Đồ án thiết kế và thi công mạch LED CUBE 5x5x5

Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 1 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cám ơn thầy Vũ Thế Đảng đã hướng dẫn tận tình trong suốt thời gian qua giúp em có thể hoàn thành tốt học phần này. Trong quá trình viết báo cáo này do trình độ hiểu biết của em còn hạn chế, nên còn nhiều thiếu sót mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để em hoàn thiện hơn về kiến thức cũng như rút kinh nghiệm cho các đề tài sau. Em xin chân thành cảm ơn! Bình Dương, Ngày 8 tháng 5 năm 2012. Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 2 LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 3 MỤC LỤC PHẦN I: GIỚI THIỆU 4 PHẦN II: NỘI DUNG 5 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 1.1 Giới thiệu Vi điều khiển AT89S52 5 1.2 Giới thiệu Led Cube 17 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH LED CUBE 5X5X5 19 2.1 Thiết kế phần cứng 19 2.2 Thiết kế phần mềm 22 2.3 Thi công và khắc phục lỗi 31 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 4 PHẦN I: GIỚI THIỆU Vi điều khiển là một lĩnh vực khá lý thú đối với các bạn sinh viên chuyên ngành Điện tử nói chung. Cùng với sự phát triển của ngành điện tử thì nhiều họ Vi điều khiển đƣợc các hãng sản xuất chíp cho ra đời nhƣ: AT89, AVR của Atmel, PIC của Microchip… AT89 là bƣớc phát triển tiếp theo của họ 8051, cùng với sự phát triển đó nhiều ứng dụng về nó đã đƣợc ra đời nhƣ: Mạch báo chuông tiết học, Điều khiển động cơ mà gần với chúng ta hơn đó là những mạch ứng dụng vi điều khiển điều khiển Led đơn đƣợc ứng dụng nhiều trong ngành quảng cáo. Chắc hẳn ai trong chúng ta cũng đã một lần nghe qua từ 3D nhƣ xem phim 3D hay Tivi 3D, và ắt hẳn bạn cũng đã từng nghe qua khối Led 3D hay Led Cube. Ngày nay các ứng dụng về 3D ngày càng rộng rãi, đã thúc đẩy nhiều nhà khoa học đi sâu nghiên cứu và cho ra những sản phẩm ứng dụng công nghệ 3D với chất lƣợng ngày càng đƣợc nâng cao đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngƣời dùng vì thế việc nghiên cứu tìm hiểu led 3D đặt nền móng và giúp cho chúng ta hiểu hơn về công nghệ 3D. Trong bài báo cáo này mình sẽ nói rõ hơn về khối led 3D qua đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG LED CUBE 5X5X5 DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52. Mục tiêu của đề tài: Tìm hiểu cấu tạo khối led cube từ đó lập trình tạo ra hiệu ứng bắt mắt trong không gian 3 chiều Phƣơng pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu và tìm hiểu 89S52 để ứng dụng hiệu ứng led Cube - Thi công và thử nghiệm thực tế Nội dung đề tài gồm 2 chƣơng : Chƣơng 1: Giới thiệu chung 1.1 Giới thiệu Vi điều khiển AT89S52 1.2 Giới thiệu Led Cube Chƣơng 2: Thiết kế và thi công mạch led Cube 5x5x5 2.1 Thiết kế phần cứng 2.2 Thiết kế phần mềm 2.3 Thi công và khắc phục lỗi Tuy nhiên, do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sự thiếu sót, mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của Thầyvà các bạn. Bình Dƣơng, ngày 08 tháng 05 năm 2012 Sinh viên thực hiện Võ Quang Lộc Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 5 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu Vi điều khiển AT89S52 1.1.1 Chức năng: Vi điều khiển 8051 đƣợc Intel cho ra đời vào năm 1980 thuộc vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51. Hiện tại rất nhiều nhà sản xuất nhƣ Siemens, Advanced Micro Devices, Fusisu và Philips tập trung phát triển các sản phẩm trên cơ sở 8051.Atmel là hãng đã cho ra đời các chip 89C51, 52, 55 và sau đó cải tiến thêm, hãng cho ra đời 89S51, 89S52, 89S8252… Cấu hình 89S52:  8 KB Flash ROM bên trong  Vùng điện áp hoạt động 4.0V – 5.0V  Xung clock: 0 Hz – 33 MHz  256 x 8-bit RAM nội  8 nguồn ngắt  4 Port xuất nhập I/O 8 bit  3 bộ Timer/Counter 16 bit  Watchdog Timer  Giao tiếp nối tiếp  Cờ báo ngắt  