Đề tài: Thiết kế bảng quảng cáo

Thiết kế bảng quảng cáo bằng đèn LED với nhiều hiệu ứng bắt mắt. Sau khi thiết kế và thi công ta được kết quả là 1 bảng quảng cáo LED vẫy hoạt động hiệu quả, cho ánh sáng mạnh và hiệu ứng đẹp, bắt mắt, dễ thu hút sự quan tâm đến với dòng chữ thương hiệu cần quảng cáo. Viền ngoài bao quanh gồm những cụm LED trắng sáng chạy đuổi bắt, cụ LED khói và những ngôi sao sáng nháy lần lượt. Logo cà phê và G7 sáng liên tục. Dòng chữ về nguồn được sáng chạy theo những hiệu ứng như sáng dần từ trái qua phải rồi từ phải qua trái, sáng nhấp nháy toàn bộ, sáng ở giữa dần ra hai bên, sáng lần lượt từng chữ cái từ trái sang phải rồi từ phải sang trái, sáng nhấp nháy xen kẽ giữa các chữ.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 6

II TỔNG QUAN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CẦN THIẾT KẾ 10

1 Thiết kế chữ và logo bảng LED bằng phần mềm đồ họa CorelDraw X6 10

2 Vẽ thiết kế mô phỏng hệ thống mạch nguyên lí với phần mềm Proteus 10

3 Vẽ mạch in bằng phần mềm Ares 10

4 Làm mạch vi điều khiển 10

5 Lắp ráp mạch với các linh kiện 11

III KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG VI MẠCH 12

1 Vi điều khiển AT89S52 12

2 IRF540 15

3 Điện trở 17

3 Tụ điện: 18

4 Led đơn: 19

5 Thạch anh: 20

IV THIẾT KẾ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN 21

1 Chọn các linh kiện: 21

2 Sơ đồ mạch: 21

3 Nguyên lí hoạt động: 23

V THI CÔNG MẠCH 25

1 Lưu đồ thuật toán điều khiển 25

2 Chương trình điều khiển 25

3 Thi công mạch 34

4 Kết quả hoạt động của mạch 36

VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 1 – Họ vi xử lý x86 của Intel: 8

Bảng 1 2 - Một số ứng dụng của vi xử lý: 8

Bảng 3 1 - Bảng chức năng PORT 3 vi điều khiển AT89S52 …… ……….14

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 - Bảng quảng cáo “Café Về Nguồn’’ …….……… 10

Hình 3 1 – Sơ đồ chân và hình dạng của vi điều kiển AT89S5 … ……… 13

Hình 3 2 – Ký hiệu và hình dạng của IRF540 16

Hình 3 3 – Ký hiệu và hình dạng của điện trở 17

Hình 3 4 – Ký hiệu và hình dạng của tụ điện phân cực 18

Hình 3 5 – Ký hiệu và hình dạng tụ điện không phân cực 18

Hình 3 6 – Ký hiệu và hình dạng của Led đơn 19

Hình 3 7 – Ký hiệu và hình dạng của thạch anh 20

Hình 3 8 – Bản vẻ mô phỏng mạch nguyên lý trên phần mềm Protues 22

LỜI MỞ ĐẦU

Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử mà đặc trưng là kỹthuật vi xử lý đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học tínhtoán, điều khiển và xử lý thông tin Kỹ thuật vi xử lý đóng một vai trò rất quan trọngtrong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống và khoa học kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực Tin học

Đồ án gồm các nội dung chính:

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN

II TỔNG QUAN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CẦN THIẾT KẾ

III KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG VI MẠCH

IV.THIẾT KẾ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN

V THI CÔNG MẠCH

VI.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Bước đầu làm quen với công việc thiết kế nên trong quá trình thiết kế không tránh

khỏi những sai sót Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Ngô Viết Song đã chỉ dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án.

Huế, ngày 30 tháng 4 năm 2016

Sinh viên thực hiện

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN

Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử mà đặc trưng là kỹthuật vi xử lý đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học tínhtoán, điều khiển và xử lý thông tin Kỹ thuật vi xử lý đóng một vai trò rất quan trọngtrong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống và khoa học kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực Tin học

và Tự động hóa

Năm 1971, hãng Intel đã cho ra đời bộ vi xử lý (microprocessor) đầu tiên trên thếgiới gọi là Intel-4004/4bit Intel-4004/4bit là một kết quả của một ý tưởng quan trọngtrong kỹ thuật vi xử lý số

Năm 1972, hãng Intel đưa ra bộ vi xử lý 8-bit đầu tiên với tên Intel-8008/8bit

Sau đó, các bộ vi xử lý mới được đưa ra thị trường và ngày càng được phát triển,hoàn thiện hơn trong các thế hệ sau:

Thế hệ thứ hai (1974 -1977):

-1974 Intel công bố Chip vi xử lý 8080:

Tần số làm việc: 2 MHz

Address bus: 16 bit

Data bus: 8 bit

-1974 Motorola cũng đưa ra chip vi xử lý 6800

-1975 Intel công bố chip 8085

-1976 Zilog đưa ra chip Z80

Ứng dụng rỗng rãi trong công nghiệp và dùng cho máy

Thế hệ thứ ba (1978 – 1982):

- Intel công bố chip vi xử lý 16 bit:

Năm 1978: chip 8086

Năm 1982: chip 80286 dùng cho các loại máy vi tính AT

- Trong lúc đó, Motorola cũng công bố vi xử lý 16 bit:

 Năm 1989: chip 68040 Sau đó công bố 68060 (1994)

- Zilog cũng công bố vi xử lý Z80000 32 bit

- AMD (Advance Micro Devices) công bố vi xử lý Am29000 32 bit

Thế hệ thứ năm (1992 -?):

- Intel công bố chip vi xử lý 64 bit:

 Năm 1993: Pentium

 Năm 1997: Pentium II

 Năm 1999: Pentium III

 Năm 2000: Pentium 4.

 Năm 2006: Intel® 2 Duo

- Motorola cũng công bố vi xử lý 68060 và Power PC

- Năm 2004 AMD công bố chip 64 bit: AMD Athlon và AMD Opteron

- Năm 2004 AMD ra mắt vi xử lý nhân 2: AMD Turion 64x2 và AMD Athlon64x2

- Năm 2007 AMD công bố vi xử lý 4 nhân: Opteron và Phenom

Bảng 1 2 - Một số ứng dụng của vi xử lý:

Máy điện thoại Các hệ thống an toàn Điều khiển hộp số tự động

Các bộ mở cửa ga-ra xe Lò vi sóng Điều khiển ABS, ESP, EBD

Tivi Máy in màu Giải trí

II TỔNG QUAN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CẦN THIẾT KẾ

1 Thiết kế chữ và logo bảng LED bằng phần mềm đồ họa CorelDraw X6.

Trong thiết kế thi công biển LED quảng cáo, khâu thiết kế chữ khoan lỗ trên biểnLED rất quan trọng ghóp phần quyết định sự thành công của một biển quảng cáo Ta thiết

kế bằng phần mềm đồ họa CorelDraw X6 dựa trên dòng chữ và logo cần thiết kế, ta thiết

kế biển có kích thước 80cm x 50cm, công việc này đòi hỏi tính chất mỹ thuật cao Sau khithiết kế ta có bản thiết kế cho logo Café và dòng chữ “Về Nguồn” cùng các họa tiết trangtrí kèm để tăng tính thẩm mỹ như sau:

2 Vẽ thiết kế mô phỏng hệ thống mạch nguyên lí với phần mềm Proteus.

Để đơn giản cho mạch mô phỏng, thì hệ thống được thiết kế với 7 led đơn tượng

trưng cho 7 cụm led điều khiển dòng chữ: “Về Nguồn”, 3 led đơn tượng trưng cho 3 cụm

led điều khiển chạy viền bên ngoài

- Ngâm trong nước lạnh một thời gian

- Sau đó gỡ giấy ra, ngâm mạch vào dung dịch FeCl3

- Khoan lỗ trên mạch vừa làm xong

- Tiến hành lắp ráp các linh kiện vào mạch: chip điều khiển AT89S53, IRS540,điện trở, tụ điện, thạch anh, nút ấn

5 Lắp ráp mạch với các linh kiện.

- Chọn tấm quảng cáo

- Khoan lỗ trên tấm quảng cáo

- Nối các linh kiện với nhau: led đơn, điện trở

Hình 2 1 - Bảng quảng cáo “Café Về nguốn”

III KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG VI MẠCH

1 Vi điều khiển AT89S52

T89S52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất Các sản phẩm AT89S52

thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và các toán số học ở cấutrúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trênRAM nội Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những lệnh số học 8 bitgồm cả lệnh nhân và lệnh chia Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên chipdùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản

lý và kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển AT89S52 cung cấp những đặc tínhchuẩn như: 8Kbyte bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình nhanh, 128 Byte RAM, 32đường I/O, 3 TIMER/COUNTER 16 bit, 5 vectơ ngắt có cấu trúc 2 mức ngắt, 1 PORTnối tiếp bán song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và bộ dao động ON-CHIP Các

đặc điểm của chip AT89S52 được tóm tắt như sau:

- 8 KByte bộ nhớ có thể lập trình nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá

- Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 3 bộ Timer/counter 16 Bit

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64 KB vùng nhớ mã ngoài

- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

- 4µs cho hoạt động nhân hoặc chia

- Sơ đồ chân và hình dạng :

Hình 3 1 – Sơ đồ chân và hình dạng của vi điều

o Xuất/nhập: dùng cho các thiết kế nhỏ

o Bus 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 (8 bit), vừa là bus địa chỉ

(8 bit cao)

P1: gồm các chân 1 – 8: chỉ có chức năng xuất/nhập

Tuy nhiên đối với các VĐK: 8032, 8052, 8752 (có sử dụng bộ định thời thứ 3) thìP1.0 và P1.1 còn làm ngõ vào cho bộ định thời thứ 3

P2: gồm các chân từ 21 – 28, có 2 công dụng:

o Xuất/nhập: dùng cho các thiết kế nhỏ

o Bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp: khi dùng các thiết lớn, đòi hỏi phải sử dụng bộ nhớngoài thì Port 2 vừa là bus dữ liệu (8 bit) vừa là bus địa chỉ (8 bit cao)

P3: gồm các chân từ 10 – 17, có 2 công dụng:

o Xuất/nhập

o Các công dụng khác được mô tả như sau:

Bảng 3 1 - Bảng chức năng PORT 3 vi điều khiển AT89S52

P3.0 RxD Ngõ vào port nối tiếpP3.1 TxD Ngõ ra port nối tiếpP3.2 /INT0 Ngắt ngoài 0

P3.3 /INT1 Ngắt ngoài 1P3.4 T0 Ngõ vào của bộ định thời 0P3.5 T1 Ngõ vào của bộ định thời 1P3.6 /WR Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhờ ngoàiP3.7 /RD Điều khiển đọc từ bộ nhớ dữ liệu ngoài

 Chân truy xuất bộ nhớ ngoài: /EA (External Access)

EA (chân 31) dùng để cho phép thực thi chương trình từ ROM ngoài

Khi nối EA với Vcc (5V), AT89S52 sẽ thực thi chương trình từ ROM nội.Ngược lại, khi nối EA với GND (0V), AT89S52 sẽ thực thi chương trình

từ ROM ngoài

Ngoài ra, chân EA còn được dùng để nhận điện áp cho việc lập trình (Vpp)EPROM nội

 Chân cho phép bộ nhớ chương trình: /PSEN

 Chân cho phép chốt địa chỉ: ALE (Address Latch Enable)

ALE/ PROG (chân 30) cho phép tách các đường địa chỉ và dữ liệu tại Port

Ngoài ra, chân này được dùng để nhận ngõ vào xung lập trình cho ROMnội (PROG).

 Các chân XTAL1 và XTAL2

Ngõ vào và ngõ ra bộ dao động, được nối với mạch dao động bên ngoài(thạch anh)

Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89C51 khoảng 12MHz

Mosfet IRF540 là mosfet kênh N hay mosfet ngược

Mosfet IRF540 là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect

Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường

Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với BJT, Mosfet IRF540 có công suất là 100W.

Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa

Mosfet IRF540 có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện,

là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu.

Mosfet IRF540 thích hợp cho việc chuyển đổi DC sang AC hay DC Thường ứng

dụng trong UPS, inverter có biến thế thường

3 Điện trở

Ký hiệu và hình dạng trở :

Hình 3 3 – Ký hiệu và hình dạng của điện trở

Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động trong một mạch điện, hiệuđiện thế giữa hai đầu của nó tỉ lệ với cường độdòng điện qua nó theo định luật Ohm:

Định luật Ohm cho rằng hiệu điện thế (U) qua một thiết bị điện trở tỉ lệ với cường

độ dòng điện (I) qua nó và tỉ số giữa chúng là điện trở (R)

Điện trở dùng cho mạch điều khiển là loại 2,2kΩ và 220Ω

Thân điện trở 220Ω có 4 vòng màu:

Tụ điện không phân cực thì không xác định cực dương âm, như tụ giấy, tụ gốm,

tụ mica, Các tụ có trị số điện dung nhỏ hơn 1 μF thường được sử dụng trong các mạchF thường được sử dụng trong các mạchđiện tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu Các tụ cỡ lớn, từ một vài μF thường được sử dụng trong các mạchF đến cỡ Fara thì dùngtrong điện dân dụng (tụ quạt, mô tơ, ) hay dàn tụ bù pha cho lưới điện

Một số tụ hóa không phân cực cũng được chế tạo

Tụ dùng trong mạch là loại tụ không phân cực, có giá trị 33p

Thân có màu vàng với 2 chân

Ký hiệu và hình dạng tụ hóa :

Hình 3 5 – Ký hiệu và hình dạng tụ điện không phân cực

Hầu hết tụ hóa là tụ điện phân cực, tức là nó có cực xác định Khi đấu nối phải

đúng cực âm - dương

 Thường trên tụ có kích thước đủ lớn thì cực âm phân biệt bằng dấu - trên vạch

màu sáng dọc theo thân tụ, khi tụ mới chưa cắt chân thì chân dài hơn sẽ là cực dương

 Các tụ cỡ nhỏ, tụ dành cho hàn dán SMD thì đánh dấu + ở cực dương để đảm

Loại dùng cho mạch thiết kế có màu trắng chạy viền ngoài, màu xanh chạy chữ

“Về Nguồn”, màu vàng cho logo café và màu đỏ cho các logo trang trí

Led đơn, siêu sáng có dòng làm việc 10mA, điện áp 3V, tuổi thọ 50.000 giờ

Ký hiệu và hình dạng:

Hình 3 4 – Ký hiệu và hình dạng của tụ điện phân cực

Hình 3 6 – Ký hiệu và hình dạng của Led đơn

a: anot (cực dương)

k: katot (cực âm)

Các thông số của led:

- Dòng điện cực đại IFmax: 10 mA

- Điện áp trng bình VFtyp: 1,7V

- Điện áp cực đại VFmax: 2,1V

- Điện áp ngược cực đại VRmax: 5V

Thạch anh là bộ dao động khá ổn định để tạo ra tần số dao động cho vi điều khiển.

Đa số các mạch điều khiển đèn Led đều dùng thạch anh có thể là Thạch anh 12Mhz,24Mhz….mỗi loại sẽ cho ra 1 xung nhịp khác nhau

Thạch anh sử dụng rất rộng rãi, hầu như ở đâu cũng có và giá thành thì nó cũng

rất rẻ, khoảng vài nghìn 1 con

Ứng dụng của thạch anh trong điện tử đa phần để tạo ra tần số được ổn định vì tần

số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn là các mạch dao động RC…

Trong mạch này ta sử dụng thạch anh loại 12MHz

IV THIẾT KẾ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN

1 Chọn các linh kiện:

Từ yêu cầu của nhiệm vụ của đồ án, ta chọn các linh kiện, gồm có:

- Vi điều khiển AT89S52

- Led đơn thường , màu trắng, màu xanh lá cây, màu vàng và màu đỏ

- Tụ gốm 33p, tụ hóa 10µf

- IRF540

- Điện trở:

Giá trị của điện trở được xác định như sau:

R = (VCC – Vled)/ Iđm = (5 – 2)/10(mA) = 330Ω

Ta chọn các giá trị của điện 2,2k Ω và 220 Ω

a Thiết kế mạch mô phỏng với phần mềm Protues

Từ yêu cầu của nhiệm vụ đồ án, ta thực hiện vẽ mạch mô phỏng trên phần mềm

Protues Đây là cơ sở để giúp ta thiết kế mạch chính với phần mềm Ares

Để đơn giản cho mạch mô phỏng, thì hệ thống được thiết kế với 7 led đơn tượng trưng

cho 7 cụm led điều khiển dòng chữ: “Về Nguồn”, 3 led đơn tượng trưng cho 3 cụm led

điều khiển chạy viền bên ngoài

Hình 3 8 – Bản vẻ mô phỏng mạch nguyên lý trên phần mềm Protues

1 biến áp 220VAC/9VAC/2A để hạ điện áp của lưới điện vào mạch.

Gồm 4 Diod 1N4007(1A) để tạo thành cầu chỉnh lưu biến dòng điện xoay chiều

thành dòng điện 1chiều vào mạch

2 tụ 470µf/25V, 1 tụ 100µf 16V, 1 tụ 104 và điện trở 100Ω có chức năng lọcđiện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp một chiềubằng phẳng đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn, còn điện trở có tác dụng khống chếdòng điện qua tải cho phù hợp

Hình 3.9 – Bản vẽ sơ đồ mạch nguồn

1 IC ổn áp LM7805/TO làm nhiệm vụ nhận điện áp vào 12V/DC từ đầu ra cầuchỉnh lưu được đưa vào đầu vào của IC 7805 và đầu ra được ổn áp thành 5V/1A cấp chomạch điều khiển làm việc.

Nguyên lý hoạt đông:

- Khi cấp nguồn DC 5V/1A vào mạch điều khiển, dòng điện chạy qua mạch daođộng thạch anh gồm 1 thạch anh 12Mhz để tạo dao động cho chip, 2 tụ gốm 33p ổn địnhtần số dao động và xác định tần số cho mạch được nối vào các chân XTAL1 và XTAL2của chip.Một mạch RESET gồm 1 nút nhấn RESET, 1 tụ 10µf, 1 điện trở 10kΩ được mắcvới ngõ vào Reset: RST(chân 9) dùng để thiết lập trạng thài ban đầu (Reset) cho hệ thống

- Nguồn điện cũng được cấp vào cho chip hoạt động nối các chân nguồn VCC(chân40) là dương nguồn, GND(chân 20) là âm nguồn Chương trình được lập trình sẵnđược nạp vào trong vi điều khiển AT89S52 sẽ điều khiển các IRF540 thông qua cácPORT của chip cụ thể trong mạch quảng cáo này là PORT P2.0(A8), P2.1(A9),P2.2(A10) điều khiển các cụm LED chạy viền ngoài; PORT P3.0(RXD), P3.1(TXD),P3.2(INT0), P3.3(INT1), P3.4(T0), P3.5(T1), P3.6(WR) điều khiển dòng chữ “VềNguồn”

- Vì bảng quảng cáo có số lượng cụm LED nhiều nên trong mạch vi điều khiểnnày ta dùng con Mosfet IRF 540 là Mosfet ngược có dong DS cực đại là 28A, công suấtcực đại là 150W Là 1 Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường

để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại cácnguồn tín hiệu yếu mà ở đây là mạch điều khiển LED với số lượng rất nhiều cụm trongbiển quảng cáo này Điện áp cấp cho các cụm LED là nguồn DC 12V/10A, qua các cụmLED đấu 3 LED nối tiếp, âm nguồn các cụm LED nối về chân D IRF540 theo từng chân