MẠCH QUANG BÁO
Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội trong tất cả các lĩnh vực của đời sống, nhu cầu quảng bá của các tổ chức, doanh nghiệp, cá nhân cũng là một cách thúc đẩy để nhằm đưa hình ảnh của mình đến gần hơn với công chúng. Có rất nhiều hình thức quảng bá khác nhau thông qua các phương tiện thông tin đại chúng như báo, đài, TV, Internet . Giờ đây, khi đi dọc các tuyến đường của thành phố, chúng ta đã không còn xa lạ với hình ảnh của các bảng điện tử phát sáng đủ loại màu sắc, hình ảnh và hiệu ứng khác nhau của các doanh nghiệp, các trung tâm thương mại, các cửa hiệu. Đó chính là các bảng Quang báo. Không chỉ với mục đích đó, các bảng Quang báo còn được dùng để hiển thị các thông tin cần thiết như thông báo thời gian, biển chỉ dẫn, bảng cập nhật giá cả .và được sử dụng rộng rãi trong các nhà ga, sân bay, ngân hàng, các sàn giao dich .Có thể nói, ứng dụng của Quang báo là khá đa dạng. Và chính bởi tính chất hiện đại và khả năng hiển thị thông tin rõ ràng mà hiện nay Quang báo được sử dụng ngày càng phổ biến. Đề tài “Mạch Quang báo” là một trong những đề tài cơ bản của mạch Quang báo nói chung. Tìm hiểu về đề tài này sẽ giúp chúng ta có được một cái nhìn chi tiết và rõ ràng hơn về nguyên tắc hiển thị của các bảng Led. Khi nắm bắt được nguyên tắc đó, sẽ là vô cùng thú vị nếu chúng ta sử dụng nó làm cơ sở cho những ứng dụng Quang báo phục vụ trong đời sống hàng ngày. 1 GVHD: Lê Hồng Nam Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo CHƯƠNG 1: MẠCH QUANG BÁO SỬ DỤNG BÀN PHÍM PS2 ĐỂ NHẬP KÝ TỰ Phân tích và Thiết Kế 1.1 Yêu cầu đề tài Mạch quang báo sử dụng bàn phím PS2 có nhiệm vụ hiển thị văn bản cùng với các hiệu ứng theo mong muốn của người sử dụng. Văn bản được nhập trực tiếp thông qua một bàn phím máy tính gắn ngoài. Cụ thể ở đây là bàn phím PS/2 khi ta nhấn phím thì nội dung của phím sẽ được hiển thị trên vi điều khiển và hiển thị theo hiệu ứng đã định trước 1.2 Phân tích yêu cầu đề tài Để làm mạch quang báo các câu hỏi được đặt ra là: Hiển thị ký tự như thế nào? Việc điều khiển hiển thị sẽ thực hiện như thế nào? Làm thế nào để thiết kế cho mạch hoạt động dựa trên các tài nguyên đã lựa chọn? Các phương pháp tối ưu có thể có không? Dựa trên yêu cầu của đề tài ta có thể đi đến phát thảo sơ bộ các khối cần thiết là : Khối nguồn, điều khiển hiển thị, xuất, nhập, và các giao tiếp điện giữa các khối Vì thế sơ đồ khối đề xuất tổng thể sẽ như sau: Sơ đồ phát thảo mạch quang báo 2 GVHD: Lê Hồng Nam Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo 1.3 Phân tích nhiệm vụ và hoạt động của từng khối 1.3.1 Khối nhập Yêu cầu dùng bàn phím PS/2 để tạo dữ liệu vào. Khi ta nhấn phím thì nội dung sẽ hiển thị trên vi điều khiển, dựa trên cơ chế hoạt dộng của bàn phím khi nhấn phím để xây dựng được thuật toán đọc dữ liệu vào khối điều khiển. 1.3.2 Khối xuất Hiển thị được nội dung nhập vào. Mạch này sẽ nhận nội dung đến theo một cơ chế nào đó để có thể thực hiện được việc hiển thị chính xác và mịn. 1.3.3 Khối giao tiếp Vì đặc tính điện của mỗi khối mạch là khác nhau vì mỗi khối khi được thiết kế đều có mức dòng công xuất và điện áp hoạt động theo yêu cầu nên việc cần thiết phải dùng khối giao tiếp điện là một yêu cầu hợp lý. Nhiệm vụ của khối này là biến đổi dòng và áp sao cho phù hợp với 2 khối nằm ở 2 bên giao diện ghép nối 1.3.4 Khối điều khiển Yêu cầu của khối điều khiển là phải nhận được ký tự nhập từ bàn phím và phải xử lý thông tin nhận được và biến nó qua kiểu thông tin với những đặc điểm phù hợp