Tìm hiểu vi điều khiển 8051 ứng dụng vào mạch led matrix hiển thị từ 0 9 và từ a z

z TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ BẮC HÀ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG Chuyên đề: Tìm hiểu vi điều khiển 8051 ứng dụng vào mạch led matrix hiển thị từ 0-9 từ A- Z LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, tìm tòi, tính tốn dẫn tận tình … thầy khoa Điện-Điện tử, nhóm sinh viên chúng em hồn thành đề tài “ Tìm hiểu vi điều khiển 8051 ứng dụng vào mạch led matrix hiển thị từ 0-9 từ A- Z ” Trong q trình hồn thành chúng em học hỏi nhiều điều lý thú bổ ích : - Chúng em làm quen với phương pháp làm việc theo nhóm Có thể nói phương pháp làm việc khoa học, hiệu luyện cho chúng em tinh thần đồng đội, đồn kết tính tự giác cao - Giúp chúng em có khả tìm tòi, sáng tạo, tự lập phương pháp tìm kiếm tài liệu từ nguồn khác - Qú trình thực đề tài cho chúng em nhiều kinh nghiệm cho lần sau Đặc biệt phương pháp trình bày ý tưởng Tuy nhiên trình thực chúng em gặp nhiều khó khăn, thử thách khơng thể khắc phục Vì đề tài nhiều thiếu sót, khơng mong đợi Mong thầy cô tiếp tục giúp đỡ chúng em để chúng em hồn thiện kỹ Từ áp dụng cho đề tài sau Một lần chúng em chân thành cảm ơn thầy tận tình bảo, giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài Và em mong thầy cô tiếp tục giúp đỡ chúng em chở thành người có ích cho xã hội Chúng em xin chân thành cảm ơn! Lời giới thiệu Trong thời đại bùng nổ thông tin khả ứng dụng tiềm lực phát triển thông tin quảng cáo lớn, việc áp dụng kĩ thuật giúp lĩnh vực ngày phát triển mạnh mẽ Khi đến đâu nhìn thấy biển quảng cáo điện tử sử dụng led ma trận đa sắc với nhiều hiệu ứng font chữ màu sắc hiển thị đẹp Từ yêu cầu môn học kỹ thuật vi điều khiển thực tế,chúng em chọn đề tài : “Tìm hiểu vi điều khiển 8051 ứng dụng vào mạch led matrix hiển thị từ 0-9 từ A-Z ” Trong q trình thực đề tài khơng tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận góp ý thầy để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Nhận xét giáo viên ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… MỤC LỤC 1.4 Diode gì? 28 1.4.1 Điện áp rơi diode đường tải 28 1.4.3.Cách kiểm tra diode .30 1.4.4.Diode tín hiệu (dòng chảy qua cho phép nhỏ) 30 Có tác dụng giúp xử lý thông tin mạch điện Trên mạch điện dòng điện chạy qua nhỏ thơi Khoảng 100mA 30 1.4.5.Diode chỉnh lưu (dòng chảy qua cho phép lớn) 30 1.4.6.Cầu diode 31 31 Hình 22: Cầu diode .31 PHẦN II:NỘI DUNG THIẾT KẾ 36 DANH MUC HÌNH ẢNH STT TÊN HÌNH ẢNH TRANG Hình Sơ đồ chân IC89S52 Hình Sơ đồ khới IC89S52 Hình Ngun lý cấp nguồn cho led ma trận 15 Hình Ngun lý tạo phơng chữ 16 Hình Led đa sắc màu 19 Hình Sơ đồ ghép led ma trận màu 20 Hình Hình dạng điện trở thiết bị điện tử 21 Hình Ký hiệu điện trở sơ đồ nguyên lý 21 Hình Trở sứ công xuất lớn , trị số ghi trực tiếp 22 Các điện trở : 2W - 1W - 0,5W - 0,25W 23 Hình 11 Điện trở sứ hay trở nhiệt 23 Hình 12 Điện trở cháy cơng xuất 24 Hình 13 Điện trở mắc nới tiếp 25 Hình 14 Điện trở măc song song 25 Hình 15 Điện trở mắc hỗn hợp 26 Hình 16 Đấu nới tiếp với bóng đèn điện trở 26 Hình 17 Cầu phân áp để lấy áp U1 tuỳ ý 27 Hình 18 Mạch phân cực cho Transistor 27 Hình 19 Mạch tạo dao động sử dụng IC 555 28 Hình 20 Hình ảnh diode 28 Hình 21 Phân cực cho diode 30 Hình 22 Cầu diode 32 Hình 23 Hình ảnh cầu diode ngồi thị trường 32 Hình 24 Cấu tạo Transistor 33 Hình 25 Mạch khảo sát nguyên tắc hoạt động transistor NPN 34 Hình 26 Ký hiệu Transistor 35 Hình 27 Transistor cơng xuất nhỏ vàTransistor cơng xuất lớn 36 Hình 28 Sơ đồ ngun lý 37 Hình 29 Khới nguồn 38 Hình 30 Mạch in 44 Hình 10 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT TÊN BẢNG TRANG Bảng1 Các đặc tính 8051 Bảng Chức Port 3(P3.0-P3.7) Bảng Thanh ghi chế độ định thời 12 Bảng Thanh ghi TCON chứa bit trạng thái bit điều khiển Timer Timer 12 Bảng Thanh ghi cho phép ngắt IE 14 Bảng Thanh ghi ưu tiên ngắt IP 14 Bảng Diode chỉnh lưu 31 Bảng Lưu đồ thuật toán 39 PHẦN I:MỘT SỐ LINH KIỆN CƠ BẢN 1.1 Giới thiệu chung IC AT89S52 8051 1.1.1 Giới thiệu tìm hiểu số đặc tính 8051 (AT89S52): - Trong mục giới thiệu tìm hiểu vi điều khiển 8051 đồng thời sâu tìm hiểu AT89S52 vi điều khiển dùng đề tài Vi điều khiển 8051 ( 80C51 ) vi điều khiển Họ MCS 51 chuẩn công nghệ cho nhiều họ vi điều khiển sản xuất sau Năm 1980 Intel công bố chip 8051 , vi điều khiển đầu tien họ vi điều khiển MCS-51 bao gồm : +4KB ROM +128 byte RAM + 32 đường xuất nhập + port nối tiếp định thời 16 bit - Tất tích hợp chip, lúc vi điều khiển coi “ hệ thống chip” 8051 xử lý bit, tức CPU làm việc với bit liệu Dữ liệu lớn bit chia thành liệu bit để xử lý 8051 có tất cổng I/O cổng rộng bit, có ROM chip cực đại 64K byte, nhiên lúc nhà sản xuất cho xuất xưởng với 4K byte ROM chip 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạn biến thể 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã chương trình tương thích 8051 Từ dẫn đến đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác - Tuy nhiên điều quan trọng có nhiều biến thể 8051, khác tốc độ dung lượng nhớ ROM chip, tất lệnh tương thích với 8051 ban đầu Điều có nghĩa ta viết chương trình cho phiên chạy với phiên khác mà khơng phân biệt từ hãng sản xuất - Mặc dù thành viên họ 8051 có kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn hai hàng chân DIP, dạng vỏ dẹp vng QFP, dạng chip khơng có chân đỡ LLC chúng có 40 chân cho chức khác vào, I/O, đọc RD, ghi WR, địa chỉ, liệu ngắt Cần phải lưu ý số hãng cung cấp phiên 8051 có 20 chân với sớ cổng vào cho ứng dụng yêu cầu thấp Tuy nhiên hầu hết nhà phát triển sử dụng chip đóng vỏ 40 chân với hàng chân DIP nên ta tập trung mô tả phiên - MCS-51 họ IC vi điều khiển hãng Inter sản xuất Các IC tiêu biểu cho họ 8051 8052 Các sản phẩm MSC-51 thích hợp cho ứng dụng điều khiển Việc xử lý byte tốn sớ học cấu trúc liệu nhỏ thực nhiều chế độ truy xuất liệu nhanh RAM nội -Độ dài chu kỳ máy họ 8051 phụ thuộc vào tần số thạch anh Một chu kỳ máy gồm 12 chu kỳ dao động thạch anh Chu kỳ máy họ 8051 thường 1,085 µs - Tiếp theo sau đời chip 8052, 8053, 8055 với nhiều tính cải tiến Hiện intel ko cung cấp vi điều khiển MCS-51 thay vào nhà sản xuất khác ATmel, Philips/signetics, ADM , cấp phép làm nhà cung cấp thứ cho chip họ MCS-51 - 8051 trở nên phổ biến sau intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã lại tương thích với 8051 Điều dẫn đến đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác dung lượng ROM chip khác bán nửa nhà sản xuất Điều quan trọng có nhiều biến thể khác 8051 tốc độ dung lượng nhớ ROM chip , tất chúng tương thích với 8051 ban đầu lệnh Điều có nghĩa ta viết chương trình phiên chạy với phiên khác mà không phân biệt từ hãng sản xuất Đặc tính Số lượng ROM chíp 4K byte RAM 128 byte Bộ định thời Các chân vào - 32 Cổng nối tiếp Nguồn ngắt Bảng : đặc tính 8051 * Phiên OTP 8051: - Các phiên OTP 8051 chip 8051 lập trình lần cung cấp từ nhiều hãng sản xuất khác Các phiên Flash NVRAM mà chúng có sớ đăng ký linh khiện khác Phiên UV-PROM 8051 Phiên Flash ROM bán nhiều hãng khác chẳng hạn Atmel corp với tên gọi AT89C51 phiên NV-RAM 8051 Dalas Semi Conductor cung cấp gọi DS5000 Ngồi có phiên OTP (khả trình lần) 8051 sản xuất nhiều hãng Khi sản phẩm thiết kế hồn thiện tuyệt đới phiên OTP 8051 dùng để sản xuất hàng loạt rẻ nhiều theo giá thành đơn vị sản phẩm Chip 8051 phổ biến có ROM chip dạng nhớ Flash Điều lý tưởng đới với phát triển nhanh nhớ Flash xóa vài giây tương quan so với 20 phút mà yêu cầu Vì lý mà AT89C51 để phất triển hệ thống dựa vi điều khiển yêu cầu ROM mà có hỗ trợ nhớ Flash Tuy nhiên lại khơng u cầu xóa ROM Lưu ý nhớ Flash ta phải xóa tồn nội dung ROM nhằm để lặp trình lại cho * Họ 8051 từ hãng Philips: Hình ảnh cầu diode tích hợp vào khối bán ngồi thị trường Hình 23: Hình ảnh cầu diode thị trường 1.5 Giới thiệu Transistor 1.5.1 Cấu tạo Transistor ( Bóng bán dẫn ) Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N , ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận , ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều Hình 24: Cấu tạo Transistor 32 • Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực , lớp gọi cực gốc ký hiệu B ( Base ), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp • Hai lớp bán dẫn bên ngồi nới thành cực phát ( Emitter ) viết tắt E, cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P ) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên không hoán vị cho 33 1.5.2 Nguyên tắc hoạt động Transistor * Xét hoạt động Transistor NPN Hình 25: Mạch khảo sát nguyên tắc hoạt động transistor NPN • Ta cấp nguồn chiều UCE vào hai cực C E (+) nguồn vào cực C (-) nguồn vào cực E • Cấp nguồn chiều UBE qua cơng tắc trở hạn dòng vào hai cực B E , cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E • Khi cơng tắc mở , ta thấy rằng, hai cực C E cấp điện khơng có dòng điện chạy qua mới C E ( lúc dòng IC = ) • Khi cơng tắc đóng, mới P-N phân cực thuận có dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mới BE cực (-) tạo thành dòng IB • Ngay dòng IB xuất => có dòng IC chạy qua mới CE làm bóng đèn phát sáng, dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB 34 • Như rõ ràng dòng IC hồn tồn phụ thuộc vào dòng IB phụ thuộc theo cơng thức IC = β.IB Trong IC dòng chạy qua mới CE IB dòng chạy qua mới BE β hệ sớ khuyếch đại Transistor Giải thích : Khi có điện áp UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, xuất dòng IBE lớp bán dẫn P cực B mỏng nồng độ pha tạp thấp, sớ điện tử tự từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn số lượng lỗ trống nhiều, phần nhỏ số điện tử vào lỗ trớng tạo thành dòng IB phần lớn sớ điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor * Xét hoạt động Transistor PNP Sự hoạt động Transistor PNP hồn tồn tương tự Transistor NPN cực tính nguồn điện UCE UBEngược lại Dòng IC từ E sang C dòng IB từ E sang B 1.5.3 Ký hiệu hình dạng Transistor a Ký hiệu & hình dáng Transistor Hình 26: Ký hiệu Transistor 35 Hình 27: Transistor công xuất nhỏ vàTransistor công xuất lớn b Ký hiệu ( thân Transistor ) * Hiện thị trường có nhiều loại Transistor nhiều nước sản xuất thông dụng transistor Nhật bản, Mỹ Trung quốc Transistor Nhật : thường ký hiệu A , B , C , D Ví dụ A564, B733, C828, D1555 Transistor ký hiệu A B Transistor thuận PNP ký hiệu C D Transistor ngược NPN Transistor A C thường có cơng xuất nhỏ tần sớ làm việc cao Transistor B D thường có cơng xuất lớn tần số làm việc thấp Transistor Mỹ sản xuất thường ký hiệu 2N ví dụ 2N3055, 2N4073 vv • Transistor Trung quốc sản xuất : Bắt đầu số 3, hai chũ Chữ thức cho biết loại bóng : Chữ A B bóng thuận , chữ C D bòng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm : X P bòng âm tần, A G bóng cao tần Các chữ sớ sau thứ tự sản phẩm Thí dụ : 3CP25 , 3AP20 vv • PHẦN II:NỘI DUNG THIẾT KẾ 2.1 Sơ đồ nguyên lý 36 Hình 28: Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý hoạt động mạch MẠCH CHIA LÀM KHỐI +Khới nguồn 37 Hình 29: Khới nguồn +Khối VĐK(gồm nút nhấn chọn chế độ,transistor điều khiển quét led) +Khối hiển thị(led matrix đa sắc) Nguyên lý hoạt động:Với chế độ ta nhấn vào nút nhấn theo yêu cầu hàm main vi điều khiển update giá trị như:màu xanh,màu đỏ,sớ chữ,chữ cái,vòng lặp,bắt đầu….rồi bắt đầu hiển thị giá trị chúng theo yêu cầu hàm font khai báo trước Ći vòng lặp while( ) , hàm scan_key( ) truy tìm thay đổi ta kích hoạt vào nút bấm mạch bắt đầu chu kỳ hiển thị 2.2.2 Lưu đồ thuật toán START: Cài đặt chế độ ban đầu(Màu xanh,màu đỏ,màu vàng 1,bắt đầu, kết thúc) 38 Bắt đầu quét chế độ hiển thị matrix với chế độ cài đặt ban đầu với thông số(màu xanh,màu đỏ,bắt đầu,kết thúc,sớ chữ,lần lặp),cùng với vòng lặp For để phục vụ việc hiển thị ký tự yêu cầu Nếu màu đỏ thay đổi mức (1-> 0>1) then Nếu màu xanh thay đổi mức 1-> 0->1) Nếu màu nâu thay đổi mức (1-> 0>1) then Cài đặt thông số như: Màu đỏ,màu xanh,bắt đầu,số chữ,lặp,kết thúc,chữ cái… Cài đặt thông số như: Màu đỏ,màu xanh,bắt đầu,số chữ,lặp,kết thúc,chữ cái… Cài đặt thông số như: Màu đỏ,màu xanh,bắt đầu,số chữ,lặp,kết thúc,chữ cái… Update chế độ cài đặt ta nhấn phím chọn(key word:red,green,yellow) với thơng sớ như:màu xanh,màu đỏ,bắt đầu,kết thúc,số chữ,lần lặp,font… Bảng 8: Lưu đồ thuật toán 39 2.3 Code vi điều khiển #include #include sbit sbit sbit RED = GRE = YEL = P3^0; P3^1; P3^2; // Mau Do // Mau Xanh // Mau Vang unsigned int n,chu_cai,stt; unsigned int i,j,lap,sochu,bat_dau,ket_thuc,mau_do,mau_xanh; unsigned char hang_so[] = {0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x00}; unsigned char code font[] = { 0xFF,0xFF,0xC3,0xDD,0xDD,0xDD,0xA3,0xFF, //a 0xEB,0xF7,0xC3,0xDD,0xDD,0xDD,0xA3,0xFF, //aw 0xF7,0xEB,0xC3,0xDD,0xDD,0xDD,0xA3,0xFF, //aa 0xFB,0xFB,0xC3,0xBB,0xBB,0xBB,0xC3,0xFF, //b 0xFF,0xFF,0x87,0xFB,0xFB,0xFB,0x87,0xFF, //c 0xDF,0xDF,0xC3,0xDD,0xDD,0xDD,0xC3,0xFF, //d 0xFF,0xFF,0xC3,0xBD,0xC1,0xFD,0xC3,0xFF, //e 0xE7,0xDB,0xC3,0xBD,0xC1,0xFD,0x83,0xFF, //ee 0xFF,0xFF,0xC7,0xFB,0xE3,0xFB,0xFB,0xFB, //f 0xFF,0xFF,0xC3,0xDD,0x83,0xCF,0xD7,0xE7, //g 0xFB,0xFB,0xCB,0xB3,0xBB,0xBB,0xBB,0xFF, //h 0xF7,0xFF,0xF7,0xF7,0xF7,0xD7,0xEF,0xFF, //i 0xEF,0xFF,0xEF,0xEF,0xEF,0xEB,0xF7,0xFF, //j 0xFB,0xFB,0xDB,0xE3,0xEB,0xDB,0xBB,0xFF, //k 0xFF,0xFF,0xD1,0xAD,0xAD,0xAD,0xAD,0xFF, //m 0xFF,0xFF,0xCB,0xB3,0xBB,0xBB,0xBB,0xFF, //n 0xFF,0xFF,0xE3,0xDD,0xDD,0xDD,0xE3,0xFF, //o 0xFF,0xBF,0xA3,0xDD,0xDD,0xDD,0xE3,0xFF, //ow 0xF7,0xEB,0xE3,0xDD,0xDD,0xDD,0xE3,0xFF, //oo 0xFF,0xFF,0xC3,0xBB,0xBB,0xC3,0xFB,0xFB, //p 0xFF,0xFF,0xC3,0xDD,0xDD,0xC3,0xDF,0xDF, //q 0xFF,0xFF,0xEB,0xD3,0xFB,0xFB,0xFB,0xFF, //r 0xFF,0xFF,0xC3,0xFD,0xC3,0xBF,0xC1,0xFF, //s 0xF7,0xF7,0xE3,0xF7,0xF7,0xD7,0xEF,0xFF, //t 0xFF,0xFF,0xBB,0xBB,0xBB,0xBB,0x87,0xFF, //u 40 0xFF,0xBF,0x9D,0xDD,0xDD,0xDD,0xC3,0xFF, //uw 0xFF,0xFF,0xDD,0xDD,0xDD,0xEB,0xF7,0xFF, //v 0xFF,0xFF,0xDD,0xDD,0xD5,0xD5,0xEB,0xFF, //w 0xFF,0xFF,0xDB,0xE7,0xE7,0xDB,0xBD,0xFF, //x 0xFF,0xFF,0xBB,0xD7,0xEF,0xF7,0xFB,0xFF, //y 0xFF,0xFF,0x83,0xDF,0xEF,0xF7,0x83,0xFF, //z 0xFF,0xE3,0xDD,0xDD,0xDD,0xDD,0xE3,0xFF, //0 0xFF,0xEF,0xE7,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0xFF, //1 0xFF,0xC7,0xBB,0xBF,0xC7,0xFB,0x83,0xFF, //2 0xFF,0xC7,0xBB,0xCF,0xBF,0xBB,0xC7,0xFF, //3 0xFF,0xEF,0xF7,0xDB,0x83,0xDF,0xDF,0xFF, //4 0xFF,0x83,0xFB,0xC3,0xBF,0xBF,0xC3,0xFF, //5 0xFF,0xC3,0xFD,0xE1,0xDD,0xDD,0xE3,0xFF, //6 0xFF,0x83,0xBF,0xDF,0xEF,0xF7,0xFB,0xFF, //7 0xFF,0xC3,0xBD,0xC3,0xBD,0xBD,0xC3,0xFF, //8 0xFF,0xC7,0xBB,0x87,0xBF,0xBB,0xC7,0xFF, //9 } ; void delay(unsigned long int d) { for(n=0;n