Có thể mở rộng 64 KByte không nhớ chƣơng trình ngoài  Có thể mở rộng 64 KByte không nhớ dữ liệu ngoài Sơ đồ chân Hình 1.1: Sơ đồ chân IC AT89s52 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 6 Sơ đồ khối Hình 1.2: Sơ đồ khối IC AT89s52 Chức năng các chân  Port 0: là port có 2 chức năng với số thứ tự chân từ 32-39 - Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong không dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 0 đƣợc dùng làm các đƣờng I/O Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 7 - Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu AD7-AD0.  Port 1: với số thứ tự chân từ 1-8. có chức năng làm các đƣờng điều khiển xuất nhập ngoài ra còn có các chân có chức năng nhƣ bảng sau: Hình 1.3: Chức năng các chân port 1  Port 2: với số thứ tự chân từ 21-28 với hai chức năng - Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong không dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 đƣợc dùng làm các đƣờng I/O - Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 có chức năng là bus địa chỉ cao A8-A15  Port 3: có hai chức năng với số thứ tự chân 10-17các chân của port này có nhiều chức năng khác nhau nhƣ bảng sau: Hình 1.4: Chức năng các chân port 3 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 8  Chân PSEN (Program store enable): là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 cho phép đọc bộ nhớ chƣơng trình mở rộng. khi có giao tiếp với bộ nhớ bên ngoài mới dùng đến chân PSEN  Chân ALE/PROG (Address latch enable): là tín hiệu ngõ ra ở chân 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đƣờng địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt  Chân EA/VPP (External Access) số thứ chân là 31 có chức năng chọn bộ nhớ chƣơng trình: EA=GND: Chọn bộ nhớ ngoại, EA=VCC chọn bộ nhớ nội.  Chân RST (Reset) chân số 9 của vi điều khiển, khi nhấn nút reset thì mạch sẽ reset vi điều khiển, khi reset thì tín hiệu phải ở mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy. Sơ đồ mạch reset: VCC 10k R Reset SW 10uF C Hình 1.5: Sơ đồ mạch Reset Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 9 Trạng thái các thanh ghi sau khi reset: Hình 1.6: Trạng thái các thanh ghi sau khi Reset  Chân XTAL1 và XTAL2: Chân 18, 19 của vi điều khiển. thƣờng đƣợc nối với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK. Tần số thạch anh thƣờng dùng trong các ứng dụng là : 12Mhz , Tần số tối đa 33Mhz. Tần số càng lớn vi điều khiển xử lí càng nhanh. Sơ đồ mạch kết nối thạch anh: Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 10 Y1 CRYSTAL C2 33P X2X1 C3 33P Hình 1.7: Sơ đồ mạch kết nối thạch anh  Chân VCC, GND: chân 40, 20 của vi điều khiển dùng để cấp nguồn và nối đất cho vi điều khiển. 1.1.2 Tổ chức bộ nhớ của Vi điều khiển Vi điều khiển 89S52 có bộ nhớ nội bên trong và thêm khả năng giao tiếp với bộ nhớ bên ngoài nếu bộ nhớ bên trong không đủ khả năng lƣu trữ chƣơng trình. Bộ nhớ nội bên trong gồm có hai loại bộ nhớ: Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chƣơng trình. Bộ nhớ dữ liệu có 256 byte, bộ nhớ chƣơng trình có dung lƣợng 8kbyte. Bộ nhớ mỡ rộng bên ngoài cũng đƣợc chia làm hai loại bộ nhớ: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chƣơng trình, khả năng giao tiếp là 64kbyte cho mỗi loại. Hình 1.8: Tổ chức bộ nhớ của Vi điều khiển Bộ nhớ mở rộng bên ngoài và bộ nhớ chƣơng trình bên trong không có gì đặc biệt chỉ có khả năng lƣu trữ dữ liệu và mã chƣơng trình. Bộ nhớ chƣơng trình bên trong của vi điều khiển thuộc loại bộ nhớ flash rom cho phép xóa bằng xung điện và lập trình lại. Bộ nhớ Ram nội bên trong là bộ nhớ đặc biệt, sơ đồ cấu trúc bên trong đƣợc trình bày trong hình dƣới. [...]... 2 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng CHƯƠNG 2: THI T KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH LED CUBE 5X5X5 Thi t kế phần cứng 2.1.1 Sơ đồ mạch ngun lý Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng 2.1.2 Sơ đồ mạch in Hình 2.2: Sơ đồ mạch in mạch điều khiển Led Cube 5x5x5 SVTH: Võ Quang Lộc Trang 20 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng 2.1.3 Mạch hồn thành thực tế: Hình 2.4: Mạch điều khiển Led Cube 5x5x5 thực tế SVTH: Võ Quang Lộc Trang 21 Đồ án. .. sau: L 1= P0.0 L2 = P0.1 L3 = P0.2 Hình 2.16: Hàn dây vào các chân của khối led cube B4: Ráp khối led cube vào board mạch điều khiển, sau đó cắm nguồn và kiểm tra SVTH: Võ Quang Lộc Trang 35 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng Hình 2.17: Gắn board điều khiển vào khối led cube B5: Hồn tất khối led cube với hộp mica bao quanh khối led Hình 2.18: Khối led cube sau khi hồn thành SVTH: Võ Quang Lộc Trang 36 ... lên 4,7 k Mỗi led đơn để sáng đƣợc đòi hỏi dòng qua led là 10mA, hiệu điện thế 3V (dùng led 5mm xanh dƣơng) Tính tốn chọn điện trở hạn dòng cho led: Ta có: R le d  V C C  V le d  I le d 5 V  3V  200 10m A chọn Rled = 220 Hiển thị hiệu ứng trên khối led cube bằng phƣơng pháp qt giải mã bằng phần cứng và phần mềm khối qt và hiển thị led cube đƣợc thi t kế gồm 5 lớp, mỗi lớp 25 led đơn đƣợc nối... xanh dƣơng 125 Led đục cao màu xanh đỏ 02 Transistor 05 Jack cắm 8 và cáp bẹ 8 04 Jack nguồn và Adapter 2.3.2 01 01 01 Thi cơng B1: Ta tiến hành bẻ chân led nhƣ sau: chân Anode ta bẻ vng góc ,chân cathode giữ ngun sau khi bẻ ta tiến hành hàn led Hàn đủ 25 led ta đƣợc 1 lớp thứ nhất SVTH: Võ Quang Lộc Trang 31 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng Hình 2.11 -2.12: Gắn led lên khung led cube 5x5x5 Và cứ nhƣ vậy... 16 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng 1.2 Giới thi u Led Cube 1.2.1 Giới thi u LED CUBE đƣợc tạo thành từ 125 bóng led, xếp thành 5 lớp, mỗi lớp 25 bóng Điều đặc biệt là ta khơng dùng 125 mối nối để thắp sáng từng bóng mà thay vào đó, ta mắc chung các chân anode của 25 bóng trên 1 lớp lại với nhau và mắc chung 5 chân cathode để tạo thành cột (có 25 cột) 1.2.2 Ngun lý hoạt động Để cho 1 led bất kỳ bật sáng,... SVTH: Võ Quang Lộc Trang 32 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng Hình 2.13: Hồn thành 5 lớp trong khối led cube B2: Khi đã bẻ xong 5 lớp ta tiến hành ghép các lớp thành một khối, ta ghép từng lớp một cho đến khi hồn thành ghép xong 5 lớp Hình 2.14: Ghép và hàn các lớp thành khối led SVTH: Võ Quang Lộc Trang 33 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng Hình 2.15: Hồn thành hàn các lớp của khối led cube Sau khi hàn đƣợc thành... trở hạn dòng cho led phải lƣu ý đến khả năng nhận dòng của chân I/O vi điều khiển (thơng số IOL khoảng 200mA là tối đa) Ở thời điểm nào đó, mỗi chân này phải nhận dòng từ 5 bóng led của 1 cột Sơ đồ ngun lý điều khiển sau đây: Hình 1.20: Sơ đồ ngun lý điều khiển Led 1.2.3 Cơ sở tính tốn chọn linh kiện: SVTH: Võ Quang Lộc Trang 17 Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng Port 0 muốn hiển thị đƣợc và khơng bị nhiễu... Lộc Trang 21 Đồ án 2 2.2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng Thi t kế phần mềm 2.2.1 Lƣu đồ: BẮT ĐẦU CHỚP TẮT KHỞI TẠO BIẾN Đ I . 1.2 Giới thi u Led Cube Chƣơng 2: Thi t kế và thi công mạch led Cube 5x5x5 2.1 Thi t kế phần cứng 2.2 Thi t kế phần mềm 2.3 Thi công và khắc phục lỗi Tuy nhiên, do thời gian và kiến thức còn. Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng SVTH: Võ Quang Lộc Trang 19 CHƯƠNG 2: THI T KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH LED CUBE 5X5X5 2.1 Thi t kế phần cứng 2.1.1 Sơ đồ mạch ngun lý Hình 2.1: Sơ đồ ngun lý mạch. GIỚI THI U 4 PHẦN II: NỘI DUNG 5 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 1.1 Giới thi u Vi điều khiển AT89S52 5 1.2 Giới thi u Led Cube 17 CHƢƠNG 2: THI T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH LED CUBE 5X5X5 19 2.1 Thi t