Ngày nay, trước khi bước vào một hiệu sách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán các loại sách gì, có loại sách mà mình cần mua không… nhờ vào bảng đèn quang báo rất bắt mắt đặt trước cửa hiệu. Hoặc khi vào sân bay bạn biết được giờ giấc các chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường, … cũng nhờ vào quang báo. Đôi khi đi ngoài đường ở thành phố lúc về đêm, bạn sẽ thấy được các bảng quang báo lớn hơn với các hình ảnh cử động được như li Coca Cola đang sủi bọt, các logo sản phẩm xuất hiện dần dần theo nhiều kiểu (tràn từ dưới lên, từ trên xuống, lan dần từ trái qua phải, từ phải qua trái, …) Như vậy quang báo ngày nay đã được đưa vào sử dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: giới thiệu sản phẩm, thông báo tin tức (thay cho các bản tin bằng giấy)… Với ứng dụng rộng rãi như vậy, ta hãy thử tìm hiểu xem một mạch quang báo gồm những gì, nguyên lý hoạt động của nó ra sao,… qua đề tài “Thiết kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM
PHẦN I: MỞ ĐẦU I LỜI GIỚI THIỆU: Ngày nay, trước bước vào hiệu sách, bạn biết hiệu sách bán loại sách gì, có loại sách mà cần mua không… nhờ vào bảng đèn quang báo bắt mắt đặt trước cửa hiệu Hoặc vào sân bay bạn biết giấc chuyến bay, thông báo ngắn phi trường, … nhờ vào quang báo Đôi đường thành phố lúc đêm, bạn thấy bảng quang báo lớn với hình ảnh cử động li Coca Cola sủi bọt, logo sản phẩm xuất theo nhiều kiểu (tràn từ lên, từ xuống, lan dần từ trái qua phải, từ phải qua trái, …) Như quang báo ngày đưa vào sử dụng nhiều lónh vực khác như: giới thiệu sản phẩm, thông báo tin tức (thay cho tin giấy)… Với ứng dụng rộng rãi vậy, ta thử tìm hiểu xem mạch quang báo gồm gì, nguyên lý hoạt động sao,… qua đề tài “Thiết kế thi công mạch quang báo dùng EPROM” II GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Như giới thiệu trên, quang báo hiển thò hình ảnh cử động không gói gọn việc hiển thò chữ Tuy nhiên, điều kiện có hạn nên đề tài giới hạn việc hiển thò chữ chạy, chớp tắt với màu chữ thay đổi theo ý người viết chương trình PHẦN II: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH QUANG BÁO VÀ CÁC IC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN MẠCH CHƯƠNG : GIỚI THIỆU MẠCH QUANG BÁO Có nhiều cách để làm mạch quang báo: dùng IC rời, dùng EPROM, dùng vi xử lý dùng máy vi tính để điều khiển mạch Nếu dùng IC rời ta sử dụng IC giải đa hợp (Demultiplexer) kết hợp với Diode để làm thành mạch ROM (kiểu ROM gọi Made Home) Chương trình cho loại ROM tạo cách xếp vò trí Diode ma trận, cần thay đổi chương trình phải thay đổi lại vò trí Diode (thay đổi phần cứng) Dung lượng nhớ kiểu thay đổi theo kích thước mạch, kích thước lớn dung lượng lớn (vì tăng dung lượng phải thêm IC giải đa hợp, thêm Diode nên kích thước mạch tăng lên) Nếu muốn đủ nhớ để chạy mạch quang báo bình thường kích thước mạch phải lớn nên giá thành lên cao, độ phức tạp tăng lên Do đó, dạng ROM không đáp ứng yêu cầu mạch quang báo Khi thay IC rời EPROM kích thước mạch giá thành giảm đáng kể Kích thước EPROM không