED theo những gì muốn hiển thị, không thể thay đổi được, khó khăn trong việc thi công những bảng quang báo có diện tích lớn Bộ môn Kỹ thuật máy tính 5 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy 1.2.3 Hệ thống quang báo dùng LCD Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau. Trong thời đại hiện nay LCD cũng được ứng dụng khá nhiều trong lĩnh vực quang báo vì nó có khả năng hiển thị các nội dung cần truyền tải tốt hơn và đưa lại kết quả tốt hơn nhiều so với các loại hình quang báo khác. Nhưng trong thực tế loại hình này được sử dụng với tỉ lệ khá ít so với các loại hình khác do giá thành và chi phí bảo dưỡng cao, khó khăn trong việc sửa chữa, bảo dưỡng. 1.2.4 Hệ thống quang báo dùng LED ma trận Bảng hiển thị ma trận LED (dot-matrix display) co rất nhiều loại và đủ kích cỡ to nhỏ khác nhau, mỗi bảng gồm có rất nhiều LED đơn được ghép lại vời nhau thánh một khối.Trong khối đó các LED đơn được sắp xếp theo các hàng và các cột,tại mỗi giao điểm của hàng và cột là một LED đơn,và người ta thường phân biệt các loại bảng LED theo số hàng và cột. Môt bảng led 5x7 tức là có 5 cột dọc và 7 hàng ngang,tổng cộng sẽ có 5x7=35 led đơn được ghép lại.Cũng như vậy một bảng led 8x8 là có 8 hàng và 8 cột,do đó có 64 led đơn ghép lại.Và nhiều loại cỡ to hơn như 16x16 hay 32x32.Trong đề tài này chúng em sử dụng bảng led 8x32 tức là có 8 cột và 32 hàng, do đó có 256 led đơn ghép lại. 1.3 CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN 1.3.1 Phân tích và lựa chọn phương án Có rất nhiều các để điều khiển một bảng LED ma trận, trong đề tài này chúng em sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A. Để có thể điều khiển được một khối LED ma trận 8x32 chúng ta không thể chỉ sử dụng các chân của vi điều khiển nên ở đây em sử dụng thêm IC dịch 74HC595 để mở rộng cổng, tiết kiệm chân cho vi điều khiển. Để cấp đủ nguồn cho các LED và cho các LED sáng đều, chúng em sử dụng IC đệm dòng ULN2803. 1.3.2 Xác định bài toán và giới hạn của đề tài Hệ thống điều khiển 4 LED ma trận ,bảng led bao gồm 8 cột và 32 hàng Hiển thị 3 chữ “DO AN HE THONG NHUNG - LED MATRIX 8x32” trên nền led ma trận 8x32 Dòng chữ chạy từ phải qua trái. Bộ môn Kỹ thuật máy tính 6 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy Bộ môn Kỹ thuật máy tính 7 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG Sơ đồ khối của hệ thống quang báo Khối nguồn: Tạo ra điện áp một chiều ổn định 5V từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho các khối và linh kiện trong hệ thống. Khối xử lý trung tâm: Tạo ra tín hiệu điều khiển khối điều khiển LED ma trận và khối hiển thị để hiển thị các ký tự như chương trình đã định trước. Khối điều khiển LED ma trận: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, giải mã và cung cấp nguồn ổn định và đủ lớn để chuyển ra khối hiển thị. Khối hiển thị: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm và khối điều khiển LED ma trận để hiển thị các ký tự theo chương trình đã trong khối xử lý trung tâm Bộ môn Kỹ thuật máy tính KHỐI NGUỒN KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM KHỐI ĐIỀU KHIỂN LED MA TRẬN KHỐI HIỂN THỊ 8 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy 2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH Sơ đồ Callgraph 2.3 SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG Bộ môn Kỹ thuật máy tính Module Giải mã Module Hiển thị IC Giải mã Led Ma trận Chương trình điều khiển chính Tắt hết LED Hiển thị từng cột Dịch trái Bắt đầu Delay Hiển thị cột tiếp theo Delay Hiển thị hết 9 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy 2.4 CÁC MODULE TRONG HỆ THỐNG 2.4.1 Module điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển PIC16F877A. Vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu để điều khiển khối hiển thị (Led ma trận) và khối điều khiển hiển thị theo các chương trình đã lập trình sẵn. Bộ tạo dao động dùng thạch anh 20MHz cung cấp ngồn dao động cho vi điều khiển Bộ reset như trong hình vẽ dưới nhằm tạo ra xung reset, xác lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển khi nút reset được nhấn. Sơ đồ nguyên lý module điều khiển trung tâm Bộ môn Kỹ thuật máy tính 10 [...]