đề tài VI ĐIỀU KHIỂN VỚI QUANG BÁO

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 3 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân PHẦN I GIỚI THIỆU HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 4 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN · á ¸ HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 5 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN · á ¸ HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 6 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân LỜI MỞ ĐẦU - - - ¹ ± º - - - Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của xã hội, đặc biệt là trong các ngành kỹ thuật. Khi mà các sản phẩm mới liên tục ra đời, những vât liệu nổi trội hơn, công nghệ mới cũng ra đời… Song song đó thì nhu cầu của con người đối với sự tiến bộ của xã hội cũng ngày càng khắc khe hơn. Đặc biệt khi ngành công nghệ số, trí tuệ nhân tạo ra đời nó cũng len lõi mọ i lĩnh vực của xã hội. Ví dụ điển hình là tronh lĩnh vực quản bá truyền thông. Khi nhu cầu của các nhà kinh doanh ngày càng cao hơn về việc quảng cáo các sản phẩm, dịch vụ của mình đến với người tiêu dùng khắp mọi nơi và từ đó lĩnh vực này cũng liên tục cải thiện. Khi máy tính ra đời đặc biệt là công nghệ số thì lĩnh vực truyền thông đã có những bước phát triển đ áng kể, các loại hình quảng cáo như pano, apphich, bản hiệu,…đã dần nhường chỗ cho các bảng điện tử đầy đủ màu sắc. Và đặc biệt hơn chúng có thể gửi đến mọi người các thông điệp đặc sắc, phong phú mà trước đây thì công nghệ chưa cho phép. Chẳng hạn như: nhiều màu sắc, linh động, hình ảnh đẹp, có thể nhảy múa với đầy đủ các hiệu ứng m ới lạ trước mắt người xem. Khi mà quá trình đô thị hoá ngày càng nhanh cùng với sự phát triển của các toà nhà, cao ốc,…thì không gian ngày càng thu hẹp và tất nhiên những biển quảng cáo khổ rộng đã dần được thay thế bằng các bảng điện tử, led, LCD,… Khi bạn bước vào một ngân hàng, một cửa hiệu hay bất chợt đi trên đường bạn cũng có thể bắt gặp những dòng chữ đầy màu sắc chạy qua ch ạy lại thể hiện đầy đủ các thông điệp mà nhà kinh doanh muốn gửi đến tất cả mọi người. Đáp ứng nhu cầu đó và cũng để hiểu thêm về công nhệ cũng như quá trình thiết kế thi công các loại bảng led quảng cáo, tôi quyết định chọn đề tài VI ĐIỀU KHIỂN VỚI QUANG BÁO để phục vụ cho môn đồ án 2. Trong quá trình thực hiện đề tài do lượng kiến thứ c khổng lồ nhưng sự hiểu biết của tôi là có hạn nên không thể khai thác được hết các công năng của vi điều khiển mà chỉ sử dụng một vài chức năng cơ bản. Và cũng chưa có nhiều kinh nghiệm trong quá trình thực hiện các đề tài, tất nhiên cũng không thể tránh được những sai xót. Rất mong nhận được những đóng góp chân thành của quý thầy cô và các bạn để có thể thực hiệ n tốt hơn cho các lần tiếp theo. Xin chân thành cảm ơn./. Tp Hồ Chí Minh tháng 01 - 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Ngọc Luân HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 7 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân MỤC LỤC PHẦN I GIỚI THIỆU 1 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 4 Nhận xét của giáo viên phản biện 5 Lời nói đầu 6 Mục lục 7 PHẦN II NỘI DUNG 9 Chương I Giới thiệu các linh kiện dùng trong đề tài 10 I. Khối xử lý trung tâm – vi điều khiển 10 I.1 Khái niệm vi điều khiển 10 I.2 Giới thiệu họ vi điều khiển PIC 16F887 10 I.2.1 PIC là gì? 10 I.2.2 Tại sao là PIC mà không là các họ vi điều khiển khác 10 I.2.3 Bộ vi điề u khiển 8bit PIC 16F887 11 II. IC giao tiếp máy tính MAX 232 29 II.1 Tổng quan chuẩn RS232 29 II.1.1 Đặt vấn đề 29 II.1.2 Ưu điểm của chuẩn RS232 30 II.1.3 Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232 30 II.1.4 Các mức điện áp đường truyền 30 II.1.5 Chuẩn RS232 trên máy tính 30 II.1.6 