tăng theo dung lượng nhớ Ngoài ra, muốn thay đổi chương trình hiển thò ta việc viết chương trình (thay đổi phần mềm) nạp vào EPROM thay EPROM cũ EPROM có chứa chương trình cần thay đổi Việc thay đổi chương trình kiểu thực đơn giản nhiều so với cách dùng IC rời Đặc biệt, có yêu cầu hiển thò hình ảnh việc sử dụng EPROM để điều khiển hợp lý nhất, đơn giản nhiều so với việc dùng vi xử lý máy vi tính để điều khiển Điều giải thích sau: vi xử lý máy vi tính muốn giao tiếp với bên phải thông qua chương trình IC ngoại vi EPROM giao tiếp trực tiếp không cần chương trình điều khiển Vì phải dùng chương trình nên tín hiệu điều khiển đưa tuần tự, không liên tục EPROM nên muốn hiển thò hình ảnh gặp nhiều khó khăn (do hiển thò hình ảnh cần quét hàng lẫn cột, tín hiệu điều khiển xuất nên khó đồng quét hàng cột, từ gây khó khăn cho việc hiển thò hình ảnh bảng đèn) Khi vi xử lý tham gia vào mạch quang báo có nhiều chức hơn, tiện lợi đắt tiền Với kit vi xử lý điều khiển quang báo ta thay đổi chương trình hiển thò cách dễ dàng cách nhập chương trình vào RAM (thay đổi chương trình kit, không cần phải tháo IC nhớ đem nạp chương trình EPROM) Do vi xử lý có nhiều chức nên việc đổi màu cho bảng đèn thực cách dễ dàng Tuy nhiên, sử dụng vi xử lý để làm mạch quang báo giá thành mạch lại tăng lên nhiều so với sử dụng EPROM kit vi xử lý cần phải có EPROM lưu chương trình điều khiển cho vi xử lý, IC ngoại vi (giao tiếp bàn phím, hiển thò,…), RAM để nhớ chương trình, phím nhập liệu (do có phím nên kích thước mạch tăng lên nhiều)… Ngoài ra, vi xử lý phải gởi liệu IC ngoại vi (thường 8255A) điều khiển việc hiển thò bảng đèn nên cần hiển thò hình ảnh cách dùng vi xử lý phức tạp nhiều so với dùng EPROM (như giải thích trên) Ngoài ra, mạch quang báo điều khiển máy vi tính Tuy nhiên, dùng máy tính để điều khiển quang báo đắt tiền, chiếm diện tích lớn mà chất lượng hiển thò không so với dùng EPROM Qua phương án nêu cách sử dụng EPROM chọn đáp ứng yêu cầu mạch quang báo bình thường, giá thành lại rẻ mạch điện đơn giản so với dùng kit vi xử lý dùng máy vi tính, việc thay đổi chương trình dễ dàng nhiều so với việc can thiệp vào phần cứng cách dùng IC rời Dưới sơ đồ khối mạch quang báo dùng EPROM với màu chữ thay đổi tuỳ theo chương trình nạp vào EPROM SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH QUANG BÁO DÙNG EPROM DAO ĐỘNG TẠO ĐỊA CHỈ GIẢI MÃ HIỂN THỊ (EPROM) ĐỆM NGÕ RA (HÀNG) THÚC CÔNG SUẤT (HÀNG) ĐIỀU KHIỂN MÀU GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ CHỐT DỮ LIỆU (I) ĐỆM NGÕ RA CỘT (I) THÚC CÔNG SUẤT CỘT (I) CHỐT DỮ LIỆU (II) ĐỆM NGÕ RA CỘT (II) THÚC CÔNG SUẤTCỘT (II) NGUỒN BẢNG ĐÈN (MA TRẬN LED) * CHỨC NĂNG CÁC KHỐI - Dao động – tạo đòa chỉ: tạo xung vuông đưa vào đếm để tạo đòa cho giải mã hiển thò (EPROM) đồng thời đưa xung điều khiển đến giải mã đòa - Giải mã đòa chỉ: nhận xung điều khiển từ dao động – tạo đòa chỉ, từ đưa tín hiệu cho phép cột LED bảng đèn (ma trận LED) phép sáng Tại thời điểm đưa xung cho phép có cột LED tương ứng với vò trí xung phép sáng Tín hiệu cho