Lời mở đầu: Ngày nay khi nhu cầu về thông tin quảng cáo rất lớn , việc áp dụng các phương tiện kĩ thuật mới vào các lĩnh vực trên là rất cần thiết . Khi bạn đến các nơi công cộng, bạn dễ dàng bắt gặp những áp phích quảng cáo điện tử chạy theo các hướng khác nhau với nhiều hình ảnh và màu sắc rất ấn tượng. Từ yêu cầu của môn học kĩ thuật vi xử lý và thực tiễn như trên, chúng em quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn môn học là: Thiết kế mạch hiển thị dùng ma trận LED. Khi đề tài được mở rộng thì sẽ có khả năng ứng dụng thực tiễn rất lớn .Nói tóm lại, trong thời đại bùng nổ thông tin hiện nay, khả năng ứng dụng và tiềm lực phát triển của hệ thống này là rất lớn, đặc biệt ở Việt Nam, các hệ thống như vậy còn rất ít, hầu hết đều được nhập từ nước ngoài với giá thành khá cao. I) Cơ sở lý thuyết: Dựa trên nguyên tắc như quét màn hình, ta có thể thực hiện việc hiển thị ma trận đèn bằng cách quét theo hàng và quét theo cột. Mỗi Led trên ma trận LED có thể coi như một điểm ảnh. Địa chỉ của mỗi điểm ảnh này được xác định đồng thời bởi mạch giải mã hàng và giải mã cột, điểm ảnh này sẽ được xác định trạng thái nhờ dữ liệu đưa ra từ bộ vi điều khiển 8951. Như vậy tại mỗi thời điểm chỉ có trạng thái của một điểm ảnh được xác định. Tuy nhiên khi xác định địa chỉ và trạng thái của điểm ảnh tiếp theo thì các điểm ảnh còn lại sẽ chuyển về trạng thái tắt (nếu LED đang sáng thì sẽ tắt dần). Vì thế để hiển thị được toàn bộ hình ảnh của ma trận đèn, ta có thể quét ma trận nhiều lần với tốc độ quét rất lớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt của đèn. Mắt người chỉ nhận biết được tối đa 24 hình/s do đó nếu tốc độ quét rất lớn thì sẽ không nhận ra được sự thay đổi nhỏ của đèn mà sẽ thấy được toàn bộ hình ảnh cần hiển thị. Sơ đồ khối: Giải mã cột Data Giải mã hàng Ma trận đèn LED Để thực hiện được quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau: Các LED trên cùng một hàng sẽ được nối các chân dương với nhau. Các LED trên cùng một cột sẽ được nối các chân âm với nhau như hình vẽ Ta có thể mô phỏng một ma trận Led đơn giản 4x4 như sau: Hàng 1 2 3 4 Cột 1234 Sơ đồ thiết kế ma trận LED Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời cả 2 chân. Ví dụ để LED sáng thì điện áp 5V phải đưa vào chân dương và chân âm phải được nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương. Với đề tài này, chúng em chọn loại ma trận LED 8x8 để hiển thị. Ta có sơ đồ nguyên lý của Ma trận LED 8x8:
Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH I Sơ đồ khối: * Nhiệm vụ khối: Khối đếm: FF nhận xung dao động để xử lý đưa tín hiệu mã hoá BCD Khối giải mã: giải mã BCD để đưa khối hiển thị Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã 2.2 Sơ đồ mạch: 2.2.1 Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguốn Vcc, tụ bắt đầu nạp từ 0V lên: OP_AMP có: OP_AMP có: Vin+ < Vin− Vin+ > Vin− Out V0 => R = => S = => Q = 1, Q = → V0 = Transistor điện qua R1 Q2 R2 : led sáng UB = có làm Q2 tắt, tụ C tiếp tục nạp điện, tụ ap với số thời gian là: R1 + R2 Tnạp = ( ).C Khi điện áp Vc tăng > 1/3Vcc, thì: OP_AMP có: OP_AMP có: Vin+ < Vin− Vin+ < Vin− => R = => S = Q = → V0 = => Q = 1, : led sáng, FF không thay đổi trạng thái Khi điện áp Vc tăng > 2/3Vcc, thì: OP_AMP có: Vin+ > Vin− + in V OP_AMP có: => Q = 0, Do − in R = = nên Q2 R2 =>S = : led tắt dẫn bão hoà làm chân nạp mà xả điện qua , qua tiếp giáp CE Tụ xả với số thời gian là: Q2 ≈ 0V, làm tụ C không xuống mass R2 C Txả = Khi Vc < 2/3Vcc: R = 0, S = : giữ nguyên trạng thái Khi Vc < 1/3Vcc: R = 0, S = 1: => Q = 1, Q = Q2 Q = → V0 = : led sáng Khi , tắt, chấm dứt thời gian xả điện tụ C Như vậy, mạch trở lại trạng thái ban đầu tụ lại nạp điện trở lại Hiện tượng diễn liên tục tuần hoàn III Khối đếm: 3.1 IC 74LS90: 3.1.1 Hình dạng: Bốn chân thiết lập: R1 Khi đặt (1) = đầu mức thấp R9 R9 (1), R1 R1 (1), R1 (2), R9 (1), R9 (2) (2) = H ( mức cao) đếm xoá (2) chân thiết lập trạng thái cao đầu ra: QA = QD = , QB = QC = NC chân bỏ trống IC 7490 gồm chia chia chia 5: - Bộ chia Input A điều khiển đầu Bộ chia Input B điều khiển đầu Đầu vào A, B tích cực sườn âm Để tạo thành đếm 10 ta nối đầu cho đếm QA QB QC QD , , , đầu QA QB QC QD QA , , vào chân B để tạo xung kích 3.1.2 Sơ đồ logic bảng trạng thái: Hình: Sơ đồ cổng logic IC7490 Hình: Bảng trạng thái IC 7490 Hình: Sơ dồ đầu QA QB QC QD , , , IV Khối giải mã: 4.1 IC 74LS47: 4.1.1 Đại cương: Mạch giải mạch có chức ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổ biến mạch giải mã làm sáng tỏ đèn để hiển thị kết dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị có nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác Ví dụ: giải mã đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân… IC74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp (tuỳ vào loại đèn led anod chung hay catod chung) để làm đèn cần thiết sáng nên số ký tự IC 74LS47 loại IC tác động mức thấp có ngõ cực thu để hở khả nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp đèn led đoạn loại anod chung 4.1.2 Hình dạng sơ đồ chân: Chân 1: BCD B Input Chân 2: BCD C Input Chân 3: Lamp Test Chân 4: RB Output Chân 5: RB Input Chân 6: BCD D Input Chân 7: BCD A Input Chân 8: GND Chân 9: 7-Segment e Output Chân 10: 7-Segment d Output Chân 11: 7-Segment c Output Chân 12: 7-Segment b Output Chân 13: 7-Segment f Output Chân 14: 7-Segment g Output Chân 15: 7-Segment a Output Chân 16: Vcc 4.1.3 Sơ đồ logic bảng trạng thái: Hình: Bảng trạng thái IC giải mã 74LS47 * Nguyên lý hoạt động: IC 74LS47 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt, mức sáng, tương ứng với a, b, c, d, e, f, g led đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân (các số từ 10 đến 15 không dùng tới) Ngõ vào xoá BI để không hay nối lên mức cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức ngõ tắt bất chấp trạng thái ngõ Ngõ vào RBI để không hay nối lên mức dùng để xoá số (số o thừa phía sau số thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI ngõ vào D, C, B, A mức ngõ vào LT mức ngõ tắt ngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ sáng Kết mã số nhị phân bit vào có giá trị thập phân từ đến 15 đèn led hiển thị lên số hình bên Chú ý mã số nhị phân vào 1111= 1510 đèn led tắt V Khối hiển thị: Hiển thị dùng led đoạn loại anode chung đầu IC 7447 có mức tích cực mức ( mức thấp) Ở loại anode chung ( anode đèn nối lên +5V, đoạn náo sáng ta nối đầu cathode đoạn xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng Chân 3, 8: Vcc_được nối lại với VI Mạch đồng hồ số: 6.1 Sơ đồ nguyên lý: 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP1 Q1 CP2 Q2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 Q1 Q0 A3 A2 A1 A0 g f e d c b a test RBI RBO V+ V+ V+ V+ V+ V+ abcdefg abcdefg abcdefg abcdefg abcdefg abcdefg 6.2 Nguyên lý hoạt động: Xung kích tạo từ mạch 555 xung đưa tới chân 14 QA QB QC QD IC 74LS90 Ngõ xung 7490 chân , , , đưa đến ngõ vào IC giải mã 74LS47 Đối với hai IC đếm giây (IC1 IC2): xung cấp cho IC1, IC1 đếm giá trị xung ( led hiển thị số 9), sau đếm hết giá trị xung cấp cho IC xung đếm Khi đó, IC1 đếm IC2 đếm lên 1, tức ta có giá trị 10 Sau IC1 tiếp tục đếm từ đến tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,… Khi IC1 đếm đếm IC2 đếm đến chuyển sang ta dùng IC 7408 để reset hai IC trở Lúc này, chân reset trạng thái với đầu cổng AND dùng để reset( mức 1), đầu nối với chân CP0 IC đếm phút, xung kích đếm lên đơn vị Đối với IC đếm phút (IC3 IC4): IC3 nhận xung lại đếm IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên mạch đếm giây đếm đến 59 mạch đếm phút nhận xung Khi IC đếm giây đếm phút đếm đến giá trị 59 tất IC reset 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC5 IC đếm xung Đối với IC đếm (IC5 IC6): Khi IC5 nhận xung bắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến cấp xung cho IC6 đếm, hai IC đếm đếm đến 23 thời điểm sang 24 lúc hai IC reset Vì số nhị phân tương ứng Q3Q2Q1Q0 = 0010, Q3Q2Q1Q0 = 0100 nên ngõ Q1 IC đếm ( đếm hàng chục) ngõ Q2 IC đếm (đếm hàng đơn vị) đưa vào IC7408 để thực reset Vậy ta có trạng thái 00:00:00