Nghiên cứu và tìm phương án điều khiển và xử lý dữ liệu cho bảng led ma trận hiển thị

TRƯỜNG CAO ĐẲNG K Ỹ THUẬT CAO THẮNG o0o KHOA ĐIỆN TỬ-TIN HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, cuộc sống con người ngày càng trở nên tiện nghi và hiện đại hơn. Điều đó đem lại cho chúng ta nhiều giải pháp tốt hơn, đa dạng hơn trong việc xử lý những vấn đề tưởng chừng như rất phức tạp gặp phải trong cuộc sống. Việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại trong tất cả các lĩnh vực đã và đang rất phổ biến trên toàn thế giới, thay thế dần những phương thức thủ công , lạc hậu và ngày càng được cải tiến hiện đại hơn, hoàn mỹ hơn. Cùng với sự phát triển chung đó, nước ta cũng đang mạnh mẽ tiến hành công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước để theo kịp sự phát triển của các nước trong khu vực và trên thế giới. Trong đó lĩnh vực điện tử đang ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế và đời sống con người. Sự phổ biến của nó đóng góp không nhỏ tới sự phát triển của tất cả các ngành sản xuất, giải trí, trong những năm gần đây đặc biệt trong lĩnh vực giải trí, quảng cáo đã có sự phát triển mạnh mẽ với nhiều hình thức, phương pháp tiếp cận, quảng bá và chia sẻ thông tin hiện đại và toàn diện hơn. Với lòng đam mê, yêu thích của mình trong lĩnh vực này, nhóm đã quyết định chọn đề tài “Quang Báo Hiển Thị Bằng Led Ma Trận” làm đề tài tốt nghiệp. Trong thời gian ngắn thực hiện đề tài cộng với kiến thức còn nhiều hạn chế, nên trong tập đồ án này không tránh khỏi thiếu sót, nhóm thực hiện rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn sinh viên. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài LỜI CẢM ƠN Trong suốt khóa học (2006-2009) tại Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, với sự giúp đỡ của quý thầy cô và giáo viên hướng dẫn về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã được hoàn thành đúng thời gian qui định. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn đến : Quí thầy cô trong khoa Điện tử -Tin học đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp và đã tạo điều kiện thuận lợi cho những người thực hiện hoàn tất khóa học. Đặc biệt, cô NGUYỄN THỊ HỒNG ÁNH– giáo viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt tình giúp đỡ và cho nhóm thực hiện những lời chỉ dạy quý báu, giúp nhóm thực hiện định hướng tốt trong khi thực hiện luận văn. Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. TP.HCM _ Tháng 7 năm 2009 Nhóm sinh viên thực hiện. MỤC LỤC Trang Phiếu đăng ký đồ án tốt nghiệp………………………………………………………………… Nhận xét của giáo viên hướng dẫn……………………………………………………………… Nhận xét của giáo viên phản biện……………………………………………………………… Lời nói đầu……………………………………………………………………………………………… Lời cảm ơn……………………………………………………………………………………………… PHẦN I: NỘI DUNG Chương 1: Dẫn nhập ………………………………………… ……………… 5 1.1: Đặt vấn đề…………………………………………………………………………… 5 1.2: Nội dung đề tài……………… …………………………………………………… 5 1.3: Mục đích đề tài……………… ………………………….………………………… 6 1.4: Đối tượng nghiên cứu…………… ……………………………………………….6 1.5: Lập kế hoạch nghiên cứu…………….………………………………………… 6 Chương 2: Giới thiệu về bảng quang báo…………………………………… ……………….7 2.1: Một số bảng quang báo thông dụng …………………………………… ……7 2.2: Giới thiệu về bảng quang báo hiển thị led ma trận ………………… … 8 Chương 3: Khảo sát linh kiện.……………….…………………… ………………………… …9 3.1: Vi điều khiển PIC 16F877A ……………… …………………… ……… 9 3.2: Linh kiện khác trong mạch quang báo……… ………………… …………32 Chương 4: Các phương pháp hiển thị led ma trận……… ……………………………….37 4.1: Phương pháp hiển thị bằng IC chốt……………………………………… ….37 4.2: Phương pháp sử dụng thanh ghi dịch………………………… …………….39 Chương 5: Sơ đồ khối và chức năng từng khối ……………………… ………………… 44 5.1: Sơ đồ khối hệ thống …………… …………………………………………….…44 5.2: Ý nghĩa từng khối……………………………………………………………… 44 Chương 6: Tính toán ………………….………………………………………………………… 48 6.1: Nguồn điều khiển……………….……………………………………………… …48 6.2: Mạch nguồn Reset……………………………………………………………… 48 6.3: Mạch kéo dòng. ……………….………………………………………………… 50 Chương 7:Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động………….………………………… ……. 52 7.1: Sơ đồ nguyên lý mạch…………… ………………………………………… …52 7.2: Nguyên lý hoạt động…………… ……………………………………………….53 Chương 8: Lưu đồ giải thuật và chương trình hoạt động ……….…………………….…54 8.1: Lưu đồ giải thuật………………. ………………………………………………… 54 8.2: Chương trình hoạt động…………….…………………………………………….57 Chương 9: Tổng Kết………………….……………………………………………………… … 62 PHẦN II: PHỤ LỤC CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Thông tin liên lạc là vấn đề được quan tâm trong xã hội. Ngay từ ngày xưa, con người đã biết vận dụng những gì đã có sẵn để truyền tin như lửa, âm thanh, các dấu hiệu… Ngày nay, với sự phát triển của xã hội thì ngày càng có nhiều cách tiếp cận với những thông tin mới. Ta có thể biết được thông tin qua báo chí, truyền hình, mạng internet, qua các pano, áp phích… Thông tin cần phải được truyền đi nhanh chóng, kịp thời và phổ biến rộng rãi trong toàn xã hội. Và việc thu thập thông tin kịp thời, chính xác là yếu tố hết sức quan trọng trong sự thành công của mọi lĩnh vực. Các thiết bị tự động được điều khiển từ xa qua một thiết bị chủ hoặc được điều khiển trực tiếp qua hệ thống máy tính. Việc sử dụng vi điều khiển để điều khiển hiển thị có rất nhiều ưu điểm mà các phương pháp truyền thống như panô, áp phích không có được như việc điều chỉnh thông tin một cách nhanh chóng bằng cách thay đổi phần mềm. Với những lý do trên, nhóm thực hiện đề tài đưa ra một cách thức nữa phục vụ thông tin là dùng quang báo. Nội dung nghiên cứu của đề tài chính là tạo ra một bảng quang báo ứng dụng trong việc hiển thị truyền thông ở các nơi công cộng như công ty, nhà xưởng, các ngã tư báo hiệu… Thế giới ngày càng phát triển thì lĩnh vực điều khiển cần phải được mở rộng hơn. Việc ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp vào sản xuất mang lại nhiều thuận lợi cho xã hội loài người, thông tin được cập nhật nhanh chóng và được điều khiển một cách chính xác . 1.2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI: Với khoảng thời gian thực hiện đề tài 4 tuần, nhóm đã thảo luận và chọn nội dung của đề tài như sau: - Nghiên cứu và tìm phương án điều khiển và xử lý dữ liệu cho bảng led ma trận hiển thị. - Thi công bảng quang báo hiển thị kích thước 8×48 điểm ảnh. - Viết chương trình tạo hiệu ứng và xử lý dữ liệu. 1.3 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI: Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài này nhằm giúp người học: - Tăng khả năng tự nghiên cứu cũng như tự học. - Bước đầu tiếp xúc với thực tế . - Vận dụng những kiến thức đã có đồng thời tìm tòi những kiến thức mới để hiểu sâu sắc hơn trong lĩnh vực này. Để thiết kế được một hệ thống như đã nêu ở trên thì người nghiên cứu phải nắm vững kiến thức chuyên ngành điện tử, tìm hiểu, nghiên cứu qua sách vở, tài liệu nước ngoài và dạng mạch thực tế để thi công phần cứng. 1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: - Các phương án điều khiển và xử lý dữ liệu cho bảng led ma trận. - Tìm hiểu vi điều khiển PIC 16F877A. - Tìm hiểu phương pháp lập trình C. - Bảng quang báo led ma trận kích thước 8×48 điểm ảnh. 1.5 LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU:  Để thực hiện đề tài này nhóm sinh viên đã kết hợp sử dụng nhiều phương pháp và phương tiện hỗ trợ gồm có:  Tham khảo tài liệu: kỹ thuật xung số, điện tử căn bản, vi điều khiển….  