phép đưa đến hai chốt liệu - Các chốt liệu (I), (II): nhận liệu ngõ vào từ giải mã đòa chỉ, nhận tín hiệu cho phép từ giải mã màu Hai chốt có ngõ vào điều khiển đảo nên thời điểm có chốt phép xuất liệu Quy đònh: chốt (I) ứng với cột LED xanh, chốt (II) ứng với cột LED đỏ - Các đệm ngõ (cột, hàng): cách li tải mạch trước Bộ đệm có tác dụng làm tăng dòng điện ngõ - Các thúc công suất (cột, hàng): khuếch đại dòng điện, bảo đảm cung cấp đủ dòng điện cho mạch phía sau không làm dòng mạch phía trước - Giải mã hiển thò (EPROM): nhận đòa từ dao động – tạo đòa chỉ, đưa liệu để hiển thò bảng đèn đồng thời đưa tín hiệu điều khiển đến điều khiển màu - Bộ điều khiển màu: nhận tín hiệu từ EPROM từ đưa tín hiệu cho phép chốt làm việc, chốt ngưng làm việc - Bảng đèn (ma trận LED): nhận đồng thời hai tín hiệu từ thúc hàng cột để từ cho phép LED bảng phép sáng, LED không phép sáng - Khối nguồn: bảo đảm cung cấp đủ dòng cho toàn mạch thân không bò dòng CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CÁC IC SỐ LIÊN QUAN ĐẾN MẠCH ĐIỆN I IC 4060: IC 4060 đếm/bộ chia (Counter/Divider) nhò phân không đồng với 14 tầng Flip-Flop Mạch dao động gồm chân nối là: RS, R TC, CTC; tất ngõ (10 ngõ từ O3~O9, O11~O13) đệm sẵn từ bên trước đưa Quan trọng hết chân Master Reset (MR) dùng để cấm mạch dao động làm việc reset mạch đếm Khi chân MR mức logic cao, reset mạch đếm làm tất ngõ đếm mức logic thấp, việc reset hoàn toàn độc lập với ngõ vào khác (bất chấp trạng thái logic ngõ vào lại) IC 4060 có sơ đồ chân sơ đồ chức sau: 10 RTC CTC 11 RS CP CD 12 MR 14 – STAGE BINARY COUNTER O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9 O11 O12 O13 14 13 15 SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA IC 4060 16 15 14 13 12 11 10 VDD O9 O7 O8 MR RS RTC C TC 4060 O1 O12 O13 O5 O4 O6 O3 VSS SƠ ĐỒ CHÂN IC 4060 Chức chân sau: VDD, VSS: cung cấp nguồn cho IC (ở mạch V DD nối đến +5V, VSS nối đến 0V) MR: master reset, dùng khóa mạch dao động bên IC reset đếm Khi chân tác động tất ngõ IC bò kéo mức logic thấp RS: clock input/oscillator pin, chân có hai chức năng: dùng mạch dao động từ bên IC có nhiệm vụ nhận xung, dùng mạch dao động bên IC thành phần mạch dao động (kết hợp với chân R TC, CTC) RTC: oscillator pin, chân tạo dao động (kết hợp với chân khác) Khi dùng mạch dao động R-C đầu điện trở nối với chân CTC: external capacitor connection, chân tạo dao động (kết hợp với chân khác) Khi IC 4060 dao động với mạch R-C (dùng dao động bên IC) chân nối với đầu tụ điện O3 - O9, O11 - O13: counter outputs, ngõ IC Các ngõ không liên tục mà bò nhảy cấp hai lần: ngõ O3 O0 (nhảy bỏ tầng Flip-Flop đầu tiên, không đưa tầng ngoài), ngõ từ O9 đến O11 (không có chân O10 ) Sơ đồ mô tả hoạt động bên 4060 vẽ CTC sau: RTC RS FF1 FF1 FF4 CP O FF12 FF14 CD MR O3 O9 O13 O11 Do xung Ck lấy ngõ (O 3) IC 4060 chia qua tầng Flip-Flop cách tự động nên giản đồ thời gian vẽ bắt đầu có xung Ck thứ tác động vào IC Giản đồ thời gian IC 4060 sau: Ck MR O3 O4 O12 O13 Cấu trúc phần tử mạch dao động 4060 cho phép thiết kế mạch dao