Thiết kế mạch LED sao băng – hiển thị chữ trên LCD sử dụng họ 8051 kèm đủ file đồ án

Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa. So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điểu khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình được để điều khiển. Nên rất tiện dụng và cơ động. Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, chúng em dùng vi điều khiển để Thiết kế mạch LED sao băng – hiển thị chữ trên LCD sử dụng họ 8051 Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của vi điều khiển trong thực tiễn để rồi từ đó tìm tòi, phát triển nhiều ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày cần đến. Tham gia vào thực hiện đề tài "Thiết kế mạch LED sao băng – hiển thị chữ trên LCD sử dụng họ 8051". Dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Trung Tín. Chúng em mong rằng sự nhiệt tình của thầy sẽ giúp chúng em thực hiện đề tài thành công. Việc thực hiện xong đồ án môn học bằng các kiến thức đã học, một số sách tham khảo và một số nguồn tài liệu khác nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy nhóm rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! CCVT03A Trang 1 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CCVT03A Trang 2 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 MỤC LỤC 3 MỤC LỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 7 1.1 Giới thiệu chung về họ vi điều khiển 8051 7 1.2 Sơ đồ chân của IC 89C51 7 1.2.1 Chức năng của các chân 89C51 7 1.3 Các thanh ghi port xuất nhập 10 1.3.1 Các thanh ghi timer 10 CCVT03A Trang 3 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín 1.3.2 Các thanh ghi port nối tiếp 10 1.3.3 Các thanh ghi ngắt 10 1.3.4 Thanh ghi điều khiển công suất 11 1.3.5 Tín hiệu Reset 11 1.3.6 Hoạt động thanh ghi TIMER 11 1.3.7 Thanh ghi chế độ timer (TMOD) 12 1.3.8. Thanh ghi điều khiển timer(TCON) 13 1.3.9 Khởi động và truy xuất thanh ghi timer 13 1.3.10 Ngắt (INTERRUPT) 14 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ LED – LCD 17 2.1 Tổng quan về LED 17 LED ( light-emitting diode) Diode phát quang 17 2.1.1 Cấu tạo led đơn 17 2.1.2 Nguyên lý làm việc 18 2.1.3 Ứng dụng của LED 18 2.2 Tìm hiểu về màn hình LCD 19 2.2.1 Phân loại LCD 19 2.2.2 Mô tả về các chân của Màn hình LCD 16x2 19 2.2.3 Nguyên tắc hiển thị ký tự trên màn hình LCD 21 CHƯƠNG 3. MẠCH LED SAO BĂNG - HIỂN THỊ LCD 23 3.1 Mạch led sao băng 23 3.1.1 Nguyên lý làm việc của mạch hiển thị 23 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý 23 3.1.3 Sơ đồ mô phỏng bằng proteus 23 3.1.4 Sơ đồ mạch in 26 3.2 Mạch hiển thị LCD 27 3.2.1 Nguyên lý hoạt động 27 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý 27 3.2.3 Sơ đồ mô phỏng bằng protues 28 3.2.4 Sơ đồ mạch in 28 KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 CCVT03A Trang 4 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín CCVT03A Trang 5 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín MỤC LỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hình dạng thực tế và sơ đồ chân của AT89C51 7 Hình 1.2 Chân XTAL 1 và XTAL 2 của nguồn tạo xung 9 Hình 1.3 Sơ đồ chân RESET của 89C51 11 Hình 2.1 Hình dạng thực tế Led đơn 17 Hình 2.2 Cấu tạo của Led đơn 17 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc Led đơn 18 Hình 2.4 Sơ đồ chân của LCD 16x2 19 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị dùng Led đơn 23 Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng mạch hiển thị dùng Led đơn 26 Hình 3.3 Sơ đồ mạch in led sao băng 26 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hiển thị LCD 27 Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng mạch LCD 28 Hình 3.6 Sơ đồ mạch in LCD 28 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chức năng các chân của port 3 8 Bảng 1.2 Các thanh ghi trạng thái của chân RESET 11 Bảng 1.3 Các thanh ghi chức năng của timer trong 8031 12 Bảng 1.4 Tóm tắt thanh ghi chức năng TMOD 12 Bảng 1.5 Thanh ghi điều khiển timer 13 Bảng 1.6 Tóm tắt thanh ghi IE 15 Bảng 1.7 Các loại cờ ngắt trong 89C51 15 Bảng 1.8 Các vecter ngắt trong 80C51 16 Bảng 2.1 Tác dụng các chân của LCD 16x2 19 Bảng 2.2 Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng 20 Bảng 2.3 Mã lệnh trong LCD 21 CCVT03A Trang 6 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 1.1 Giới thiệu chung về họ vi điều khiển 8051 Với chip 8051 lần đầu tiên được đưa ra thị trường thì nó có các đặc trưng được tóm tắt như sau: - 4KB ROM - 128byte RAM - 4 port xuất nhập (I/O)8 bit - 2 bộ định thời 16-bit - Mạch giao tiếp nối tiếp - Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64k - Không gian nhớ rữ liệu ngoài 64k - Bộ xử lý bit (thao tác trên các bít riêng rẽ) - 210 vị trí được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit 1.2 Sơ đồ chân của IC 89C51 Dưới đây là hình dạng thực tế và sơ đồ chân của vi điều khiển AT89C51 Hình 1.1: Hình dạng thực tế và sơ đồ chân của AT89C51 1.2.1 Chức năng của các chân 89C51  Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển. Nguồn điện cấp là +5V±0.5.  Chân GND: Chân số 20 nối GND (hay nối Mass). Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản là sử dụng IC ổn áp 7805. CCVT03A Trang 7 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín  Port 0 (P0): Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng: Chức năng xuất/nhập : Các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt. Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ nhớ ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài.  Port 1 (P1): Port P1 gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8), chỉ có chức năng làm các đường xuất/nhập, không có chức năng khác.  Port 2 (P2): Port 2 gồm 8 chân (từ chân 21 đến chân 28) có hai chức năng: Chức năng xuất/nhập Chức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung lượng lớn,cần 2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận, byte cao do P2 này đảm nhận.  Port 3 (P3): Port 3 gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17): Chức năng xuất/nhập Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau : Bảng 1.1 Chức năng các chân của port 3 Bit Tên Chức năng P3.0 RxD Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp P3.1 TxD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt cứng thứ 0 P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt cứng thứ 1 P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 0 P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1 P3.6 WR Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài P3.7 RD Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài P1.0 T2 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 2 P1.1 T2X Ngõ Nạp lại/thu nhận của Timer/Counter thứ 2 CCVT03A Trang 8 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín  Chân RESET (RST) Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển. Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy.  Chân XTAL1 và XTAL2 Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định. Hình 1.2 Chân XTAL 1 và XTAL 2 của nguồn tạo xung  Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường được nối với chân OE (output enable) của ROM ngoài. Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic không tích cực (logic 1) (Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến)  Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30) Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. CCVT03A Trang 9 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào vi điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống. Ghi chú: khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này.  Chân EA Chân EA dùng để xác định chương trình thực hiện được lấy từ ROM nội hay ROM ngoại. Khi EA nối với logic 1(+5V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ nội. Khi EA nối với logic 0(0V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ ngoài. 1.3 Các thanh ghi port xuất nhập Các port của 89C51 bao gồm port 0 ở địa chỉ 80H, port 1 ở địa chỉ 90H, port 2 ở địa chỉ A0H, và port3 ở địa chỉ B0H. tất cả các port này đều có thể truy xuất từng bit nên rất thuận tiện trong khả năng giao tiếp. 1.3.1 Các thanh ghi timer 89C51 có chứa 2 bộ định thời/đếm 16 bit được dùng cho việc định thời hoặc đếm sự kiện. Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0: byte thấp) và 8CH (TH0: byte cao). Timer 1 ở địa chỉ 8BH (TL1: byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao). Việc khởi động timer được Set bởi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer (TCON) ở địa chỉ 88H, chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit. 1.3.2 Các thanh ghi port nối tiếp 89C51 chứa một port nối tiếp dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc giao tiếp nối tiếp với các IC khác. Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ giữ cả 2 dữ liệu truyền và dữ liệu nhận. Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF. Các mode vận hành khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp SCON ở địa chỉ 98H. 1.3.3 Các thanh ghi ngắt 89C51 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bị cấm sau khi reset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ A8H, cả 2 thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit. CCVT03A Trang 10 [...]... thứ nhất Để điều khiển hoạt động của LCD nên sử dụng port 2 hoặc port 1 cho việc xuất nhập dữ liệu ,các chân tạo tín hiệu điều khiển RS, RW, EN _LCD có thể chọn tùy ý trong các chân của các Port còn lại CCVT03A Trang 22 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín CHƯƠNG 3 MẠCH LED SAO BĂNG - HIỂN THỊ LCD 3.1 Mạch led sao băng 3.1.1 Nguyên lý làm việc của mạch hiển thị Mạch điện sử dụng vi điều khiển nên về phần... 3.1.3 Sơ đồ mô phỏng bằng proteus Vì mạch hiển thị 32 led sao băng cũng tương tự như 16 led, vậy nên ở đây chúng em chỉ mô phỏng cho 16 led CCVT03A Trang 23 Đồ án vi xử lý CCVT03A GVHD: Trần Trung Tín Trang 24 Đồ án vi xử lý CCVT03A GVHD: Trần Trung Tín Trang 25 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng mạch hiển thị dùng Led đơn 3.1.4 Sơ đồ mạch in Hình 3.3 Sơ đồ mạch in led sao băng. .. hiệu ra các port để làm sáng LCD và hiển thị chữ như đã lập trình sẵn 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hiển thị LCD CCVT03A Trang 27 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín 3.2.3 Sơ đồ mô phỏng bằng protues Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng mạch LCD 3.2.4 Sơ đồ mạch in Hình 3.6 Sơ đồ mạch in LCD CCVT03A Trang 28 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín KẾT LUẬN Trong thời gian hơn 1 tháng tìm hiểu và nghiên... Nguyên tắc hiển thị ký tự trên màn hình LCD Một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo 4 bước sau : 1)Xóa toàn bộ màn hình 2)Đặt chế độ hiển thị 3)Đặt vị trí con trỏ (Nơi bắt đầu của ký tự hiển thị) 4 )Hiển thị ký tự CCVT03A Trang 21 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín Chú ý : + Các bước 3,4 có thể lặp đi lặp lại nhiều lần nếu hiển thị nhiều ký tự + Chế độ hiển thị mặc định sẽ là hiển thị dịch... thường thì dòng qua LED từ 10mA đến 50mA 2.1.3 Ứng dụng của LED Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng CCVT03A Trang 18 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các... tâm sử dụng vi điều khiển 89C51 Khi ta cấp nguồn cho vi xử lý thì vi xử lý sẽ hoạt động Nó sẽ cấp nguồn cho các chân của vi xử lý và mạch sẽ hoạt động theo chương trình đã được định sẵn của người sử dụng Vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu ra các port để làm sáng đèn led như mong muốn và tạo ra hiệu ứng nhấp nháy, sáng theo kiểu sao băng 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị dùng Led. .. CCVT03A Trang 26 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín 3.2 Mạch hiển thị LCD 3.2.1 Nguyên lý hoạt động Mạch điện sử dụng vi điều khiển nên về phần cứng khá đơn giản Khối điều trung tâm sử dụng vi điều khiển 89C51 Khi ta cấp nguồn cho vi xử lý thì vi xử lý sẽ hoạt động Nó sẽ cấp nguồn cho các chân của vi xử lý và mạch sẽ hoạt động theo chương trình đã được định sẵn của người sử dụng Vi điều khiển sẽ xuất... sang trái) Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải) Dịch hiển thị sang phải Dịch hiển thị sang trái Tắt con trỏ,tắt hiển thị Tắt hiển thi ,bật con trỏ Tắt con trỏ,bật hiển thị Bật hiển thị ,nhấp nháy con trỏ Tắt hiển thị, nhấp nháy con trỏ Dịch vị trí con trỏ sang trái Dịch vị trí con trỏ sang phải Dịch toàn bộ hiển thị sang trái Dịch toàn bộ hiển thị sang phải Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất Ép con trỏ... lượng Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng 2.2 Tìm hiểu về màn hình LCD 2.2.1 Phân loại LCD Có thể chia các module LCD làm hai loại chính : Loại hiển thị ký tự (character LCD ) gồm có các kích cỡ 16x1(16 ký tự 1 dòng); 16x2 (16 ký tự x 2 dòng) ; 16x4 (16 ký tự x 4 dòng); 20x1 (20 ký tự x1 dòng) v.v Loại hiển thị đồ họa (graphic LCD ) đen... Trang 16 Đồ án vi xử lý GVHD: Trần Trung Tín CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LED – LCD 2.1 Tổng quan về LED LED ( light-emitting diode) Diode phát quang Hình 2.1 Hình dạng thực tế Led đơn 2.1.1 Cấu tạo led đơn Điôt phát quang gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực anốt (A), catốt (K) Anốt nối với bán dẫn loại P, còn Catốt được nối với bán dẫn loại N Hình 2.2 Cấu tạo của Led đơn CCVT03A Trang 17 Đồ án vi xử