Hiển thị ma trận LED khối 8x8x8
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO ĐỒ ÁN LẬP TRÌNH HỆ THỐNG VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: LED CUBE 8x8x8 GVHD: TS HUỲNH HỮU HƯNG LỚP: 16T1 Đà Nẵng, 5-2019 Bảng phân công LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, ngành khoa học kĩ thuật ngày phát triển, với nhu cầu đòi hỏi người ngày nâng cao nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Trong có nhu cầu sống tiện nghi, thông minh Hiện tại, Công nghệ thông tin người ta quan tâm nhắc đến nhiều hết phần khơng thể thiếu sống văn minh, tri thức Máy vi tính, thiết bị di động với phần mềm công cụ đắc lực giúp ta quản lý, tổ chức, xếp, điều khiển xử lý công việc cách nhanh chóng xác Là sinh viên ngành Cơng nghệ thơng tin, chúng em có hội nghiên cứu sâu vào bước tạo sản phẩm thơng qua Đồ án Lập trình hệ thống Vi điều khiển Khi bạn đến nơi cơng cộng, khu giải trí bạn dễ dàng bắt gặp áp phích quảng cáo điện tử, hệ thống đèn chiếu LED chạy theo hướng khác với nhiều hiệu ứng, hình ảnh màu sắc ấn tượng Từ yêu cầu môn học kĩ thuật vi xử lý thực tiễn trên, chúng em định chọn đề tài cho đồ án môn học : “Hiển thị ma trận LED khối 8x8x8” Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Huỳnh Hữu Hưng, giảng viên trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng bảo tận tình trình làm đồ án Tuy có nhiều cố gắng q trình thực hiện, khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến thầy Chúng em xin cam đoan nội dung báo cáo nhóm thực hiện, khơng có chép, nội dung chép trích dẫn cụ thể MỤC LỤC Tóm tắt đồ án……………………………………………………………….……… I Giới thiệu đề tài…………………………………………………………….…… 1.Tên đề tài…………………………………………………………………….… 2.Vấn đề cần giải quyết……………………………………………………….… 3.Đề xuất giải pháp thực ………………………………………………….… II Phân tích đề tài…………………………………………………………… …….6 1.Các chức sản phẩm……………………………………………….….…6 2.Nguyên tắc làm việc linh kiện………………………………………….……7 3.Tham số kĩ thuật…………………………………………………………….… 10 4.Đoạn code kết nối làm việc với linh kiện………………………………………12 III Giải pháp triển khai………………………………………………………… 12 1.Lựa chọn định dạng chân LED………………………………………………13 2.Tạo hàng cho khối LED……………………………………………………… 14 3.Tạo lớp cho khối LED………………………………………………………… 15 4.Dựng khối LED…………………………………………………………………17 5.Xây dựng mạch in PCB…………………………………………………………19 6.Hoàn thiện sản phẩm……………………………………………………………21 IV Kết đạt được………………………………………………………………22 1.Kết thực hiệu ứng…………………………………………………22 2.Hình ảnh sản phẩm…………………………………………………………… 24 Đánh giá kết luận……………………………………………………………….25 1.Ưu điểm…………………………………………………………………………25 2.Nhược điểm…………………………………………………………………… 25 3.Hướng phát triển……………………………………………………………… 25 4.Kết luận…………………………………………………………………………25 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Dựa nguyên tắc qt hình, ta thực việc hiển thị ma trận đèn cách quét theo hàng quét theo cột khối LED3D 8x8x8 xây dựng từ trước Mỗi Led ma trận LED coi điểm ảnh Địa điểm ảnh xác định đồng thời mạch giải mã hàng giải mã cột, điểm ảnh xác định trạng thái nhờ liệu đưa từ mạch PCB bao gồm ghi dịch Kết thu khung LED ghép nối mạch PCB hiển thị tất hiệu ứng theo ý tưởng mà code nạp vào mạch I Giới thiệu đề tài 1.Tên đề tài : LED CUBE 8x8x8 2.Vấn đề cần giải quyết: Tại thời điểm có trạng thái điểm ảnh xác định Tuy nhiên xác định địa trạng thái điểm ảnh điểm ảnh lại chuyển trạng thái tắt (nếu LED sáng tắt dần) Vậy để hiển thị tồn hình ảnh ma trận đèn? 3.Đề xuất giải pháp thực hiện: Ta quét ma trận nhiều lần với tốc độ quét lớn, lớn nhiều lần thời gian kịp tắt đèn Mắt người nhận biết tối đa 24 hình giây tốc độ quét lớn khơng nhận thay đổi nhỏ đèn mà thấy tồn hình ảnh, hiệu ứng cần hiển thị II Phân tích đề tài 1.Các chức sản phẩm: - Sản phẩm có tất 14 hiệu ứng, bao gồm hiệu ứng đặc tả khái quát hiệu ứng sau (Hình ảnh hiệu ứng trình bày phần Kết Quả Đạt Được) : +Rotate_Circle : Các cột đèn(8 bóng) sáng từ ngồi theo vòng tròn từ nhỏ đến lớn +PU_PD: Các mảng đèn nằm ngang (các lớp) sáng từ xuống rừ lên +Rotate_Cross: Các đèn mặt ma trận led sáng theo kiểu bậc thang +Spiral: Các cột đèn sáng từ ngồi theo hình xoắn ốc +Bloom: Các vòng đèn sáng từ từ vào hiệu ứng hoa nở +Rain:Các đèn tầng sáng cách ngẫu nhiên di chuyển xuống trông hiệu ứng mưa rơi +Firework: Một bóng đèn tầng sáng ngẫu nhiên sau di chuyển lên tầng sau vòng đèn phía sáng rực lên hiệu ứng pháo hoa bắn +PL_PR: Các mảng đèn dọc di chuyển từ trái sang phải từ phải sang trái +Jump:Hiệu ứng mơ co, dãn hình lập phương khơng gian với tâm khối led +Number: Hiệu ứng hiển thị số từ 0-9 mảng led nằm dọc di chuyển từ sau trước +Character :Hiệu ứng hiển thị số chữ mảng led nằm dọc di chuyển từ sau trước + Cube_Jump:Hiệu ứng mô co, dãn hình lập phương khơng gian với tâm tám góc khối led +Glow: Hiệu ứng hiển thị trình sáng, tắt ngẫu nhiên 512 bóng đèn khối led +Send_Voxels: Hiệu ứng hiển thị trình đảo led tầng với tầng Tức tầng có 32 bóng sáng ngẫu nhiên, bóng tầng tắt bóng tầng sáng 2.Ngun tắc làm việc linh kiện: - Trong đồ án này, chúng em dùng ghi dịch74HC595 Các ghi dịch thường dùng mạch quét led 7, led matrix…để tiết kiệm số chân VĐK tối đa (3 chân) Có thể mở rộng số chân vi điều khiển tùy thích mà khơng IC làm việc mắc nối tiếp đầu vào liệu IC với - Giới thiệu ghi dịch 74HC595: + Chân 1->7 : chân output + Chân 8: Chân cấp nguồn âm + Chân 9: Chân liệu nối tiếp Nếu dùng nhiều 74HC595 mắc nối tiếp chân đưa vào đầu vào dịch đủ 8bit (Shift clock) + Chân 10: Khi chân mức thấp (mức 0) liệu bị xóa + Chân 11: Chân vào xung clock Khi có xung clock tích cực sườn dương (từ lên 1) 1bit dịch vào ic (Latch clock) + Chân 12: Xung clock chốt liệu Khi có xung clock tích cực sườn dương cho phép xuất liệu chân output Lưu ý xuất liệu lúc bạn muốn, ví dụ đầu vào chân 14 dc bit có xung clock chân 12 liệu chân Qa Qb (chú ý chiều dịch liệu từ Qa=>Qh) (Reset) + Chân 13: Chân cho phép tích cực mức thấp (0) Khi mức cao, tất đầu 74HC595 trở trạng thái cao trở, khơng có đầu cho phép (SQH) + Chân 14: đầu vào liệu nối tiếp Tại thời điểm xung clock đưa vào bit (output) QA=>QH chân (15,1,2,3,4,5,6,7) + Chân 15: chân output + Chân 16: chân cấp nguồn +5V (VCC) -Nguyên lý làm việc bảng mạch : Bảng mạch bao gồm ghi dịch 74HC595, ghi dịch có chân output bảng mạch có 64 chân output thực chức 64 chân dương khối led Khi ta muốn đưa bit vào bên ghi cần xung clock chân 11 muốn xuất bit chân ta cần tác động mức cao lên chân 12 Nếu muốn xóa liệu ghi cần tác động mức thấp vào chân 10 Các chân 10,11,12 nối chung với vào nối vào arduino, ta dùng arduino để điều khiển ghi thực chức mong muốn Hình 1: Sơ đồ nguyên lý 3.Tham số kĩ thuật: -512 LED Blue chân cắm : + Đường kính : 5mm + Dòng điện tiêu thụ : 10-20mA + Độ sáng : 150200mcd + Điện áp : – 3,5V -Các tham số kĩ thuật ic 74HC595: +Dịch chuyển nối tiếp bit +Phạm vi điện áp hoạt động từ 2-6V +Tần số khoảng 25MHZ điện áp 4,5V +Dòng đầu vào thấp: μA (Tối đa) +Có thể xóa ghi trực tiếp # define SCK1 A4 # define DATA1 13 # define RCK1 12 void setup() { pinMode(SCK1,OUTPUT); pinMode(DATA1,OUTPUT); pinMode(RCK1,OUTPUT); } III Giải pháp triển khai Hình 2: Khối LED khơng gian 3D 11 Hình 3: Tầng, lớp khối đế dựng khối Lựa chọn định dạng chân LED : - LED để làm khối LED3D loại LED có khả phát ánh sáng với góc rộng tốt ( LED siêu sáng đục 5mm LED 3mm… ) - Board mạch hổ trợ tất LED có màu sắc khác nhau: xanh, lục, vàng, đỏ, trắng…Ở nhóm chúng em chọn board mạch màu lục - Cách bẻ chân LED 5mm : + Chân Âm bẽ nằm ngang so với LED + Chân Dương để thẳng 12 Hình 4: Xác định bẽ chân LED Tạo hàng cho khối LED3D : Sau bẻ xong, hàn chân Âm LED lại với thành hàng, hàng gồm LED Hoàn tất ta 64 hàng từ 512 LED Chú ý: - Hàn chân LED : khoảng cách LED khoảng 0,9 inch - Muốn hàn khối LED có khoảng cách lớn hơn, cần thêm thép thẳng, khoảng cách điểm LED từ 3cm đến 4cm 13 Hình 5: Hàn chân âm LED thành hàng Tạo lớp cho khối LED3D: Nối hàng lại với nhau, ta lớp ( lớp có 8x8 pixel ) - Các chân Dương hàng LED hàn với chân Dương hàng LED - Các LED sau hàn phải cách thật sau lên khối LED3D đẹp mắt Hình 6: Khung gỗ hỗ trợ việc hàn ghép LED thành hàng, khối dễ dàng 14 Hình 7: Một lớp LED sau hàn xong Xong giai đoạn ta thu lớp , lớp gồm có hàng cột ( 64 pixel ) Hình 8: lớp LED kích thước 8x8 15 Dựng khối LED3D: Giai đoạn định khối LED3D sau hoàn thành hiệu ứng trình diễn có mong muốn hay không Chuẩn bị MICA với 64 lỗ khoan cách khoảng cách điểm LED Cắm Lớp 8x8 lên MICA Nếu hàn chuẩn đẹp lớp LED vừa khớp Hình 9: Các tầng, lớp LED MICA Tiến hành hàn nối mảng LED lại với cho LED cách hàn khối LED3D lên mạch điều khiển Khi khối LED3D mạch tạo thành khối lập phương, bao gồm 64 cột mảng(tầng) Các mảng(tầng) phải cách nhau, song song với song song với board mạch điều khiển Các chân Âm LED mảng phải nối lại với Các điểm LED cách thể hiệu ứng cách sinh động đẹp mắt, hiệu ứng rõ ràng 16 Xong giai đoạn ta thu khối LED3D có kích thước 8x8x8 (512 pixel) Hình 10: Khối LED có kích thước 8x8x8 sau xây dựng xong 17 -Các chân Âm LED mảng phải nối lại với nối đến chân từ D2-D9 arduino - Các điểm LED cách thể hiệu ứng cách sinh động đẹp mắt, hiệu ứng rõ ràng 5.Xây dựng mạch in PCB : - Đến tiệm photocopy in mạch bên giấy ủi chuyên dùng cho in mạch Hình 11: Bảng in mạch PCB -Mua bo đồng kích thước khoảng 15cmx15cm -Dùng bàn để in hình mạch vào bo đồng 18 Hình 12: Bo mạch sau ủi -Tiếp đến ta tiến hành ngâm bo mạch in vào dung dịch FeCl3 , lắc 5-7 phút sau lấy lau khơ Tiến hành hàn linh kiện vào mạch ta thu bo mạch hình Hình 13: Mạch in PCB dung đồ án 19 6.Hoàn thiện sản phẩm: -Hàn bo mạch làm vào khối led -Nối chân âm khối led với chân D2->D9 arduino -Nối chân theo sơ đồ nguyên lý bảng mạch vào arduino (cụ thể chân A4,D12,D13,GND,+5V) -Làm hộp đựng cho arduino Hình 14: Cách nối dây để ghép nối Module với khối LED 8x8x8 20 IV Kết đạt 1.Kết thực hiệu ứng : - Các hiệu ứng phần lớn hiển thị rõ ràng , dễ quan sát theo ý tưởng đề ban đầu Tuy nhiên, hiệu ứng xảy tượng nhảy sai LED (chập LED) chạy +Hiệu ứng PU_PD: Hình 15 : Hiệu ứng PU_PD 21 +Hiệu ứng Glow : Hình 16: Hiệu ứng Glow +Hiệu ứng Rotate_cross: Hình 17: Hiệu ứng Rotate_cross 22 2.Hình ảnh sản phẩm : Hình 18: Hình ảnh sản phẩm 23 Đánh giá kết luận Ưu điểm : - Khi đề tài mở rộng có khả ứng dụng thực tiễn lớn - Sản phẩm đáp ứng yêu cầu đặt ra, triển khai vận hành tốt - Với số đèn LED lớn, lập trình nhiều hiệu ứng hơn, bắt mắt chủ động sáng tạo, tùy chỉnh theo ý thích - Hiệu suất chiếu sáng cao Nhược điểm : -Các mối hàn chưa chắn, có nguy bong tróc bị va đập mạnh -Khung led làm thép nên có tượng rỉ sét, không tiếp xúc tốt với mối hàn -Mạch in PCB tự làm thủ công nên không tránh trình oxi hóa Hướng phát triển : -Mở rộng khối led lớn 10x10x10, 12x12x12 so với 8x8x8 -Thực số hiệu ứng phức tạp linh động hiệu ứng sóng biển, hiệu ứng đồ vật, vật… -Kết hợp với vi điều khiển khác có tốc độ, nhớ lớn Kết luận : Qua đồ án này, chúng em học tập nhiều kiến thức bổ ích: - Biết cách kết nối linh kiện với vi điều khiển Biết cách đọc datasheet linh kiện điện tử Biết cách làm mạch in PCB Biết cách hàn cách linh kiện vào bảng mạch, dây dẫn Nâng cao kĩ làm việc nhóm, phân chia công việc tự khai thác tài nguyên từ internet 24 25 ... TẮT ĐỒ ÁN Dựa ngun tắc qt hình, ta thực việc hiển thị ma trận đèn cách quét theo hàng quét theo cột khối LED3 D 8x8x8 xây dựng từ trước Mỗi Led ma trận LED coi điểm ảnh Địa điểm ảnh xác định đồng... 2: Khối LED khơng gian 3D 11 Hình 3: Tầng, lớp khối đế dựng khối Lựa chọn định dạng chân LED : - LED để làm khối LED3 D loại LED có khả phát ánh sáng với góc rộng tốt ( LED siêu sáng đục 5mm LED. .. hàn chuẩn đẹp lớp LED vừa khớp Hình 9: Các tầng, lớp LED MICA Tiến hành hàn nối mảng LED lại với cho LED cách hàn khối LED3 D lên mạch điều khiển Khi khối LED3 D mạch tạo thành khối lập phương,