động làm việc với tụ-điện trở (mạch dao động R-C) làm việc với thạch anh Ngoài ra, ta thay mạch dao động bên tín hiệu xung đồng hồ từ bên đưa vào chân RS, dùng xung Ck từ bên đếm hoạt động có cạnh xuống xung tác động * Mạch dao động 4060 dùng tụ-điện trở ráp nhö sau: M R \ C R R t C t V ô ùi R t < < R R C < < R t.C t Giaûi thích nguyên lý hoạt động: loại mạch dao động CMOS Mạch dao động chân MR mức cao (chỉ với hình vẽ này, cacù hình chân MR tác động mức cao) Nếu chân MR mức thấp ngõ cổng NAND bò khóa chết mức logic [1] nên mạch không dao động Khi chân MR mức logic [1] cổng NAND hoạt động cổng NOT Ta nhận thấy trạng thái logic điểm luôn ngược (ngõ vào cổng NOT) Tần số dao động mạch phụ thuộc vào trò số tụ điện trở Bây giờ, giả sử ngõ vào mức logic [0] ngõ cổng NAND (đồng thời ngõ vào cổng NOT) mức logic [1], ngõ cổng NOT mức logic [0] Lúc tụ Ct nạp điện qua R t theo đường sau: dòng điện từ cực dương nguồn → ngõ cổng NAND → Rt → Ct → vào cổng NOT → cực âm nguồn Khi tụ Ct nạp đến giá trò > VT chút (VT : điện mà trạng thái logic chuyển từ thấp lên cao) ngõ vào cổng NAND chuyển lên mức logic [1], ngõ thành mức logic [0] làm cho ngõ cổng NOT trở thành mức logic [1] Do có thay đổi mức logic hai điểm nên tụ Ct xả điện (cũng qua điện trở R t) Khi Ct xả điện ngõ vào cổng NAND (V 1) giảm dần, V1 giảm đến giá trò < VT chút ngõ cổng NAND chuyển lên trạng thái logic [1] ngõ cổng NOT lại mức logic [0] Lúc trạng thái logic điểm 1, 2, lại trở trạng thái ban đầu tụ Ct lại tiếp tục nạp điện, bắt đầu lại trình nạp-xả Và tiếp tục mãi, ta có mạch dao động tạo xung vuông với tần số phụ thuộc giá trò Rt, Ct tính theo công thức sau: f 1= 2,3.Rt.Ct với : Ct ≥ 100pF 10KΩ ≤ Rt ≤ 1MΩ * Mạch dao động 4060 dùng thạch anh ráp sau: Mạch có tần số dao động tần số riêng thạch anh, điện trở R2 dùng giới hạn dòng điện qua IC Tụ biến dung C1 dùng lọc bớt tần số cộng hưởng hưởng thạch anh (do thạch anh vừa có dao động cộng hưởng nối tiếp, vừa có cộng hưởng song song) II.IC 4040: IC 4040 đếm nhò phân không đồng gồm 12 tầng Flip-Flop, 12 ngõ (O 0~O11) đệm trước đưa Chân MR (Master Reset) tác động mức cao, MR tác động toàn ngõ IC bò kéo xuống mức thấp bất chấp trạng thái chân CP lúc IC 4040 thường dùng làm chia tần số, sử dụng mạch làm trễ để điều khiển hoạt động đếm khác IC 4040 có sơ đồ chân sơ đồ cấu tạo bên sau: 10 CP\ T 11 MR 12 – STAGE COUNTER CD O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9 O10 O11 13 12 14 15 SƠ ĐỒ NỘI BỘ CỦA IC 4040 16 15 14 13 12 11 10 VDD O10 O9 O7 O8 MR CP\ O 4040 O1 O5 O4 O6 O3 O2 O1 VSS SƠ ĐỒ CHÂN IC 4040 Chức chân IC 4060 sau: VDD, VSS: hai chân cấp nguồn IC V DD nối với nguồn dương, VSS nối với nguồn âm Ở mạch VDD nối đến +5V, VSS nối với mass (0V) CP: clock input, chân nhận xung IC Để IC hoạt động phải có xung đưa vào (vì đếm thực chất chia tần số nên bắt buộc phải có tần số ngõ vào lấy tần số cần chia ngõ ra) IC 4040 hoạt động với cạnh xuống xung tác động: xung đưa vào IC chuyển từ trạng thái logic cao trạng thái logic thấp đếm đếm lên xung (hoặc tần số ngõ chia