với khối hiển thị. Việc lựa chọn các khối điều khiển dựa trên các công nghệ hiện nay là Vi điều khiển và Vi xử lý. 1.3.5 Khối nguồn Cung cấp điện áp cho các khối khác hoạt động 1.4 Sơ đồ mạch và chọn linh kiện từng khối 1.4.1 Khối nhập Yêu cầu đặt â là dùng bàn phím PS2. Nên ta dùng bàn phím PS2 được thiết kế theo tiêu chuẩn mà IBM đưa ra Sơ đồ chân đầu cắm bàn phím: Đầu cắm bàn phím PS/2 Chân 1: chân dữ liệu Chân 2: không dùng 3 GVHD: Lê Hồng Nam Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo Chân 3: GND Chân 4: Vcc ( 5V) Chân 5: clock Chân 6: không dùng Nguyên lý hoạt động Để hiểu rõ cách thức truyền dữ liệu của bàn phím ta xét khung truyền số liệu của bàn phím Cấu trúc truyền số liệu của bàn phím Start: bit start ( luôn bằng 0) D0- D7 : các bit dữ liệu P : bit Parity, bit chẵn lẻ Stop : bit stop (luôn luôn bằng 1) Mỗi một phím khi nhấn sẽ được gán cho một mã quét gồm 1byte. Khi nhả phím sẽ gán cho một mã quét gồm 2 byte. Có phím được gán 2 byte cho nhấn phím và 3 byte cho nhả phím… Trường hợp khi nhấn phím xuống trong khoảng thời gian dài thì sau 0,5s ( tùy vào từng bàn phím) bàn phím sẽ phát liên tục byte đó. Mã quét bàn phím ( Scancodes) Mã quét bàn phím Tần số phát dữ liệu của bàn phím 10Khz – 30Khz Áp hoạt động 5V Dòng ra 10-20mA 4 GVHD: Lê Hồng Nam Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo . 1.4.2 Khối điều khiển: Để sử lý dữ liệu nhận và xuất một cách mềm dẻo thì Khối điều khiển phải đóng vai trò như một “bộ não thông minh”. Các dòng sản phẩm được thiết kế cho mục đích điều khiển trên thị trường hiện nay là Vi điều khiển, Vi xử lý . Với việc nhận dữ liệu từ bàn phím thì khối điều khiển phải có chức năng nhận dữ liệu. Với việc xuất dữ liệu thì khối điều khiển phải có các cổng để dữ liệu đưa ra. Với các phân tích ở trên thì việc lựa chọn Vi điều khiển để làm nền tảng cho khối điều khiển là hợp lý vì có thể thõa mãn các yêu cầu như phân tích ở trên. Câu hỏi tiếp theo nảy sinh là chọn dòng vi điều khiển nào? Thõa mãn các yêu cầu gì? Chọn dòng Vi điều phải có số chân đáp ứng được yêu cầu đề ra, phải có cổng nhận dữ liệu vào với số chân hợp lí. Cổng xuất dữ liệu phải đáp ứng được yêu cầu của khối hiển thị. VĐK phải thực hiện được thuật toán đề ra một các mềm dẻo và cuối cùng là Vi Điều khiển phải thông dụng. Vì bàn phím phát dữ liệu trên 1 chân và xung Clock trên 1 chan nên cần ít nhất 2 chân để nhận dữ liệu. Với các phân tích ở trên, VĐK được chọn lựa là dòng AT89C của Atmel vì nó có cổng nhận dữ liệu nối tiếp ở chân P3.1 P3.2, 4 ngõ xuất nhập, có Timer định thời . Với cacs thuật toán được đề ra sẽ được phân tích bên dưới thì VĐK được chọn chính xác ;à AT89C52 Giới thiệu về VĐK 89C52: Vi điều khiển AT89c52 do hãng Atmel sản xuất. IC này có đặc điểm như sau: • 8k byte ROM,128 byte RAM nội. • 4 Port I/O 8 bit. • 2 bộ đếm/ định thời 16 bit. • Giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp. • 64k byte bộ nhớ bên ngoài dung để lưu chương trình điều khiển. • 64k byte bộ nhớ bên ngoài dung để lưu dữ liệu. • 210 bit có thể truy xuất từng bit • Có các lệnh xử lý bit. Sơ lược về các chân của 89c52: 5 GVHD: Lê Hồng Nam Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo Hình 1.2 Sơ đồ chân 89C52 Chức năng của các chân 89C52: Port 0: từ chân 32 đến chân 39 (P0.0 _P0.7). Port 0 có 2 chức năng: trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO, đối với thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu. Port 1: từ chân 1 đến chân 8 (P1.0 _ P1.7). Port 1 chỉ có chức năng dung làm các đường điều khiển xuất nhập IO Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7). Nếu không dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 dùng làm các đường điều khiển IO.Nếu dung bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 có chức năng là bus địa chỉ cao A0 – A15. Port 3: từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7). Port 3 là port có 2 chức năng.Các chân port này có nhiều chức năng , các công dụng chuyển đổi có liên hệ đặc biệt của 89c52 như ở bảng sau: PSEN (Program store enable): PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nối đến chân OE\ của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN ở mức thấp trong thời gian 89C52 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu, được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 89C52 để giải mã lệnh. Khi 89c52 thi hành chương trình trong EPROM nội PSEN ở mức logic 1. ALE (Address Latch Enable): Khi 89c52 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ và dữ liệu (AD7 – AD0) do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. 6 GVHD: Lê Hồng Nam Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo Tín hiệu ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động. EA\ (External Access): Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1 thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ nội. Nếu ở mức 0 thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoại. RST (Reset): Ngõ vào chân 9 là ngõ vào Reset.Khi cấp điện cho hệ thống hoặc nhấn nút reset thì mạch sẽ reset vi điều khiển.Khi reset thì tín hiệu reset phải ở mức cao ít nhất 2 chu kì máy. Các ngõ vào bộ dao động Xtal1, Xtal2: Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong 89C52. Khi sử dụng 89C52, người ta chỉ cần nối thêm tụ thạch anh và các tụ. Tần số tụ thạch anh thường là 12 Mh – 24 Mh. Cấu trúc bên trong của 89c52 Sơ đồ khối bên trong 89c52: 7 GVHD: Lê Hồng Nam Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo Hình 1.3 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển Tổ chức bộ nhớ. Hình 1.4 Bảng tóm tắt các vùng nhớ 89c52 8 GVHD: Lê Hồng Nam Báo cáo thực tập cơng nhân Mạch Quang Báo RAM bên trong 89c52 được phân chia như sau: Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH. RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH RAM đa dụng từ 30H đến 7FH. Các thanh ghi chức năng từ 80H đến FFH. Hình 1.5 Cấu trúc bộ nhớ Ram bên trong vi điều khiển 9 GVHD: Lê Hồng Nam 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 2F 77 76 75 74 73 72 71 70 2E 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2D 67 66 65 64 63 62 61 60 2C 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 2B 57 56 55 54 53 52 51 50 2A 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 29 47 46 45 44 43 42 41 40 28 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 27 37 36 35 34 33 32 31 30 26 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 25 27 26 25 24 23 22 21 20 24 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 23 17 16 15 14 13 12 11 10 22 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 21 07 06 05 04 03 02 07 1 00 20 Bank 3 1F 18 Bank 217 10 Bank 10F 08 Bank thanh ghi 0 07 00 RAM đa dụng 7F 30 RAM 87 86 85 84 83 82 81 80 80 P0 không được đòa chỉ hóa bit 81 SP không được đòa chỉ hóa bit 82 DPL không được đòa chỉ hóa bit 83 DPH không được đòa chỉ hóa bit 87 PCON 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 88 TCON không được đòa chỉ hóa bit 89 TMOD không được đòa chỉ hóa bit 8A TL0 không được đòa chỉ hóa bit 8B TL1 không được đòa chỉ hóa bit 8C TH0 97 96 95 94 93 92 91 90 90 P1 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 98 SCON không được đòa chỉ hóa bit 99 SBUF A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 A0 P2 AF – – AC AB A A A9 A8 A8 IE – – – BC BB BA B9 B8 B8 IP E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 E0 ACC D7 D6 D5 D4 D3 D2 – D0 D0 PSW B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 B0 P3 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 F0 B CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT không được đòa chỉ hóa bit 8D TH1 FF Địa chỉ byte Địa chỉ byte Báo cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo - Bộ nhớ trong 89c52 bao gồm ROM và RAM. RAM trong 89c52 bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt. - 89c52 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu. Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 8951 nhưng 8951 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ liệu. Bộ nhớ bên trong 89c52 bao gồm ROM và RAM. RAM bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt. 89c52 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu. Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 89c52 nhưng 89c52 vẫn có thể kết nối với 64 k byte bộ nhớ chương trình và 64 k byte bộ nhớ dữ liệu mở rộng. Ram bên trong 89c52 được phân chia như sau: • Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH. • Ram địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH. • Ram đa dụng từ 30H đến 7FH. • Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH. Ram đa dụng: Vùng nhớ Ram đa dụng gồm có 80 byte địa chỉ từ 30H – 7FH .Vùng nhớ bank thanh ghi 32 byte từ 00H – 1FH cũng có thể dung làm vùng nhớ Ram đa dụng. Mọi địa chỉ trong vùng Ram đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Bộ nhớ ngan xếp của vi điều khiển dùng bộ nhớ Ram nội nên dung lượng bộ nhớ ngăn xếp nhỏ trong khi đó các bộ vi xử lý bên ngoài làm bộ nhớ ngăn xếp nên dung lượng tùy ý mở rộng. Ram có thể truy xuất từng bit: 89c52 chứa 210 bit được địa chỉ hóa từng bit, trong đó 128 bit chứa ở các byte có địa chỉ từ 20H đến 2FH, các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi chức năng đặc biệt. Ýtưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là một đặc tính mạnh của vi điều khiển nói chung. Các bit có thể được đặt, xóa, and, or,… với 1 lệnh đơn. Ngoài ra các port cũng có thể truy xuất được từng bít làm đơn giản phần mềm xuất nhập từng bit. Các bank thanh ghi: Bộ lệnh 89c52 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định (sau khi reset hệ thống), các thanh ghi nàyở các địa chỉ 00H đến 07H. Đây là lệnh 1 byte dùng địa chỉ thanh ghi. Tuy nhiên có thể thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ 2: MOV A, 05H. Lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn nhiều so với lệnh tương ứng dùng địa chỉ trực tiếp. Bank thanh ghi tích cực bằng cách thay đổi các bit trong từ trạng thái chương trình (PSW). Giả sủ thanh ghi thứ 3 đang được truy xuất, lệnh sau đây sẽ di chuyển nội dung của thanh ghi A vào ô nhớ ram có địa chỉ 18H: MOV R0, A. Các thanh ghi có chức năng đặc biệt: 10 GVHD: Lê Hồng Nam . cáo thực tập công nhân Mạch Quang Báo - Bộ nhớ trong 89c52 bao gồm ROM và RAM. RAM trong 89c52 bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ. bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ liệu. Bộ nhớ bên trong 89c52 bao gồm ROM và RAM. RAM bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa