Sử dụng IC 89C51 điều khiển led đơn kèm đủ file đồ án

Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, quang báo là một trong những hình thức quảng cáo hiệu quả, đầy sinh động và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Việc hằng ngày đi ra đường và bắt gặp những biển quảng cáo xanh đỏ nhiều màu sắc, chớp nháy với nhiều hình thức, gây cho ta những ấn tượng. Đẹp và sinh động, gây ra sự chú ý, đó chính là công dụng của các biển quang báo quảng cáo mà bạn bắt gặp hằng ngày. Quảng cáo cho một thương hiệu, một cái tên, một dịch vụ hay là bảng thông báo ở nơi công cộng giờ đây đã trở nên rất gần gủi với chúng ta trong cuộc sống hiện đại,cuôc sống công nghệ điện tử. Xuất phát điểm từ những kiến thức được học từ ghế nhà trường, môn kỹ thuật vi xử lý đã phần nào giải đáp những thắc mắc về công nghệ, những kỹ thuật được ứng dụng để tạo nên những sản phẩm bắt mắt đầy công dụng. Đó là những ứng dụng cơ bản nhất của việc ứng dụng vi điều khiển. Học, nghiên cứu kỹ thuật vi xử lý, với mong muốn được tiếp cận gần hơn với những kỹ thuật đó, đồ án vi xử lý tiếp cận gần hơn với lĩnh vực quang báo, quảng cáo. Vì vậy, nhóm em chọn đề tài “Sử dụng IC 89C51 điều khiển led đơn” để thực hiện. Nội dung gồm 3 phần: Phần 1: Giới thiệu đề tài Phần 2: Cơ sở lý thuyết Phần 3: Nội dung đề tài Sau cùng cho phép nhóm em được bày tỏ lời cám ơn chân thành tới thầy Trần Trung Tín đã hướng dẫn nhóm em trong quá trình thực hiện đồ án này. SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng i Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A MỤC LỤC SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng ii Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A Phần I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ứng dụng vi điều khiển thiết kế 1 bảng quang báo hiển thị chữ “ VHIT ”, tạo hiệu ứng gây sự chú ý, sử dụng led hiển thị. 1.2 Mục tiêu đề tài Thực hành các kiến thức đã học về vi điều khiển, ứng dụng trong lĩnh vực làm quang báo quảng cáo. 1.3 Phương án thực hiện Sử dụng vi điều khiển 89c51 kết hợp với đèn led hiển thị. 1.4 Linh kiện + Vi xử lý 89C51 + Led đơn + Điện trở 2k + Thạch anh 12MHz + Tụ điện 10 µF, 33pF + Transistor SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 1 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A Phần II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về IC 89C51 2.1.1 Giới thiệu IC 89C51 AT89C51 là phiên bản 8051 có ROM trên chip là bộ nhớ Flash. Phiên bản này rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vi bộ nhớ Flash có thể xóa được trong vài giây. AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản suất, chế tạo theo công nghệ CMOS có các đặc tính như sau:  4 KB EPROM bên trong (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xóa.  Tần số hoạt động từ: 0Hz-24MHz  3 mức khóa bộ nhớ lập trình  128 Bytes RAM nội  4 Port xuất nhập I/O 8bit  2 bộ Time/counter 16bit  Giao tiếp nối tiếp điều khiển bằng phần cứng  64KB vùng nhớ mã ngoài  64KB vùng nhớ dữ liệu ngoài  210 vị trí nhớ có thể định vị bit  Cho phép xử lý bit.  210 vị trí nhớ có thể định vị bit.  4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia.  Có các chế độ nghỉ (Low-power Idle) và chế độ nguồn giảm (Power- down).  Ngoài ra, một số IC khác của họ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3 và 256 byte RAM nội. SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 2 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A 2.1.2 Cấu trúc bên trong của 89C51 Hình 2.1: Cấu trúc bên trong IC 89C51 + Thành phần chính của vi điều khiển AT89C51 là bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU (Central Processing unit). CPU bao gồm:  Thanh ghi tích lũy A  Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia  Đơn vị logic học ALU (Arithmetric Logical Unit)  Từ trạng thái chương trình PSW (Program Status Word)  4 bank thanh ghi  Con trỏ ngăn xếp  Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic. SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 3 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A + Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động. + Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong. Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp. + Hai bộ định thời 16bit hoạt động như một bộ đếm. + Các cổng (Port 0, Port 1, Port 2, Port 3) được sử dụng vào mục đích điều khiển. Ở cổng Port 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đối với một bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đấu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên ngoài. + Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập với nhau. Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong dãy rộng và được ấn định bằng một bộ định thời. + Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trong khác là bộ nhớ và các thanh ghi.  Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh.  Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí. Khi CPU làm việc, nó thay đổi nội dung của các thanh ghi. 2.1.3 Sơ đồ chân 89C51: AT89C51 gồm có 40 chân, mô tả như sau: Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 89C51 a) Port 0: gồm 8 chân 32-39 (P0.0…P0.7) Port 0 là port có 2 chức năng: Chức năng I/O (xuất/nhập): dùng cho các thiết kế nhỏ. Tuy nhiên khi dùng chức năng này thì Port 0 phải dùng thêm các điện trở kéo lên, giá trị của điện trở phụ thuộc vào thành phần kết nối với Port. Chức năng địa chỉ/dữ liệu đa hợp: khi dùng các thiết kế lớn, đòi hỏi phải sử dụng bộ nhớ ngoài thì Port 0 vừa là bus dữ liệu (8bit) vừa là bus địa chỉ (8bit thấp). SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 4 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A a) Port 1: chân 1-8 (P1.0…P1.7) Port 1 có một chức năng là IO. Có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài. b) Port 2: chân 21-28 (P2.0…P2.7) Port 2 có 2 chức năng . Được dùng như các đường xuất nhập hoặc byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng. c) Port 3: chân 10-17 (P3.0…P3.7) Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính dặt biệt của 89C51 như ở bản sau: Bit Tên Chức năng P3.0 RxD Ngõ vào port nối tiếp P3.1 TxD Ngõ ra port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 Ngắt ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của bộ định thời 0 P3.5 T1 Ngõ vào của bộ định thời 1 P3.6 WR Tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài P3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc từ bộ nhớ dữ liệu ngoài d) Nguồn: Chân 40: VCC = 5V Chân 20: GND e) PSEN: chân 29 Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN(Program Store Enable)điều khiển truy suất bộ nhớ chương trình ngoài. Khi AT89C51 đang thực thi chương trình trong bộ nhớ chương trình ngoài , PSEN tích cực 2 lần cho mỗi chu kỳ máy, ngoại trừ trường hợp 2 tác động của PSEN bị bỏ qua cho mỗi truy suất bộ nhớ dữ liệu ngoài. f) ALE/PROG (Address Latch Enable/Program): chân 30 Xung của ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy suất bộ nhớ ngoài. Chân này cũng được làm ngõ vào xung lập trình(PROG)trong thời gian lập trình Flash. Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chípvà có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. xung này SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 5 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A có thể cấm bằng cách set bit 0 của SFR tại địa chỉ 8EH lên 1. Khi đó, ALE chỉ có tác dụng khi dùng lệnh MOVX hay MOVC. g) EA/VPP (External Access): chân 31 EA dùng để cho phép thực thi chương trình từ ROM ngoài. Khi nối chân 31 với Vcc, AT89C51 sẽ thực thi chương trình từ ROM nội (tối đa 8KB), ngược lại thì thực thi chương trình từ ROM ngoài (tối đa 64KB). Ngoài ra, chân EA được lấp làm chân cấp nguồn 12V khi lập trình cho ROM. h) RST (Reset): chân 9 RST cho phép reset AT89C51 khi ngõ vào tín hiệu đưa lên mức 1 trong ít nhất là 2 chu kỳ máy. k) XTAL1: chân 19 Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo dao động và ngõ vào đến mạch tạo xung clock bên trong chip. l) XTAL2: chân 18 Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động. 2.2 Led đơn Hình 2.3: Hình dạng Led trong thiết bị điện tử LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N. 2.2.1 Hoạt động Giống như nhiều loại điốt bán dẫn khác. Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 6 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó). 2.2.2 Tính chất 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. Tùy vào từng loại LED mà điện áp phân 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 dòng điện từ 10mA đến 50mA. 2.2.3 Ứng dụng Đèn LED được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như trang trí, đọc sách báo, chiếu sáng, quảng cáo Đặc biệt là quảng cáo ngoài trời, những nơi khó thay lắp, do có tuổi thọ cao hơn nhiều lần so với bóng đèn Neon đồng thời có nhiều màu sắc phong phú như: đỏ, xanh lá, xanh da trời, vàng, trắng… Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng. 2.3 Tụ điện Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động. 2.3.1 Cấu tạo Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi. Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá. SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 7 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A Hình 2.4: Cấu tạo tụ gốm và tụ hóa 2.3.2 Điện dung, đơn vị và ký hiệu của tụ điện Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó. C = Q/U hay Q = CU Đơn vị điện dung của tụ điện là F: fara. 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF). 1µF = 10 -6 F 1nF = 10 -9 F 1pF = 10 -12 F Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor). Hình 2.5: Ký hiệu của tụ điện trên các sơ đồ nguyên lý. 2.3.3 Phân loại Có hai loại chính tụ không phân cực và tụ phân cực. a) Tụ không phân cực như tụ gốm, tụ giấy, tụ mica Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu. Hình 2.6: Hình ảnh thực tế các tụ không phân cực b) Tụ có phân cực như tụ hóa SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 8 [...]... và điều khiển Khối này là IC 89C51 mọi quá trình xử lý dữ liệu đều được thực hiện ở đây Trong đồ án này sử dụng port 1 xuất tín hiệu điều khiển led Hình 3.3: Khối xử lý và điều khiển 3.2.4 Khối hiển thị SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 12 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A Khối này có chức năng hiển thị tín hiệu sẽ được lấy từ port 1 của IC 89C51 Hình 3.4: Sơ đồ khối hiển thị 3.3 Sơ đồ. .. : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 23 CCVT03A Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A KẾT LUẬN Điều khiển led đơn chỉ là một phần nhỏ trong nhiều ứng dụng quan trọng của việc ứng dụng vi điều khiển trong công nghệ điều khiển tự động, cụ thể hơn ở đây là ứng dụng điều khiển đèn led trong quang báo quảng cáo ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống hiện đại Qua quá trình thực hiện đồ án này, nhóm em... hợp các led được ghép song song với nhau tạo thành 1 chữ cái tương ứng với 1 cổng đầu ra ở vi điều khiển P1.x ở đây ta được chuỗi 4 chữ cái tương ứng với 4 chân của vi điều khiển Việc lập trình để được tín hiệu xuất ra các chân một cách nhip nhàng để được các hiệu ứng mong muốn từ các tổ hợp chữ cái led lại với nhau Về nguyên lý, khi cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động, tại các port mà ta sử dụng của... mà ta sử dụng của vi điều khiển hoạt động ở 2 trạng thái: ở mức 0 tương ứng với thế là 0V, ở mức 1(+5V)  Tại mức 0: có sự chênh lệch áp giữa nguồn VCC và P1.x: dòng điện đi từ VCC qua Rx và P1.x về mass Do dó hiệu điện thế giữa 2 chân led gần như bằng 0 nên led không sáng  Tại mức 1(+5V): dòng điện từ VCC không chạy qua chân Px.x của vi điều khiển về mass được, khi đó 2 đầu led sẽ có sự chênh lệch... nên từ các vật liệu chịu nhiệt 2.5.3 Công dụng Hạn chế hoặc điều chỉnh dòng điện và phân chia điện áp trong mạch SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 10 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A Phần III NỘI DUNG ĐỀ TÀI 3.1 Sơ đồ khối của mạch BỘ DAO ĐỘNG THẠCH ANH KHỐI XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN KHỐI HIỂN THỊ NÚT RESET 3.2 Các khối chức năng 3.2.1 Khối reset IC 89C51 có ngõ vào reset RST tác động ở mức... thời gian 2 chu kỳ xung máy, sau đó xuống mức thấp để IC 89C51 bắt đầu làm việc RST có thể kích bằng tay bằng một phím nhấn thường hở, sơ đồ mạch reset như sau: Hình 3.1: Sơ đồ mạch RST 3.2.2 Bộ tạo dao động thạch anh SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 11 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A Hình 3.2: Bộ tạo dao động thạch anh Bộ này có tác dụng tạo ra tần số dao động chuẩn bị cho chip Thông... điện từ VCC không chạy qua chân Px.x của vi điều khiển về mass được, khi đó 2 đầu led sẽ có sự chênh lệch về mức điện áp tương ứng làm sáng led 3.5 Sơ đồ mạch in Hình 3.6: Sơ đồ mạch in 3.6 Mã chương trình V bit H bit p0.3 I bit p2.1 T bit p2.0 SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 14 p0.0 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn org 0000h main: mov p0,#0ffh mov p1,#0ffh mov p2,#0ffh mov p3,#0ffh ; ... hóa trong thiết bị điện tử Tụ hoá là tụ có phân cực, có trị số từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF Tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá thường có hình trụ 2.3.4 Ứng dụng Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tần khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều Lọc điện áp xoay chiều sau... dung thực hiện bài đồ án chưa đòi hỏi độ phức tạp nhiều nhưng sẽ là bước tiền đề để tiếp tục những bước đi chuyên sâu hơn, tìm hiểu, thực hành những tính năng lớn hơn về sau này, đi vào thực tiễn ứng dụng ở nhiều lĩnh vực trong cuộc sống Vì thời gian tìm hiểu có hạn, vốn kiến thức và nguồn tài liệu còn hạn chế nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm em mong nhận được ý kiến đánh giá của thầy... điện đi qua nó: 2.5.1 Hình dáng, ký hiệu và đơn vị của điện trở SVTH : Nguyễn Duy khánh – Lê Xuân Hùng 9 Trường CĐ CNTT Hữu nghị Việt-Hàn CCVT03A Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau Hình Hình 2.9: dạng và ký hiệu tụ điện Đơn vị điện trở là Ω (Ohm)