Tiểu luận vi điều khiển 1 dùng 89C51 điều khiển hiển thị led ma trận 8x8 2 màu sử dụng nút bấm, 1 nút màu đỏ 1 nút màu vàng và 1 nút tắt, có file Mô Phỏng, Code trong tài liệu và file Layout sử dụng Proteus 7
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TIỂU LUẬN VI ĐIỀU KHIỂN I ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ LED MA TRẬN HIỂN THỊ NỘI DUNG THAY ĐỔI MÀU DÙNG IC AT89C51. GVHD: TRẦN TRỌNG HIẾU SVTH: NHÓM 10 LỚP: 03DHDT Năm học 2014 – 2015 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TIỂU LUẬN VI ĐIỀU KHIỂN I Đề tài: Thiết kế led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu dùng IC AT89C51 DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 10 Họ và tên Mã SV Lớp 1. Nguyễn Anh Kiệt 2002120045 03DHDT 2. Nguyễn Minh Hậu 2002120013 03DHDT 3. Đặng Hữu Cảnh 2002120044 03DHDT Nhóm 10 Page 2 GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến với quý Thầy Cô ở trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm nói chung cũng như quý Thầy Cô ở Khoa Điện – Điện Tử nói riêng đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Và đặc biệt, trong học kỳ này, Khoa đã cho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên ngành Kỹ Thuật Điện – Điện Tử cũng như tất cả các sinh viên thuộc các chuyên ngành Khoa Học Kỹ Thuật khác. Đó là môn học “Vi điều khiển”. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Trọng Hiếu đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về môn học. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của Thầy thì em nghĩ bài tiểu luận này của chúng em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy. Bài tiểu luận được thực hiện trong khoảng thời gian học môn học này. Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về các linh kiện để thi công thiết kế mạch, kiến thức của chúng em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy và các bạn học cùng lớp để kiến thức của chúng em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn. Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Điện – Điện Tử và đặc biệt là Thầy Trần Trọng Hiếu thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Kiệt Nguyễn Minh Hậu Đặng Hữu Cảnh Nhóm 10 Page 3 Lời cảm ơn GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu Lời giới thiệu 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. Ngày nay, nền công nghệ ứng dụng vi xử lý vào đời sống của con người ngày càng khá phổ biến và không ngừng được phát triển. Trong đó việc ứng dụng vi điều khiển để thực hiện các công việc như: điều khiển điện thoại số, điều khiển từ xa cho máy thu hình, điều khiển hệ thống lò vi sống, được sử dụng hầu hết ở các hộ gia đình. Bên cạnh các ứng dụng trong gia đình, một lĩnh vực khác cũng đang kích động sự tăng trưởng của vi điều khiển là trong thương mại điện tử và trong công nghệ sản xuất như điều khiển tự động, trang trí quảng cáo, các đèn giao thông đặc biệt chúng ta hay bắt gặp nhất là ứng dụng trong trang trí quảng cáo của vi xử lý.Những biển quảng cáo rất nổi bật làm chúng ta không khỏi tò mò .Đó chính là thành công của những người thiết kế. Vi xử lý ngày càng chiếm ưu thế hơn so với các bộ điều khiển khác. Tính ưu việt của nó được thể hiện: - Dễ dàng sử dụng trong các thiết bị điện tử hoặc hệ thống điện tử số. - Chi phí nâng cấp thấp và cần rất ít linh kiện cho việc bảo hành, bảo dưỡng. - Mang lại hiệu quả kinh tế cao. Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả những ứng dụng trong thực tế của môn vi điều khiển nói riêng và ngành điện tử nói chung. Chúng em trong quá trình học tập, tìm hiểu và được sự chỉ dạy của các thầy cô, đồng thời được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Trần Trọng Hiếu. Chúng em đã chọn đề tài: “Thiết kế led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu dùng IC AT89C51 “ để làm bài báo cáo của mình. Trong bài báo cáo này chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về kết cấu và nguyên lý hoạt động của bảng ma trận led và lập trình hiển thị nội dung mà chúng ta muốn thể hiện trên ma trận led thông qua phần mềm mô phỏng Proteus. Nhóm 10 Page 4 GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu Với sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm, chúng em đã hoàn thành đề tài được giao. Chúng em rất mong được sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của