Quan sát.  Thực nghiệm.  Tổng kết kinh nghiệm.  Phương tiện: máy vi tính, Internet, thư viện…  Kế hoạch nghiên cứu:  Tuần 1: Nhận đề tài và lập đề cương tổng quát. Thu thập tài liệu và lập đề cương chi tiết.  Tuần 2, 3, 4: Thiết kế thi công và viết đồ án. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ BẢNG QUANG BÁO Ngày nay, các bảng quang báo ngày càng trở nên phổ biến và rất đa dạng về chủng loại và công nghệ thay thế dần cho các hình thức truyền thống như pano, áp phích,….bởi những tiện lợi và linh hoạt mà nó đem lại. Dưới đây, nhóm xin giới thiệu một số kiểu bảng quang báo thường được sử dụng: 2.1 MỘT SỐ BẢNG QUANG BÁO THÔNG DỤNG: 2.1.1. Mẫu một dòng chữ (16 X 240 điểm ảnh): Các thông số kỹ thuật:  Kích thước hiển thị: chiều cao 122mm, chiều dài tuỳ ý (thường là bội của 305mm)  Độ phân giải (số điểm ảnh): 16 x 40 x (chiều dài hiển thị/305)  Kết nối chuẩn (Máy tính, cổng COM) tuỳ chọn (RJ45, Bàn phím)  Bảng này có thể hiển thị một dòng chữ cao 122mm (16 điểm ảnh - như hình trên) hoặc hai dòng chữ cao 61mm (8 điểm ảnh) nhưng không dấu Tiếng Việt  Kết nối chuẩn (Máy tính, cổng COM) tuỳ chọn ( RJ45) 2.1.2. Mẫu hai dòng chữ (32 X 240 điểm ảnh) Các thông số kỹ thuật  Kích thước hiển thị: chiều cao 244mm, chiều dài tuỳ ý (thường là bội của 305mm)  Độ phân giải (số điểm ảnh): 32 x 40 x (chiều dài hiển thị/305)  Kết nối chuẩn (Máy tính, cổng COM) tuỳ chọn ( RJ45)  Bảng này có thể hiển thị hai dòng chữ cao 122mm (16 điểm ảnh – như hình trên) hoặc một dòng chữ cao 244mm (32 điểm ảnh - như hình dưới)  Kết nối chuẩn (Máy tính, cổng COM) tuỳ chọn ( RJ45) 2.2. GIỚI THIỆU VỀ BẢNG QUANG BÁO HIỂN THỊ LED MA TRẬN TRONG ĐỒ ÁN: 2.2.1. Phần cứng: - Kích thước hiển thị: chiều cao 6cm,chiều dài 36cm - Độ phân giải (số điểm ảnh):8 x 48. - Hiển thị: o Một màu. o Nội dung hiển thị được cho chạy theo nhiều hướng khác nhau như : cuốn từ dưới lên, cuốn từ trên xuống, sang trái, sang phải. 2.2.2. Phần mềm: - Dùng ngôn ngữ C lập trình cho vi điều khiển 16F877A - Phần mềm để viết chương trình CCS CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT LINH KIỆN 3.1. VI ĐIỀU KHIỂN 16F877A: 1 SÔ ÑOÀ CHAÂN VI ÑIEÀU KHIEÅN PIC16F877A 2 MỘT VÀI THÔNG SỐ VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM vào bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau:  Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.  Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.  Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.  Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung.  Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.  Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit đòa chỉ.  Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR,  CS ở bên ngoài.  Các đặc tính Analog:  8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.  Hai bộ so sánh.  Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:  Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.  Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.  Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. [...]... chốt dữ liệu Khi chân này ở mức logic cao thì dữ liệu mới được phép nhập vào IC, khi nó ở mức logic thấp thì dữ liệu mới khơng được phép nhập vào và dữ liệu cũ (đã được đưa vào trước đó) vẫn còn ở ngõ ra của nó  /OE: Output Enable, chân cho phép xuất dữ liệu Khi chân này ở mức logic thấp thì dữ liệu ở ngõ ra của Flip-Flop (bên trong IC) được đưa ra ngồi Ngược lại, khi chân này ở mức logic cao thì dữ liệu. .. khác ở cả ngõ vào và ngõ ra Output Enable (OE) L L L Latch Enable (LE) H H L D Output Q H L X H L Q0 H X X Z Bảng 3.13:Trạng thái hoạt động74HC573 L:Trạng thái thấp H:Trạng thái cao Z: Trở kháng mức cao Q0: Điều kiện trước  LED MA TRẬN: Led ma trận dùng để chỉ thị, hiển thị, làm nguồn sáng trong các máy in lazer, ngồi ra còn được sử dụng trong các hệ thống thơng tin dựa vào quang sợi Led ma trận được... từ đầu vào sang đầu ra chỉ có 18ns  Phạm vi điện áp hoạt động: 2 – 5.5V  Dòng điện đầu vào thấp nhất: 1uA Ngun tắc hoạt động của IC 74573: Dựa vào bảng trạng thái ta nhận thấy dữ liệu mới chỉ được phép truyền qua IC khi cả hai chân điều khiển (LE và OE) ở mức logic thích hợp: LE ở mức logic cao, OE ở mức logic thấp Khi cả hai chân điều khiển ở trạng thái này thì dữ liệu ở ngõ vào sẽ được đưa vào bên... trò các pin trong PORTA TRISA (đòa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập CMCON (đòa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh CVRCON (đòa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp ADCON1 (đòa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC Chi tiết về các thanh ghi sẽ được trình bày cụ thể trong phụ lục 2 8.2 PORTB PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh đó một... trong bộ nhớ dữ liệu Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0 Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh,10Bh, 18Bh):thanh ghi cho phép đọc và ghi, chứa các bit điều khiển và các bit cờ hiệu khi timer0 bò tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT và ngắt interrput-on-change... Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP Chi tiết về các thanh ghi sẽ được trình bày cụ thể trong phụ lục 2 8.5 PORTE PORTE (RPE) gồm 3 chân I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE Các chân của PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP Cấu trúc bên trong và chức năng cụ... tổng trở cao nhưng dữ liệu ở ngõ vào (nếu có) vẫn được phép đưa vào IC (đưa đến ngõ ra của các Flip-Flop ở bên trong IC) Dữ liệu này sẽ được phép truyền đến ngõ ra khi chân OE về lại mức logic thấp Khi cả hai chân điều khiển đều ở trạng thái cấm (chân OE ở mức logic cao, chân LE ở mức logic thấp) thì ngõ ra sẽ ở trạng thái tổng trở cao và ngõ vào sẽ khơng được phép nhập dữ liệu mớivào Như vậy, ở trạng... 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), tùy theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên... quá trình đếm khi vi điều khiển đang ở chế độ sleep và ngắt do Timer1 tạo ra khi bò tràn có khả năng “đánh thức” vi điều khiển Ở chế độ đếm bất đồng bộ, Timer1 không thể được sử dụng để làm nguồn xung clock cho khối CCP (Capture/Compare/Pulse width modulation) Khi =0 xung đếm vào Timer1 sẽ được đồng bộ hóa với xung clock bên trong Ở chế độ này Timer1 sẽ không hoạt động khi vi điều khiển đang ở chế độ... analog ở PORTA PORTE (đòa chỉ 09h) và TRISE (đòa chỉ 89h): liên quan đến các ngõ vào analog ở PORTE 13 COMPARATOR Bộ so sánh bao gồm hai bộ so so sánh tín hiệu analog và được đặt ở PORTA gõ vào bộ so sánh là các chân RA3:RA0, ngõ ra là hai chân RA4 và RA5 Thanh ghi điều khiển bộ so sánh là CMCON Các bit CM2:CM0 trong thanh ghi CMCON đóng vai trò chọn lựa các chế độ hoạt động cho bộ Comparator (hình 2.10) . cứu…………….………………………………………… 6 Chương 2: Giới thi u về bảng quang báo…………………………………… ……………….7 2.1: Một số bảng quang báo thông dụng …………………………………… ……7 2.2: Giới thi u về bảng quang báo hiển thị led ma trận ………………… … 8. và lập đề cương chi tiết.  Tuần 2, 3, 4: Thi t kế thi công và viết đồ án. CHƯƠNG 2 GIỚI THI U VỀ BẢNG QUANG BÁO Ngày nay, các bảng quang báo ngày càng trở nên phổ biến và rất. như sau: - Nghiên cứu và tìm phương án điều khiển và xử lý dữ liệu cho bảng led ma trận hiển thị. - Thi công bảng quang báo hiển thị kích thước 8×48 điểm ảnh. - Viết chương trình tạo hiệu