... hiển thị sử dụng 4 led ma trận 8x8 ghép nối lại với nhau thành một ma trận 8x32 Các LED ma trận được nối chung các chân cho phép hàng với nhau(H1 đến H8) Các chân cho phép cột được tách riêng và nối vào Module điều khiển LED ma trận (C1 đến C32) Sơ đồ module hiển thị 2.4.3 Module điều khiển LED ma trận Module điều khiển LED được kết nối như hình dưới đây Module sử dụng IC chốt dịch 74HC595 và IC đệm... ngõ vào khoảng 2 5mA • Điện áp ngõ vào khoảng 0.5V – 30V • Dòng ra tới 500 mA/ 50 V • Đệm 8 kênh riêng biệt • Đầu ra đảo Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dòng của ULN2803 Hình ảnh thực tế IC ULN2803 2.5.5 Khối hiển thị (LED ma trận) Khối hiển thị là một khối LED ma trận 8x32 được ghép thành từ 4 LED ma trận 8x8 Mỗi LED ma trận 8x8 được tạo nên bằng cách ghép 64 LED đơn vào với nhau theo sơ đồ dưới đây: Bộ môn... Nguyễn Văn Huy Hình ảnh thực tế một mạch LED ma trận 8x32 2.6 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG Sơ đồ mô phỏng mạch quang báo dùng LED ma trận 8x32 được thiết kế trên phần mềm Proteus 7.5 Sp2 Do những đặc thù của phần mềm và những linh kiện trong đó nên trong mạch mô phỏng không cần khối nguồn, mạch tạo dao động cũng như mạch reset cho vi điều khiển Sơ đồ mô phỏng mạch quang báo dùng Led ma trận 8x32 Bộ môn Kỹ thuật máy... Huy Sơ đồ nguyên lý LED ma trận 8x8 Hình ảnh thực tế của một LED ma trận 8x8 Kết nối 4 LED ma trận 8x8 như trên theo nguyên tắc nối chung hàng hoặc chung cột ta sẽ được một LED ma trận 8x32 với 40 chân điều khiển Nếu nối chung hàng thì sẽ có 8 chân điều khiển hàng và 32 chân điều khiển cột Và ngược lại, nếu nối chung cột thì sẽ có 8 chân điều khiển cột và 32 chân điều khiển hàng Bộ môn Kỹ thuật máy tính... Clock và Latch của IC 74HC595 được mắc song song như hình vẽ Chân Data của IC 74HC595 đầu tiên được nối vào vi điều khiển Các chân Data của 3 IC còn lại được mắc vào chân số 9 của IC 74HC595 trước đó Các đầu ra của IC chốt dịch 74HC595 được mắc vào các cổng vào của IC đệm dòng ULN2803, các đầu ra của ULN2803 sẽ được nối trực tiếp với các chân cho phép cột của các LED ma trận trong module hiển thị Bộ môn... 3.1.2 Chương trình nạp vào vi điều khiển 16F877A Chương trình cho hệ thống quang báo sử dụng LED ma trận 8x32 được soạn thảo trên trình biên dịch CCS 4.104 bằng ngôn ngữ C Sau đây là chương trình: //////////////////////////////////////////////////////////// // -DO AN MON HOC HE THONG NHUNG -// // -LED MATRIX 8X32 // // Phan cung: PIC 16F877A – Thach anh 12MHz // // IC chot... Nguyễn Văn Huy Sơ đồ module điều khiển LED ma trận 2.4.4 Module nguồn Module này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho các linh kiện trong hệ thống Sử dụng biến áp để biến điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu từ 12V xoay chiều sang 12V một chiều, dùng IC ổn áp để lấy ra điện áp ổn định 5V ở ngõ ra Bộ môn Kỹ thuật máy tính 12 ĐAMH Hệ thống... thanh ghi dịch 8 bit đầu vào nối tiếp, có các đầu ra song song và nối tiếp, ngõ ra có bộ đệm 3 trạng thái Sơ đồ chân của 74HC595 như sau: Bộ môn Kỹ thuật máy tính 21 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy Sơ đồ chân 74HC595 Sơ đồ logic của 74HC595 QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG,QH: là các ngõ ra song song của 74HC595 - Chân 14 (A): đầu vào nối tiếp - Chân 9 (SQH) : đẩu ra nối tiếp Bộ môn Kỹ thuật máy tính 22... dùng để ổn định điện áp đầu ra ở mức 5V Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế IC 7805 7805 đóng gói dạng TO-220 gồm có 3 chân: 1 Vin: Chân đầu nguồn vào 2 GND: Chân nối đất Bộ môn Kỹ thuật máy tính 20 ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy 3 Vo: Chân đầu nguồn ra Như chúng ta biết, mạch ổn áp dùng Diode Zener tuy nhỏ gọn, đơn giản nhưng có nhược điểm cho dòng điện nhỏ (~2 0mA) Để tạo ra một điện áp cố định nhưng... khi chân này ở mức thấp thì tín hiệu từ bộ chốt được đưa ra đầu ra Khi nó ở mức cao thì các đầu ra song song ở trạng thái trở kháng cao Đầu ra nối tiếp không bị ảnh hưởng bởi chân này - Chân 12 (Latch clock): Quá trình chuyển từ mức thấp sang mức cao ở Latch clock sẽ chốt dữ liệu được dịch trong thanh ghi dich vào bộ chốt - Chân 11 (Shift Clock) : Đầu vào xung nhịp, một quá trình chuyển từ mức thấp đến . mọi người biết đến một vài ứng dụng cụ thể cũng như tầm quan trọng của các hệ thống nhúng, nhóm chúng em đã tìm hiểu và đưa ra mô hình quang báo sử dụng LED ma trận 8x32. Nhóm thực hiện đồ án chúng. dùng các kiểu chữ là các Ma Trận LED 8x32, 8x12 hoặc 8x14 tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng và độ phân giải. 1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG QUANG BÁO Các công nghệ thiết kế quang báo hiện nay gồm nhiều. ,song thường sủ dụng Led 7 thanh, Led ma trận, LCD, Led đơn 1.2.1 Hệ thống quang báo dùng LED 7 đoạn Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông