QUANG báo GIAO TIẾP với máy TÍNH DÙNG 8051 (có code và sơ đồ mạch)

QUANG báo GIAO TIẾP với máy TÍNH DÙNG 8051 (có code và sơ đồ mạch) QUANG báo GIAO TIẾP với máy TÍNH DÙNG 8051 (có code và sơ đồ mạch) QUANG báo GIAO TIẾP với máy TÍNH DÙNG 8051 (có code và sơ đồ mạch) QUANG báo GIAO TIẾP với máy TÍNH DÙNG 8051 (có code và sơ đồ mạch)

TÍNH DÙNG 8051

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trans: transistor.

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU LINH KIỆN CHO MẠCH QUANG BÁO

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Mô tả mạch quang báo

Mạch quang báo giao tiếp với máy tính dùng vi xử lý 8051 để xử lý các tín hiệu.Sau khi nhận được nội dung nhập từ máy tính, vi xử lý sẽ giải mã, xuất ra tín hiệu,

và hiện nội dung lên 4 led matrix 8x8

1.1.2 Mục tiêu

• Hiển thị đúng nội dung nhập từ máy tính lên 4 led matrix 8x8

• Dễ dàng nhập nội dung trên máy tính

1.2 Tìm hiểu các linh kiện chính

Mạch quang báo sử dụng các linh kiện chính: vi xử lý 8051, IC dịch 74HC595, ICđệm dòng ULN2803, Led matrix 8x8

1.2.1 Vi điều khiển 8051

Hình 1-1: Vi điều khiển 8051 [4]

VĐK 8051 có tất cả bao gồm 40 chân Trong đó có 24 chân có công dụng kép (1chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập điều khiểnI/O hoặc là thành phần của các bus chứa dữ liệu và bus chứa địa chỉ để tải địa chỉ và

dữ liệu khi giao tiếp với bộ nhớ ngoài

Bảng 1-1: Bảng đặc tính kỹ thuật của vi điều khiển 89C51

Hình 1-3: Sơ đồ khối của VĐK 8051 [6]

Chức năng các port:

Port 0: Là port có 2 chức năng với số thứ tự chân bắt đầu từ 32 đến 39.

• Trong các hệ thống không dùng bộ nhớ mở rộng thì port 0 được dùng làmcác đường điều khiển I/O

• Trong các hệ thống có sử dụng bộ nhớ mở rộng thì port 0 có chức năng làbus chứa địa chỉ và bus chứa dữ liệu AD7 – AD0 (A : Address, D: Data)

Port 1: Gồm các chân có số thứ tự từ 1 đến 8 Port 1 chỉ có 1 chức năng là dùng làm

các đường điều khiển xuất nhập I/O

Port 2 : Là port có 2 chức năng gồm các chân có số thứ tự chân từ 21 đến 28.

• Trong các hệ thống không dùng bộ nhớ mở rộng thì port 2 được dùng làmcác đường điều khiển I/O

• Trong các hệ thống điều khiển có sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port

2 có chức năng là bus chứa địa chỉ cao A8 – A15

Port 3 : Gồm các chân có số thứ tự chân 10 – 17.

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RxD Ngõ đi vào nhận dữ liệu nối tiếp

P3.1 TxD Ngõ xuất ra dữ liệu nối tiếp

P3.2 INT0 Ngõ đi vào ngắt cứng thứ 0

P3.3 INT1 Ngõ đi vào ngắt cứng thứ 1

P3.4 T0 Ngõ đi vào của timer/counter thứ 0

P3.5 T1 Ngõ đi vào của timer/counter thứ 1

P3.6 WR Tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ bên ngoàiP3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài

Bảng 1-2: Bảng tính năng các chân port 3 của VĐK 8051

Các ngõ tín hiệu điều khiển:

Ngõ tín hiệu (PSEN)’ (Program store enable) : Chân 29

• Cho phép đọc bộ nhớ mở rộng

• Kết nối với chân ((OE)’ hoặc (RD)’) của EPROM để điều khiển đọc mã lệnh

• Khi giao tiếp với bộ nhớ mở rộng thì sử dụng (PSEN)’, nếu không có giaotiếp thì chân (PSEN)’ sẽ bỏ trống

• Các mã lệnh của chương trình đọc được từ EPROM qua bus chứa dữ liệu vàđược chốt vào thanh ghi lệnh bên trong VĐK 8051 để giải mã

Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable):

• Khi dùng bộ nhớ bên ngoài, ALE sẽ điều khiển mạch giải đa hợp để tách cácđường chứa địa chỉ (A7-A0) và chứa dữ liệu (D7 – D0)

• Là một xung nếu port 0 tải địa chỉ

• Xung ALE có f = 1/6 f thạch anh

• Có thể dùng làm xung clock cung cấp cho các IC khác

Ngõ tín hiệu (EA)’ (External Access):

• Nếu (EA)’ = 1(+5V) thì VĐK sẽ thực hiện chương trình ở bộ nhớ nội

• Nếu (EA)’ = 0(0V) thì VĐK sẽ thực hiện chương trình ở bộ nhớ ngoại

• Nhận điện áp lập trình VPP(Program) khi ghi dữ liệu vào bộ nhớ Flash Rom

Ngõ tín hiệu RST (Reset) :

• Khi cấp điện hoặc nhấn chân RESET sẽ reset lại VĐK

• Tín hiệu Reset phải ở mức cao và bằng ít nhất là 2 chu kỳ máy

Các ngõ vào bộ dao động XTALT1, XTAL2:

VĐK 8051 có một bộ dao động trên chip nhưng nó yêu cầu có một xung đồng hồngoài để chạy nó Một bộ dao động thạch anh sẽ được nối tới các chân đầuvào XTAL1 (chân số 19) và XTAL2 (chân số 18)

Chân 40 (VCC) được nối lên nguồn có điện áp 5V.

Chân 20 GND nối với MASS.

1.2.2 IC dịch 74HC595

IC dịch 74HC595 là một thanh ghi dịch 8 bit có đầu vào nối tiếp và các đầu ra songsong hoặc nối tiếp, ngõ ra có bộ đệm 3 trạng thái

Hình 1-4: Sơ đồ chân của IC 74HC595 [5]

Hình 1-5: Sơ đồ logic của IC 74HC595 [6]

Bảng 1-3: Bảng chức năng các chân của 74HC595

Chân Ký hiệu Chức năng

1 Q1 Ngõ ra dữ liệu song song

2 Q2 Ngõ ra dữ liệu song song

3 Q3 Ngõ ra dữ liệu song song

4 Q4 Ngõ ra dữ liệu song song

6 Q6 Ngõ ra dữ liệu song song

7 Q7 Ngõ ra dữ liệu song song

9 Q7’ Ngõ ra dữ liệu nối tiếp

10 MR Đưa về trạng thái ban đầu (tích cực ở mức thấp)

Ngõ đi vào xung clock Một quá trình chuyển từ mứcLOW đến mức HIGH ở chân này sẽ dịch dữ liệu trongthanh ghi dịch một nhịp

Ngõ vào Quá trình chuyển từ mức LOW sang mứcHIGH ở Latch clock sẽ chốt dữ liệu được dịch trongthanh ghi dịch vào bộ chốt

Ngõ ra cho phép (tích cực ở mức thấp) Khi chân này ởmức LOW thì tín hiệu từ bộ chốt sẽ được xuất ra đầu ra.Khi chân này ở mức HIGH thì các đầu ra song song ởtrạng thái trở kháng cao Còn đầu ra nối tiếp thì không bịảnh hưởng bởi chân này

14 DS Dữ liệu vào nối tiếp

15 Q0 Dữ liệu ra song song

Hình 1-6: IC 74HC595 [4]

1.2.3 IC đệm dòng ULN2803

Đây là IC gồm 8 transistor NPN ghép theo kiểu Darlington, gắn mạch điện tử trongdãy này của chuỗi là một bộ lý tưởng dùng để giao tiếp với mạch điện dạng số mứclogic thấp như là: TTL, CMOS hoặc PMOS/NMOS ULN2803 được thiết kế dùngphù hợp với chuẩn TTL

Hình 1-7: Sơ đồ khối của ULN2803 [6]

Thông số kĩ thuật của IC ULN2803:

1.2.4 Led matrix 8x8

Mỗi LED ma trận 8x8 được tạo nên bằng cách ghép 64 LED đơn vào với nhau theo

sơ đồ:

Hình 1-9: Sơ đồ nguyên lý Led matrix 8x8 [6]

Nếu kết nối 4 LED ma trận 8x8 theo nguyên tắc nối chung hàng hoặc chung cột ta

sẽ được một LED ma trận 8x32 với 40 chân điều khiển Nếu nối tất cả chung hàngthì sẽ có 8 chân điều khiển hàng và có 32 chân điều khiển cột Và nếu ngược lại,nếu nối chung cột lại với nhau thì sẽ có 8 chân điều khiển cột và 32 chân điều khiểnhàng

Hình 1-10: Led matrix 8x8 [4]

1.3 Giao tiếp kết nối giữa mạch quang báo và máy tính

Sử dụng phương pháp điều khiển giao tiếp với máy tính qua cổng nối tiếp theo tiêuchuẩn RS232

1.3.1 Thông số của RS232

Mức logic 1 nằm trong khoảng: từ -3V đến -12V, trong đó khoảng từ -5V đến -12V

là thông số tin cậy

Mức logic 0 nằm trong khoảng: từ +3V đến +12V, trong đó khoảng từ +3V đến+12V là thông số tin cậy

Trở kháng tải về phía bộ nhận của mạch thì phải lớn hơn 3000(Ω) và phải nhỏ hơn

7000 (Ω)

Tốc độ dùng để truyền nhận dữ liệu là 100 Kbit/s

Các lối vào của bộ nhận có điện dung nhỏ hơn 2,500 Pf

Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị thì không được vượt quá 15m nếukhông sử dụng modem

Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn là: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200,4800,

9600, 28800, , 56600, 115200 baud

1.3.2 Sơ đồ chân ra trên máy tính

Các máy tính hiện nay đều được trang bị 2 cổng nối tiếp và thương được gọi là cổngCOM, cổng đầu tiên có tên là COM1 và tiếp theo là cổng COM2 Theo tiêu chuẩn

RS 232 thì đầu nối ngõ ra tại máy tính có 2 loại Loại 25 chân và loại 9 chân

Hình 1-11: Sơ đồ chân của DB25 VÀ DB9 của chuẩn RS232 [5]

• Cổng COM 25 chân, thì chân số 1 có thể nối vỏ kim loại của cáp truyền đểhạn chế nhiễu Nếu như cáp truyền bằng nhựa, thì chân số 1 sẽ được nối vớiđất của thiết bị, chân này khác với chân số 7 là đất của tín hiệu

• Chức năng của các chân theo tiêu chuẩn RS 232 đã được quy định rất cụ thể

Do đó phải sử dụng đúng với chuẩn đã quy định

• Các chân và chức năng trên đầu nối 25 chân và 9 chân

1.3.3 Các địa chỉ

Để có thể sử dụng được cổng nối tiếp thì cần phải thiết lập các thông số Việc thiếtlập này phải được thực hiện trong BIOS của máy tính Tùy vào cổng nối tiếp sửdụng mà sử dụng các địa chỉ cơ sở tương ứng

COM 1 COM2 COM3 COM4

Bảng 1-4: Bảng địa chỉ cơ sở 1.3.4 Module USB UART CP2102

Module USB UART CP2102 sử dụgn chip CP2102 của hãng SILICON LABS cóchức năng chuyển giao tiếp từ USB sang UART TTL và ngược lại

Mô tả chân module như sau:

• TXD: chân truyền dữ liệu UART, dùng để kết nối đến chân Rx của cácmodule khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232

• RXD: chân nhận dữ liệu UART, dùng để kết nối đến chân Tx của các modulekhác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232

• GND: chân mass hoặc nối với đất

• 5V: nguồn điện áp dương

• DTR: chân reset để nạp cho VĐK

• 3.3V: nguồn điện áp dương với điện áp 3.3V

Hình 1-12: Module USB UART CP2102 [4]

2.1 Sơ đồ khối

KHỐI THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN (MÁY TÍNH)

KHỐI GIAO TIẾP

KHỐI VI XỬ LÝ (VĐK 8051)

KHỐI HIỂN THỊ (LED MATRIX 8x8)

Hình 2-1: Sơ đồ khối

- Khối điều khiển: tạo ra tín hiệu điều khiển khối LED matrix để hiển thị nội dung

từ chương trình truyền xuống

- Khối giao tiếp máy tính: sử dụng module CP2102 truyền tín hiệu từ máy tính vào

vi điều khiển

2.2.3 Khối hiển thị Led matrix 8x8

Hình 2-4: Khối hiển thị Led matrix

Khối hiển thị Led ma trận nhận tín hiệu từ khối điều khiển, giải mã để chuyển ra 4led ma trận 8x8 ghép lại, hiển thị nội dung được truyền từ máy tính

Module hiển thị dùng 4 ma trận led ghép lại với nhau thành 8 hàng và 32 cột Các

ma trận Led được nối chung hàng Module sử dụng IC chốt dịch 74HC595 và ICđệm dòng ULN2803

Khối này sử dụng IC ULN2803 tích hợp nhìu trans với cách ghép Dalington nhằmgiúp khuếch đại dòng ở ngõ ra của tín hiệu sau khi đã được giải mã hàng

Các chân Clock và Latch của IC 74HC595 được mắc song song với nhau Và chânData của IC 74HC595 đầu tiên được nối vào chân của vi điều khiển Các chân Datacủa 3 IC còn lại được mắc vào chân số 9 của IC dịch 74HC595 trước đó

Các đầu ra của IC chốt dịch 74HC595 được mắc vào các cổng vào của IC đệm dòngULN2803, các đầu ra của ULN2803 sẽ được nối trực tiếp với các chân ở khối hiểnthị cho phép cột của các Led matrix hiển thị

Nếu nguồn Vcc cấp vào không đủ lớn để kéo dòng thì Led sẽ không sáng đều và rõ.Còn các điện trở có nhiệm vụ là điện trở hạn dòng để bảo vệ Led không bị hỏng nếudòng điện đi vào quá lớn.

2.2.4 Sơ đồ toàn mạch

Hình 2-5: Sơ đồ toàn mạch 2.3 Phương pháp điều khiển

Điều khiển Led matrix cần phải có mạch chốt dữ liệu, xuất dữ liệu và các mạch nàyphải kết hợp chặt chẽ với nhau Số mạch chốt tỷ lệ với số lượng Led

Với một ma trận hiển thị, số lượng Led rất lớn, kéo theo số mạch chốt nhiều, dẫnđến phần hiển thị quang báo trở nên phức tạp, cồng kềnh, khó kết nối

Theo phương pháp này, thực chất tại mỗi thời điểm thì chỉ có một Led sáng CácLed phát sáng với tần số rất nhanh làm cho mắt người cảm thấy Led sáng liên tục,

do hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc của mắt

Phương pháp multiplex được dùng trong phương pháp truyền dữ liệu nối tiếp hoặcsong song, có hai loại thường sử dụng : quét hàng và quét cột

Hình 2-6: Sơ đồ khối phương pháp điều khiển

Trong đồ án này, ta sẽ sử dụng phương pháp quét hàng để đảm bảo cho hình ảnhhiển thị được liên tục và sắc nét

Quét hàng là phương pháp mà trong một thời gian nhất định chỉ có một hàng đượctích cực hiển thị trong khi các hàng khác đều tắt, các hàng được quét (tích cực) liêntục kế tiếp nhau và được lặp lại nhiều lần với tốc độ lớn hơn 24 lần/1s sẽ cho ta mộthình ảnh liên tục hiển thị lên màn hình led matrix

Dữ liệu lần lượt được đưa vào chân Datain của thanh ghi dịch sau đó tác động xungclock dữ liệu được dịch đi

Dữ liệu của hàng thứ nhất được đưa ra cột sau đó sẽ tích cực hàng thứ nhất, dữ liệucủa hàng thứ nhất được hiển thị lên màn hình led matix, sau đó dữ liệu của hàng thứhai được đưa ra cột sau đó tích cực hàng thứ hai lúc này dữ liệu của hàng thứ haiđược hiển thị lên màn hình led matrix, và tiếp tục cho đến hàng cuối cùng

CHƯƠNG 3 THỰC THI PHẦN CỨNG

3.1 Lưu đồ mô tả hoạt động hệ thống

3.1.1 Lưu đồ hệ thống

Hình 3-1: Lưu đồ hệ thống

3.1.2 Lưu đồ chương trình chính

Hình 3-2: Lưu đồ chương trình chính 3.2 Phần mềm điều khiển giao tiếp

3.2.1 Sơ lược về phần mềm visual basic 6.0

Visual Basic là một môi trường ứng dụng nhanh và phát triển phần mềm ứng dụngnhanh của Microsoft dựa trên nền tảng là Basic, xuất hiện và phát triển gần 15 năm

So với những ngôn ngữ ra đời trước như Pascal hay c thì ngôn ngữ Visual Basic tỏ

ra đơn giản hơn nhiều, nó làm hết mọi việc cho bạn, cung cấp mức độ cao hơn củalập trình tự động nhưng cũng cần phải được hiểu là không cần lập trình nhiều thìVisual Basic không có những tính năng mạnh, Visual Basic có thể làm mọi thứ nếunhư khả năng của người lập trình cho phép Ưu điểm cơ bản khi dùng Visual Basicđược thể hiện ở chỗ tiết kiệm được thời gian và công sức cho người lập trình khiphải thực hiện một công việc nào đó Ta có thể khai thác khả năng tự động củaVisual Basic để viết chương trình thật nhanh, nó có đủ linh hoạt để hổ trợ cho mọingười lập trình từ người mới học đến lập trình chuyên nghiệp

Hình 3-3: Giao diện chương trình visual basic 6.0 3.2.2 Chương trình điều khiển

Hình 3-4: Giao diện chương trình điều khiển

3.2.3 Chương trình chính

3.3 Mô hình thực thi phần cứng

3.3.1 Mạch in

Hình 3-5: Mạch in mô hình 3.3.2 Mô hình khối mạch chính

3.3.3 Mô hình khối hiển thị

Hình 3-7: Mô hình khối hiển thị 3.4 Mô tả quá trình hoạt động mô hình

Khi có tín hiệu truyền nội dung từ chương trình điều khiển trên máy tính chuyển tớithì khối hiển thị Led ma trận nhận tín hiệu từ khối điều khiển, giải mã để chuyển ra

4 led ma trận 8x8 ghép lại, hiển thị nội dung

Trong quá trình khởi động, vi điều khiển sẽ đọc lại các dữ liệu đã được lưu trongROM , VĐK sẽ đối chiếu lần lượt các kí tự trong nội dung truyền xuống để saochép font tương ứng vào RAM của chương trình hiển thị, rồi gọi chương trình hiểnthị để hiển thị nội dung ra khối hiển thị

Khi chương trình điều khiển trên máy tính nhập nội dung mới, VĐK sẽ ngừng việchiển thị để chờ nhận nội dung mới từ máy tính Sau đó sẽ lưu nội dung vừa nhậnđược vào ROM để phục vụ cho việc hiển thị quang báo

Module hiển thị dùng 4 ma trận led ghép lại với nhau thành 8 hàng và 32 cột Các

ma trận Led được nối chung hàng Module sử dụng IC chốt dịch 74HC595 và ICđệm dòng ULN2803 Các chân Clock và Latch của IC 74HC595 được mắc song

song với nhau Và chân Data của IC 74HC595 đầu tiên được nối vào chân của viđiều khiển Các chân Data của 3 IC còn lại được mắc vào chân số 9 của IC dịch74HC595 trước đó Ta sử dụng ở đây là phương pháp quét hàng, nên trong một thờigian nhất định chỉ có một hàng tích cực sáng, nhưng do tốc độ nhanh, nên với việclưu ảnh trên võng mạc nên ta sẽ thấy hình ảnh liên tục.

3.5 Kết quả thực hiện

Hình 3-8: Kết quả hoàn thiện

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

• Mạch gọn nhẹ và khá gần gũi với sinh viên

• Sinh viên có thể tự làm, qua đó có thể trao dồi thêm kiến thức

• Dễ dàng hiển thị nội dung linh hoạt mà không cần phải thay đổi phầncứng

b Khuyết điểm

• Mạch chưa hoàn thiện tốt

• Còn nhiều hạn chế về chức năng cũng như hiển thị nên chưa thể ápdụng vào trong thực tế

4.2 Ứng dụng

Với mạch quang báo này ta có thể dễ dàng hiển thị những nội dung một cách linhhoạt nhờ giao tiếp qua máy tính Có thể ứng dụng vào trong lĩnh vực quảng cáo,trang trí

4.3 Hướng phát triển

• Mạch còn nhiễu nên cần có biện pháp xử lý chỗng nhiễu

• Hoàn thiện và bổ sung một số chức năng để có thể ứng dụng thực tế ( ví dụ:

sử dụng nhìu font chữ khác, và Led đa màu để hiển thị phong phú hơn, vàtăng kích thước quang báo

• Cần trao dồi thêm kiến thực lập trình

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Sách Tiếng Việt:

[1] Tống Văn On – Hoàng Đức Khải, “Họ Vi Điều Khiển 8051”

[2] Đặng Quế Vinh, “Lập trình visual basic 6.0 cơ bản”

Sách Tiếng Anh:

[3] Bruce A.Artwick, “Micromputer interfacing”

Tài liệu trên Internet:

[9] Lập trình giao tiếp VB6 với VĐK qua RS232,http://codientu.org/threads/1492/