Quá trình truyền nhận dữ liệu 31 II.2 Sơ đồ kết nối IC MAX232 32 III. Ram mở rộng 33 III.1 Giới thiệu 33 III.2 Sơ đồ chân IC HM62256ALP 33 III.3 Gi ải thích sơ đồ chân 34 III.4 Sơ đồ khối HM62256ALP 35 III.5 Nguyên lý hoạt động truy xuất dữ liệu của HM62256ALP 35 III.5.1 Quá trình ghi dữ liệu vào Ram 35 III.5.2 Quá trình đọc dữ liệu từ ram 36 IV. IC ghi dịch 74HC595 36 IV.1 Giới thiệu 36 IV.2 Sơ đồ chân 36 IV.3 Giải thích sơ đồ chân 37 V. Led ma trận 38 V.1 Hình dạng và cấu tạo 38 V.2 Nguyên lý hoạt động 39 Chương II Nguyên lý hoạt động của đề tài 41 I. Sơ đồ khối hiễn thị 41 I.1 Bộ nguồn 41 I.2 Bộ dao động thạch anh 41 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 8 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân I.3 Bộ reset 42 I.4 Khối xử lý trung tâm 42 I.5 Khối giải mã cột 42 I.6 Khối giải mã hang 42 I.7 Khối hiển thị 42 I.8 Khối giao tiếp máy tính 42 II. Nguyên tắc hoạt động của đề tài 42 II.1 Nguyên tắc hoạt động của led ma trận 43 II.1.1 Hiển thị ký tự trên led ma trận 43 II.1.2 Dịch chữ trên led ma trận 45 II.2 Nguyên tắc truyền nhận dữ liệu từ máy tính 46 PHẦN III PHỤ LỤC 47 Phụ lục A Chương trình điều khi ển 48 Phụ lục B Sơ đồ mạch in hai mặt 58 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 9 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân PHẦN II NỘI DUNG HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 10 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG ĐỀ TÀI · n ¸ I. Khối xử lý trung tâm - vi điều khiển I.1 Khái niệm vi điều khiển Để hiểu khái niệm về bộ vi điều khiển, ta có thể làm phép so sánh với bộ vi xử lý công dụng chung nhu sau: Ta biết rằng, các bộ vi xử lý công dụng chung như họ INTEL X 86 ( 8086,80286, 80386, 80486 và PENTIUM) hoặc họ MOTOROLA 680x0( 6800, 68010, 68020,68030,68040 v v ) không có Ram , Rom và không có các các cổng ra vào trên Chip…với lý do đó mà chúng được gọi là các bộ vi xử lý công dụng chung. Một nhà thiết kế hệ thống sử dụng một bộ vi xử lý công dụng chung chẳng hạn như Pentium hay 68040 sẽ phải bổ xung them RAM, ROM, các c ổng vào ra và các bộ định thời ngoài để làm cho chúng hoạt động được. Mặc dù việc bổ xung các RAM, ROM, các cổng vào ra sẽ làm cho hệ thống cồng kềnh lên nhưng nó lại có ưu điểm khi sử dụng các bộ vi xử lý này là rất linh hoạt. Chẳng hạn như người thiết kế có thể quyết định về số lượng RAM, ROM, và các cổng vào ra cấn thiết sao cho phù hợp với khả năng, mục đích sử dụng của hệ thống. Điều này không thể có đối với các bộ vi điều khiển. Bởi vì, một vi điều khiển đã có một CPU cùng với một số lượng RAM, ROM, các cổng vào ra và một bộ định thời trên cùng một chip. Hay nói cách khác là bộ vi xử lý, RAM, ROM, các cổng vào ra và một bộ định thời được nhúng trên một chip. Do vậy người thiết kế không thể bổ xung thêm bộ nhớ ngoài, s ố các cổng vào ra hoặc bộ định thời cho nó. Với số lượng RAM, ROM và các cổng vào ra có định như vậy là một mặt hạn chế xong nó lại thật sự lý tưởng đối với những ứng dụng mang tính chuyên biệt, tối ưu về giá thành, tối ưu về không gian… Hiện nay trên thị trường có các bộ vi điều hiển 8 Bit chính là 6811 của Motorola, 8051 của Intel, Z8 của Xilog và PIC16X của Microchip Technology. Mỗi loại trên đểu có một tâp l ệnh và thanh ghi duy nhất, nên chúng đều không tương thích lẫn nhau. Cũng có những bộ vi điều khiển 16 bít và 32 bít được sản xuất ra bởi các hãng sản xuất khác nhau. I.2 Giới thiệu họ vi điều khiển PIC16F887 I.2.1 PIC là gì ?? PIC là viết tắt của “Programable Inteled ma trậnigent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Intrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển này sau đó được nghiêm cứu phát triển I.2.2 Tại sao là PIC mà không là các họ vi điều khiển khác ?? HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 11 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM,… Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở một số trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau: - Họ vi điều khiển này có thể tìm mua d ễ dàng tại thị trường Việt Nam. - Giá thành không quá đắt - Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập. - Là sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho hơ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051 - Số lượng người sử d ụng họ vi điều khiển PIC: hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này sử dụng khá rộng rãi. Điều này tạo thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó kh ăn,… - Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,… - Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các t1inh năng này không ngừng phát triển. Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệ t là trong kỹ thuật tự động hóa và điều khiển từ xa. Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ưu (thời gian, không gian, giá thành), bảo mật, tính chủ động trong công việc…ngày càng đòi hỏi khắt khe. Việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điện tử để đáp ứng những yêu cầu trên là hoàn toàn cấp thiết mang tính thực tế cao I.2.3 Bộ vi điều khiển 8 bit PIC16F887 I.2.3.a Đặc tính nổi bật của bộ vi xử lý + Sử dụng công nghệ tích hợp cao RISC CPU + Người sử dụng có thể lập trình với 35 câu lệnh đơn giản. + Tất cả các câu lệnh thực hiện trong một chu kỳ lệnh ngoại trừ một số câu lệnh rẽ nhánh thực hiện trong hai chu ký lệnh. + Tốc độ hoạt động là : - Xung đồng hồ vào là DC – 20MHz - Chu kỳ lệnh thực hiện trong 200ns + Bộ nhớ ch ương trình Flash 8Kx14 words + Bộ nhớ SRAM 368x8 bytes + Bộ nhớ EFPROM 256x8 bytes + Số port I/O 35 ports Khả năng của bộ vi xử lý này + Khả năng ngắt (lên tới 14 nguồn ngắt trong và ngắt ngoài) + Ngăn nhớ Stack được phân chia làm 8 mức + Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. + Nguồn khởi động lại ( POR) + Bộ tạo thời gian (PWRT) và bộ tạo dao động (OST|) HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn Trang 12 SVTH: Nguyễn Ngọc Luân + Bộ đếm xung thời gian (WDT) với nguồn dao động trên chip (nguồn dao động RC) hoạt động đáng tin cậy. + Có mã chương trình bảo vệ. + Phương thức cất giữ Sleep + Thiết kế hoàn toàn tĩnh. + Dải điện thế hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V + Nguồn điện sử dụng hiện tại 25mA Các đặt tính nổi bật của thiết bị ngoại vi trên chip + TIMER0: 8 bit của bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước. + TIMER1: 16 bit của bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước, có khả năng tăng trong khi ở chế độ Sleep qua xung đồng hồ được cung cấp bên ngoài. + TIMER2: 8 bit của bộ định thời, bộ đếm với 8 bit của hệ số tỷ lệ trước, hệ số tỷ lệ sau. + Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự với 10 bit. + Cổng truyền thông tin nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I 2 C(chủ / phụ). Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A [...]... tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với thế giớ bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tuỳ theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng các chân và số lương cổng nhập xuất có thể khác nhau Bên cạnh đó do vi điều khiển được... tự động được vi điều khiển cất vào stack Khi một trong các lệnh RETURN, RETFILE hay GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn SVTH: Nguyễn Ngọc Luân Trang 18 HỌC VI N HÀNG KHÔNG VI T NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 RETLW được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng quy trình định