thầy và các bạn nhằm phát triển và làm cho đề tài này hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn Nhóm 10 Page 5 GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu Ngày Tháng Năm Giáo Viên Hướng Dẫn Mục Lục Trang A. Phần mở đầu 08 I. Đặt vấn đề 08 II. Giải quyết vấn đề 08 III. Giới hạn đề tài 08 B. Phần nội dung 09 Chương I: Giới thiệu chung 09 Chương II: Phân tích sơ đồ khối 09 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 09 2.2 Chức năng các khối 10 2.2.1 Khối nguồn 10 2.2.2 Khối điều khiển 10 2.2.3 Khối hiển thị 10 2.2.4 Khối công suất 11 Chương III: Giới thiệu linh kiện sử dụng 11 3.1 IC AT89C51 11 3.1.1 Các đặc điểm của hệ vi xử lý 89C51 12 3.1.2 Cơ bản về cấu tạo của AT89C51 12 3.1.3 Tổ chức bộ nhớ của MCS51 15 3.1.4 Các nhóm lệnh của 8951 25 3.2 Transistor 29 Nhóm 10 Page 6 GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu 3.2.1 Giới thiệu chung về transistor 29 3.2.2 Các thông số kĩ thuật của BJT 32 3.2.3 Transistor C1815 33 3.3 Thạch anh 35 3.4 Led ma trận 36 3.4.1 Sơ đồ cấu tạo của led ma trận 36 3.4.2 Nguyên tắc làm sáng đèn trên bảng led 37 3.4.3 Nguyên tắc quét bảng ma trận led 37 Chương IV: Thiết kế mạch 39 4.1 Khối nguồn 39 4.2 Khối điều khiển 39 4.3 Khối hiển thị 40 4.4 Khối công suất 40 4.5 Sơ đồ mạch 40 4.5.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 41 4.5.2 Sơ đồ mạch mô phỏng 41 4.5.3 Mạch in 42 4.5.4 Mạch thực tế 42 4.6 Chương trình hoạt động 43 Chương V: Kết quả thi công 49 5.1 Các vấn đề đã được giải quyết trong đề tài 49 5.1.1 Các vấn đề đã nghiên cứu 49 5.1.2 Các vấn đề đã thực hiện 49 5.1.3 Kết quả thực tế và đánh giá mô hình 49 5.2 Ưu và nhược điểm khi thi công mạch 49 5.2.1 Ưu điểm 49 5.2.2 Nhược điểm 49 Nhóm 10 Page 7 GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu C. Phần kết luận 50 I. Kết luận 50 II. Hướng phát triển đề tài 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 A. Phần mở đầu I. 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 led ma trận hiển thị thông báo. Nội dung nghiên cứu của đề tài chính là tạo ra một bảng led ma trận hiển thị nội dung cần truyền đạt. Ví dụ như 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 . II. Giải quyết vấn đề: Dựa vào phương pháp quét bàn phím, ta có thể thực hiện việc hiển thị thông tin trên led ma trận bằng cách quét theo hàng hoặc theo cột. Mỗi led ma trận có thể coi như một điểm ảnh. Địa chỉ mỗi điểm ảnh này được xác định đồng Nhóm 10 Page 8 GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu thời bởi mạch giãi mã hàng hoặc giãi mã cột. Điểm ảnh này được xác định trạng thái nhờ bảng dữ liệu đưa ra từ bộ vi điều khiển 89C51. III. Giới hạn đề tài: Làm cho bảng led hiển thị được nội dung mà ta mong muốn. Làm cho nội dung hiển thị chạy từ phải sang trái. Làm cho led thay đổi màu sắc (2 màu đỏ, vàng). B. Phần nội dung Chương I: Giới thiệu chung • Giới thiệu sản phẩm: Mạch led ma trận nhóm thực hiện là mạch có chức năng hiển thị nội dung trên ma trận điểm. Nội dung này có thể dịch chuyển từ phải sang trái. Nội dung cần hiển thị được nạp trước vào trong bộ nhớ của vi điều khiển trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển. Mỗi khi cần thay đổi nội dung hiển thị cần nạp lại chương trình cho vi điều khiển. • Lựa chọn các linh kiện: Để thực hiện một sản phẩm như trên ở quy mô nhỏ ta có thể sử dụng các họ vi điều khiển khác nhau như AVR, PIC, 8051 hay vi xử lý đa năng như 8086. Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí cũng như xét trên khả năng mua các chip trên trên thị trường, tài liệu nghiên cứu về chúng, bộ Kit phát triển, nhóm em đã lựa chọn AT89C51 làm vi điều khiển cho mạch led ma trận này. Ngoài ra, các linh kiện khác hoàn toàn dễ kiếm trên thị trường hiện nay như thạch anh, tụ, trở, Nhóm 10 Page 9 GVHD: Trần Trọng Hiếu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi màu Chương II: Phân tích sơ đồ khối 2.1 Sơ đồ khối hệ thống: Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống 2.2 Chức năng các khối: 2.2.1 Khối nguồn: Nhóm 10 Page 10 Khối nguồn 220VAC – 5VDC Khối khuếch đại công suất hàng Khối điều khiển AT89C51 Khối hiển thị led ma trận 8x8 [...]... vậy, cứ mỗi cột ta phải dung một mạch đệm dòng Nhóm 10 Page 12 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Chương III: Giới thiệu linh kiện sử dụng 3.1 IC AT89C51 Hình 3: IC AT89C51 3.1.1 Các đặc điểm của hệ vi xử lý 89C51: Nhóm 10 Page 13 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Vi điều khiển (VĐK) là một hệ vi xử lý được tổ chức trong một chíp Bao gồm: •... mạch dao động, được cấu hình để dùng như một bộ tạo dao động trên chip Hình 6: Bộ tạo dao động 3.1.3 Tổ chức bộ nhớ của MCS51: a Tổ chức bộ nhớ: Bảng tóm tắt các vùng nhớ 8951 Nhóm 10 Page 17 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Bản đồ bộ nhớ Data trên Chip như sau : Nhóm 10 Page 18 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Bộ nhớ trong 8951 bao gồm... và hiển thị trên led ma trận Do nhóm quyết định chọn phương pháp hiển thị bằng IC chốt và quét hàng nên trong khoảng thời gian xác định một cột chỉ phải chịu dòng của một điểm ảnh, dòng ra cực đại tại một ngõ ra là 50 0mA Nhóm 10 Page 11 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi 2.2.4 Khối công suất: Nâng công suất đủ lớn để cung cấp cho khối hiển thị Nếu ta dùng các IC để thúc... công suất lớn ở ngoài trời Do tải ở đây là bảng công suất không lớn lắm nên ta chỉ cần dùng Transistor công suất trung bình Về phương diện công suất chính là việc nâng dòng cho dữ liệu hàng và cột nhằm đảm bảo yêu cầu về dòng qua led ma trận, vì phần cứng bao gồm 6 led ma trận, mỗi led ma trận là một khối bao gồm 64 led đơn nên ta chỉ sử dụng C1815, đảm bảo tính ổn định và cung cấp đủ dòng cho tải Như... chức năng của một hệ VXL 8 bit, được điều khiển bởi một hệ lệnh, có số lệnh đủ mạnh, cho phép lập trình bằng hợp ngữ (Assemply) 3.1.2 Cơ bản về cấu tạo của AT89C51: Hình 4: Sơ đồ chân của 89C51 Nhóm 10 Page 14 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Hình 5: Sơ đồ khối của 89C51 • • • GND(chân 20): Chân nối với 0v Port 0(chân 32 – chân 29) Port 0 là port xuất nhập 8 bit hai chiều... không bằng CJNE A,#data,rel (3,2): So sánh dữ liệu tức thời với A và nhảy nếu không bằng Nhóm 10 Page 30 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi CJNE Rn,#data,rel (3,2): So sánh dữ liệu tức thời với nội dung thanh ghi Rn và nhảy nếu không bằng CJNE @Ri,#data,rel (3,2): So sánh dữ liệu tức thời với dữ liệu gián tiếp và nhảy nếu không bằng ... chức trong câu lệnh #data 16 : Hằng 16 bit chứa trong câu lệnh Addr16 : 16 bit địa chỉ đích được dùng trong lệnh LCALL và LJMP Addr11 : 11 bit địa chỉ đích được dùng trong lệnh LCALL và AJMP Nhóm 10 Page 27 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Rel : Byte offset 8 bit có dấu được dùng trong lệnh SJMP và những lệnh nhảy có điều kiện Bit : Bit được định địa chỉ trực tiếp trong... 50V dòng Ic cực đại = 15 0mA Hệ số khuếch đại hFE của C1815 trong khoảng 25 đến 100 Thứ tự các chân từ trái qua phải: E C B Hình 8 : Transistor C1815 Nhóm 10 Page 35 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Kí hiệu Điều kiện Min Typ Max Đơn vị Dòng cắt cực C ICBO VCE=60V, IE =0 - - 0.1 uA Dòng cắt cực E IEBO VEB=5V, IC=0 - - 0.1 uA Độ lợi Hfe VCE=6V, IC=15 0mA 25 100 Điện áp bão... thống được tóm tắt như sau: Nhóm 10 Page 26 GVHD: Trần Trọng Hiếu màu • Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Thanh ghi quan trọng nhất là thanh ghi bộ đếm chương trình PC được reset tai địa chỉ 0000H Khi ngõ vào RST xuống mức thấp, chương trình luôn bắt đầu tại địa chỉ 0000H của bộ nhớ chương trình Nội dung của RAM trên chip không bị thay đổi bởi tác động của ngõ vào reset 3.1.4 Các nhóm lệnh của 8951:... Trần Trọng Hiếu màu Led ma trận hiển thị nội dung thay đổi Trong một mạch điện tử thì bộ nguồn có vai trò rất quan trọng, nó quyết định sự hoạt động hay ngưng hoạt động của mạch Một bộ nguồn không tốt sẽ làm cho mạch hoạt động kém ổn định và dể làm hỏng linh kiện Vì vậy bộ nguồn ổn áp tốt sẽ rất cần thiết cho các mạch điện tử ( mạch dùng các IC số) Chức năng của mọi ổn áp DC là biến đổi điện áp vào . dụng vi xử lý vào đời sống của con người ngày càng khá phổ biến và không ngừng được phát triển. Trong đó vi c ứng dụng vi điều khiển để thực hiện các công vi c như: điều khiển điện thoại số, điều. trước vào trong bộ nhớ của vi điều khiển trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển. Mỗi khi cần thay đổi nội dung hiển thị cần nạp lại chương trình cho vi điều khiển. • Lựa chọn các linh. qua hệ thống máy tính. Vi c 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 vi c điều chỉnh thông tin một