trước Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC16F887... này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h) Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là outout, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các thanh ghi điều khiển tương...HỌC VI N HÀNG KHÔNG VI T NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 Hình 1: Sơ đồ chân PIC 16F887 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16f877A GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn SVTH: Nguyễn Ngọc Luân Trang 13 HỌC VI N HÀNG KHÔNG VI T NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 Hình 2: Sơ đồ khối PIC 16F887 I.2.3.b Tổ chức bộ nhớ Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F887 bao gồm bộ nhớ chương trình... ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau PORTB còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB có được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn SVTH: Nguyễn Ngọc Luân Trang 20 HỌC VI N... đó ta phải tăng dung lượng ram cho vi điều khiển bằng cách giao tiếp thêm với ram ngoài IC ram sử dụng trong đề tài là IC HM62256ALP với dung lượng là 15 bit địa chỉ và 1 byte lưu trữ Điều này có nghĩa là ta sẽ có 215 địa chỉ tương đương 32Kbit địa chỉ, ứng với mỗi địa chỉ ta lưu được một byte dữ liệu Như vậy nếu ta dùng ram 62256 để lưu dữ liệu nhập từ bàn phím với mỗi ký tự cần 5 byte thì ta sẽ lưu... output cho vi điều khiển Có nhiều phương pháp để tăng số lượng chân , ví dụ như dùng IC giải mã, tuy nhiên IC ghi dịch 74HC595 được lựa chọn như là một giải pháp vì các nguyên nhân sau: - Số lượng chân điều khiển luôn cố định là 4 chân: nếu dùng giải mã thì số lựong chân điều khiển sẽ tăng theo số lượng chân ngõ ra (khi phải ghép nhiều IC lại với nhau) Trong khi dùng ghi dịch thì số lượng chân điều khiển. .. dùng khi ghép nhiều IC nối tiếp với nhau GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn SVTH: Nguyễn Ngọc Luân Trang 37 HỌC VI N HÀNG KHÔNG VI T NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 Hình 21: Sơ đồ khối 74HC595 Ta có thể điều khiển được một hoặc nhiều IC 74HC595 ghép với nhau thông qua 3 chân DS, ST_CP,SH_CP Điều này cho phép mở rộng một cách vô hạn số lượng chân ngõ ra của vi điều khiển Tuy nhiên nhược điểm của... Ngọc Luân Trang 15 HỌC VI N HÀNG KHÔNG VI T NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 Hình 4: Bộ nhớ dữ liệu GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn SVTH: Nguyễn Ngọc Luân Trang 16 HỌC VI N HÀNG KHÔNG VI T NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 c) Thanh ghi chức năng đặc biệt Đây là các thanh ghi được sử dụng bởi CPU hoặc được dùng để thiết lặp và điều khiển các khối chức năng đựoc tích hợp bên trong vi điều khiển Có thể phân chia... PORTD GVHD: thầy Phạm Hùng Kim Khánh http://www.ebook.edu.vn SVTH: Nguyễn Ngọc Luân Trang 22 HỌC VI N HÀNG KHÔNG VI T NAM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 PORTD gồm 8 pin I/O: RD0, RD1, RD2, RD3 ứng với các chân số 19, 20, 21 và chân số 22 của vi điều khiển, RD4 đến RD7 ứng với các chân số 27 đến chân số 30 Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISD ( địa chỉ 88h ) PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao . dụng cho hơ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051 - Số lượng người sử d ụng họ vi điều khiển PIC: hiện nay tại Vi t Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này sử. thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển này sau đó được nghiêm cứu phát triển I.2.2 Tại sao là PIC mà không là các họ vi điều khiển khác ?? HỌC VI N HÀNG KHÔNG VI T NAM ĐỒ. trung tâm - vi điều khiển I.1 Khái niệm vi điều khiển Để hiểu khái niệm về bộ vi điều khiển, ta có thể làm phép so sánh với bộ vi xử lý công dụng chung nhu sau: Ta biết rằng, các bộ vi xử lý