đôi thêm lần nữa) MR: master reset input, chân dùng để reset IC, tác động mức cao Khi chân MR đưa lên mức logic cao IC 4040 bò reset làm toàn ngõ bò kéo xuống mức logic thấp O0 ~ O11: parallel outputs, ngõ song song IC Không IC 4060, ngõ IC 4040 lấy cách liên tục (không nhảy cấp), điều tạo điều kiện thuận lợi cho người thiết kế mạch sử dụng IC 4040 có sơ đồ mô tả hoạt động bên sau: CP O FF1 CP O FF2 FF1 CD Ck MR MR O0 O0 O1 SƠ ĐỒ MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG BÊN TRONG IC 4040 cóCỦA giản IC đồ 4040thời gian sau: O1 O11 10 O10 O lên chọn tùy thuộc vào yếu tố sau: công suất IC, số tầng mắc song song IC, hệ số fan-out Giá trò điện trở kéo lên phải đủ lớn để không làm dòng qua Transistor bên IC (dòng chảy vào IC ngõ mức logic thấp: IOL) phải đủ bé để không làm chậm tốc độ làm việc IC Nếu sử dụng IC loại cực thu để hở để thúc tải trực tiếp mắc mạch điện sau: VCC ta ûi hình Do tải mạch bảng đèn (ma trận LED 5x7: ma trận LED gồm có cột hàng) nên dùng IC đệm để kéo tải trực tiếp hình ngõ cổng đệm phải nối song song với LED, thông thường IC có cổng đệm, tổng tất LED mắc song song vào IC 7x6 = 42 LED Mạch quang báo sử dụng phương pháp quét để hiển thò nên dòng điện tức thời qua LED lên đến hàng trăm mA (trong số trường hợp lên đến đơn vò Ampe) Như thời điểm tức thời có LED sáng dòng điện qua IC lên đến vài Ampe Nếu gặp trường hợp cột LED sáng (trường hợp xảy bảng đèn hiển thò hình ảnh) dòng điện có giá trò lớn (vài Ampe) chảy qua IC khoảng thời gian dài dẫn đến việc chết IC Nếu dùng cách mắc thêm điện trở kéo lên hình phải ráp thêm 60 điện trở kéo lên, việc làm phức tạp tương tự dùng IC đệm họ CMOS Chúng ta trường hợp khả thi dùng IC cổng để làm đệm Do sau đệm có thêm phần thúc công suất nên không cần thiết dòng phải lớn Bộ đệm có nhiệm vụ cách li chốt liệu phần thúc công suất Như việc dùng IC cổng trường hợp phù hợp IC 7404 chọn vì: IC có đến cổng NOT (số lượng cổng nhiều so với loại IC cổng khác), ngõ 7404 764 loại cực thu để hở, thuộc họ TTL nên không 10 11 A0 phải quan tâm đến việcOO 01 giao tiếp TTL-CMOS 12 A1 A2 O A A A A A A A 10 11 12 O O C O P V E E G M PP 13 15 A 3vài sơ O đồ Sau điển7 0hình cho việc sử dụng 16 A O 17 đệm dùng IC 7404 A5 O 18 2 2 20 22 27 19 4 D U ØN G Ñ E ÄM N G O ÕR A E P R O M 49 50 CHƯƠNG 6: BỘ THÚC CÔNG SUẤT I GIỚI THIỆU BỘ THÚC CÔNG SUẤT: Để bảng đèn hiển thò rõ ràng câu văn bản, hình ảnh, ký hiệu… bắt buộc LED bảng phải sáng đủ mạnh, việc thực cách dễ dàng dùng Transistor hoạt động lớp D (chế độ Switching, tắt-bão hòa, đóng -cắt) Ngoài ra, ta dùng IC chuyên dùng để thúc công suất như:7416, 7417… (thuộc họ TTL) 4049, 4050…( họ CMOS) Các IC ngày chế tạo với dòng ngõ lên đến hàng chục mA (có thể lên đến 50 mA), bảo đảm kéo hầu hết tải mạch điện tử số Tuy nhiên, dùng IC để thúc công suất ta có dòng ngõ cố đònh, muốn dùng tải có công suất lớn ta khó sửa đổi lại mạch thúc công suất Và điều theo tính toán, dòng điện cột LED lên đến gần 100mA, giá trò cao nhiều so với dòng ngõ cực đại IC thúc nên mạch điện thuộc đồ án dùng IC để thúc trực tiếp tải Còn nhiều cách khác để thúc tải dùng SCR, triac, op-to, Solid State Relay… Các cách thường dùng cho tải có công suất lớn bảng đèn quảng trường Do tải bảng đèn có công suất không lớn nên ta cần dùng Transistor công suất trung bình đủ để thúc sáng Bảng đèn cần thúc hai thúc hàng cột khác sáng nên đưa hai thúc hàng thúc cột dùng Transistor Bộ thúc công suất hàng dùng Transistor: Dữ liệu từ ngõ EPROM muốn hiển thò phải mức logic [1] (do đề tài quy đònh), sau qua cổng đệm 7404 bò đảo lại thành mức logic[0] Với mức logic này, để thúc công suất hoạt động (Transistor dẫn bão hòa) phải dùng Transistor loại pnp, mạch ráp sau: VC C 7404 RC RB pnp 51 Giải thích nguyên lý hoạt động mạch: cực B Transistor mức logic[0] mối nối BE phân cực thuận làm Transistor dẫn, lúc áp rơi CE giảm (điện áp chân C VC tăng hướng V CC) làm BC phân cực thuận Do BE, BC phân cực thuận nên Transistor dẫn bão hòa có dòng đủ mạnh để cung cấp cho LED Khi liệu ngõ EPROM mức logic[0] (không hiển thò bảng đèn) sau qua cổng NOT (7404), liệu chuyển thành mức logic[1] làm BE, BC không phân cực thuận nên Transistor tắt, ngưng cung cấp dòng cho LED Như Transistor dẫn bão hòa liệu ngõ EPROM mức logic[1], tắt liệu mức logic[0] Bộ thúc công suất cột: Do quét cột đưa tín hiệu điều khiển cho phép mức logic[0], sau qua đệm 7404 trở thành mức logic[1], Transistor loại npn sử dụng để làm thúc công suất cột, mạch ráp sau: 7404 RB npn Giải thích nguyên lý hoạt động mạch: tín hiệu cho phép gởi đến (ở mức logic[0]), qua IC 7404 trở thành mức logic[1], phân cực thuận BE Transistor làm Transistor dẫn Lúc này, tương tự trường hợp trên, áp rơi CE giảm làm BC phân cực thuận nên Transistor chuyển đến trạng thái dẫn bão hòa, cung cấp dòng cho LED Khi tín hiệu cho phép mức logic[1], BE không phân cực thuận làm Transistor tắt, ngưng cấp dòng cho LED Trong đồ án, mạch thúc công suất ngang dọc kết nối lại với sau: VC C 7404 7404 RC RB RB pnp npn 52 Giải thích nguyên lý hoạt động: theo hình trên, LED phép sáng cà hai Transistor dẫn Để thỏa mãn yêu cầu liệu từ EPROM gởi phải mức logic[1], đồng thời tín hiệu từ quét cột phải mức logic[0] Lúc này, dựa vào hai cách lý giải cho thúc công suất hàng cột, hai Transistor dẫn bão hòa nên có dòng cung cấp cho LED II TÍNH TOÁN CHO BỘ THÚC CÔNG SUẤT: VCC RE 0V 4V 7404 7404 RBH T RBC T IC 7404 có áp ngõ mức cao ≥ 2,7V (chọn = 5V) Do mạch quét cột gồm 32 cột, thời điểm có cột phép hiển thò nên thời gian hoạt động cột chiếm 1/3 ≈ 33% thời gian quét hết 32 cột Do dòng điện trung bình qua LED chiếm cỡ 33% so với dòng điện tức thời qua Chọn dòng điện trung bình qua LED I tb = 10 mA dòng điện tức thời qua là: Itt = 10mA 3% = 333 mA = Icbh chọn βbh = 25 (chung cho T1 T2) Điều kiện để Transistor bão hòa: βbh*IB ≥ Icbh Icbh βbh 333 = = 13,3 mA suït áp LED đỏ (1,8V~2V) nhỏ sụt áp LED xanh (3V) nên để an toàn đơn giản, ta tính toán LED đỏ ⇒ IBH = IBC ≥ Tính RE : ta có Icbh*RE = 5V – (0,2V + 2V + 0,2V) 53 ⇒ RE = 2,6 = 7,8 Ω ⇒ choïn RE = 6,8 Ω V 333mA với RE = 6,8 Ω ⇒ Icbh = Itt2,6 = V Ω 6,8 ≈ 382 mA ⇒ Itb = 382 mA*3% ≈ 11,46 mA với Icbh = 382 mA ⇒ IBH38 ≥ 225 = 15,28 mA Vaäy chọn giá trò RE = 6,8 Ω – )Icbh Ta có IBH (dòng điện qua5V RBH =* RE – 0,6V R = BH ⇒ 1,8 RBH 5V – 2,6 – 0,6 RBH = RBH 1,8 ≥ 15,28 mA ⇒ RBH ≤ = 0,12 KΩ 1,8V 15,28 ⇒ choïn RBH = 120 Ω mA 1,812 Transistor T2 : IBC (dòng điện 5V qua– RBC) = 4,4 V 0,6V RBC RBC ≥ 15,28 mA = ⇒ RBC ≤ 0,288 KΩ ⇒ chọn RBC = 270 Ω Xét trường hợp LED cột sáng, ta tính toán T2 LED 7404 RBC T2 Khi LED sáng dòng điện tức thời qua T laø: * 382 mA = 2,674 A 5V– Tương tự ta có IBC = R 0,6V mA BC Icbh RBC 2,674A ≥ 25 = = 107 4,4V ⇒ RBC ≤ 107= 0,041 KΩ ⇒ chọn RBC = 39 Ω mA 54 Transistor thúc hàng chọn loại B562, thúc cột chọn loại D468 Hai Transistor có dòng IC đến 1A nên bảo đảm hoạt động tốt mạch 55 CHƯƠNG 7: BẢNG ĐÈN I GIỚI THIỆU VỀ MA TRẬN LED: Do đề tài mạch quang báo nên ta phải dùng bảng đèn để hiển thò (bảng đèn sử dụng ma trận LED) Có hai cách để có ma trận LED: ráp LED rời lại với mua ma trận LED tích hợp sẵn vào vỏ Khi ráp LED rời lại thành ma trận giá thành có rẻ lại không thẩm mỹ cho lắm: độ sáng không đồng nhìn góc nhìn khác nhau, độ sáng LED không giống nhau; không đạt tiêu chuẩn tối ưu kỹ thuật: mạch điện phức tạp có nhiều chân đưa Khi sử dụng ma trận LED tích hợp sẵn ta khắc phục tất khuyết điểm thẩm mỹ kỹ thuật ma trận dùng LED rời: độ sáng đồng cho tất LED (điều có tính chất tương đối ta khó phân biệt khác mắt thường), LED sáng góc nhìn, đạt tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật: tích hợp vào vỏ nên đường mạch bên LED vẽ với độ xác cao, số lượng chân đưa nhiều so với ma trận dùng LED rời Và điều quan trọng cần hiển thò hai màu bảng đèn (như yêu cầu đề tài này) ta khó thực LED rời với ma trận LED tích hợp lại có sẵn thò trường, giá lại không cao so với ma trận LED màu bao nhiêu, giá thời điểm (tháng 2/2000): ma trận LED cỡ trung màu đỏ: 22 000 đ, ma trận LED cỡ có hai màu xanh-đỏ: 25 000đ Ngoài ra, để hiển thò bảng đèn lớn ta dùng bóng đèn tim nung ráp lại thành ma trận Tuy nhiên, điều kiện kinh tế thời gian có hạn nên đề tài dừng lại mức hiển thò bảng đèn cỡ nhỏ Với ưu điểm vượt trội ma trận LED tích hợp dùng để thay cho ma trận LED rời đề tài điều hiển nhiên Để việc sử dụng ma trận LED tối ưu trước tiên ta phải biết kết cấu bên (cách thức LED nối lại với nhau), sơ đồ chân Phần sau trình bày rõ điều Do đề tài sử dụng ma trận LED hai màu nên giới thiệu loại ma trận LED Sau sơ đồ chân cách kết nối bên 56 Kđ1 c a b d K Kx4 Kđ5 Kx5 x3 SƠ ĐỒ CHÂN CỦA MA TRẬN LED HAI MÀU XANHĐỎ Kx1 K Kđ2K f g Kđ4 e h đ3 Hình sơ đồ x2chân ma trận LED 5x8 hai màu xanh-đỏ hai hình ảnh thực tế ma trận LED nhìn từ xuống Trong thực tế ma trận LED có hai loại (có thứ tự chân đảo nhìn cấu tạo bên giống hệt nhau) a nên trước ráp vào mạch cần dùng VOM kiểm tra trước Các khớp nối bốn cạnh cho phép ghép nối nhiều ma trận lại với nhau, có ma trận có thứ tự chân hoạt động ổn đònh ráp chung vào mạch b c d e f g h 57 K K Kđn: Cathode cột LED đỏ thứ n Kxn: Cathode cột LED xanh thứ n a, b,…,h: Anode củacác hàng LED từ hàng thứ đến hàng thứ tám Đề tài hiển thò chữ có cỡ 5x7 mạch in thiết kế với ma trận LED 5x8 để sau cần hiển thò cỡ chữ lớn không cần thiết phải sửa mạch lại II BẢNG KIỂU KÝ TỰ: Việc thể kiểu ký tự thực tế có nhiều cách thực hiện, tùy thuộc vào yêu cầu, mục đích hiển thò Khi cần hiển thò tiếng Anh (chữ dấu) dùng ma trận loại 5x7, 5x8 Khi cần hiển thò tiếng Việt (chữ có dấu) ta dùng ma trận có độ phân giải cao 8x12, 8x14 dùng hai loại ma trận Để chữ hiển thò đẹp hơn, đề tài sử dụng kiểu chữ cỡ 5x7, có dấu hiển thò chữ thường (không hiển thò câu văn toàn chữ viết hoa) Hình vẽ sau giới thiệu kiểu chữ cách mã hóa ký tự viết chương trình nạp vào EPROM Để đề tài ngắn gọn nên giới thiệu chữ hiển thò bảng đèn 2 E 1 0 F 4 2 C C 2 2 4 3 C C 2 3 0 C C C 4 5 4 58 0 C 4 2 C 3 C C 3 C C 2 4 C 2 2 9 2 E 1 E 2 E 1 E 2 E 1 E 2 E 1 2 2 E 1 0 C 4 0 F 4 0 0 1 F 1 0 3D0 0 F 4 C 4 Trên mã hóa chữ màu xanh bảng đèn, để có chữ màu đỏ bảng đèn ta phải mã hóa chữ lại cách thêm bit hàng thứ 59 ma trận (không hiển thò bảng đèn) Ví dụ muốn hiển thò số 2000 màu đỏ bảng đèn ta làm sau: B A9A9A9A6 A1A1A19 E E A1A1A19 E E A1A1A19 E E Các ô có dấu chấm đen biểu thò cho bit liệu từ EPROM gởi ra, ô chấm biểu thò cho bit 60 CHƯƠNG 8: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH Nguyên lý hoạt động mạch giải thích dựa vào sơ đồ nguyên lý phần phụ lục Do bảng đèn sử dụng ma trận LED 5x8 nên ta có tổng cộng 30 cột (5 cột x LED = 30 cột) Mà mạch điện hiển thò theo phương pháp quét lặp lại (quét lặp lại: truy xuất số ô nhớ cách liên tục, quét lặp lặp lại nhiều lần với tần số cao, sau thời gian đònh trước chuyển qua ô nhớ bắt đầu lại trình quét trên) nên ta lấy đường đòa đầu EPROM (quản lý 32 ô nhớ) để thực việc quét lặp lại Để liệu từ EPROM đưa hiển thò bảng đèn theo trật tự đònh (hiển thò chữ hình ảnh) liệu gởi phải đồng với tín hiệu quét cột Khi liệu từ ô nhớ gởi bảng đèn có cột đèn phép sáng (có cho phép tín hiệu quét cột), cột lại không phép sáng (không có cho phép tín hiệu quét cột) Tương tự thế, liệu từ ô nhớ thứ hai gởi có cột thứ hai bảng đèn phép sáng, cột lại không Quá trình tiếp tục ô nhớ cuối có cột cuối bảng đèn phép sáng Sau EPROM quay truy xuất lại ô nhớ trình lại tiếp diễn Việc quay điều khiển hai IC 4060 4040 Như vậy, xét thời điểm đònh có cột LED phép sáng (LED cột phép sáng liệu từ EPROM gởi đến đònh) Nhưng quét với tần số cao nhờ vào lưu ảnh mắt mà ta thấy chữ cách liên tục, không bò chớp tắt Sau quét 32 ô nhớ EPROM đủ lâu (đủ thời gian để người xem đọc chữ bảng đèn) EPROM chuyển sang quét 32 ô nhớ Dữ liệu 32 ô nhớ hiển thò bảng đèn tạo cho ta cảm giác chữ dòch cột (nhờ cách viết chương trình cho EPROM) Quá trình tiếp tục ta chữ di chuyển bảng đèn Việc đổi màu cho bảng đèn thực IC chốt kết hợp với tín hiệu điều khiển từ EPROM gởi đến Theo hình vẽ, tín hiệu điều khiển từ EPROM gởi đến mức logic thấp cho phép IC 74573 thứ (nằm phía trái 61 cặp IC 74573, theo hình vẽ) hoạt động, cấm IC lại hoạt động Theo quy đònh đề tài IC 74573 thứ quản lý cột LED xanh, IC lại quản lý cột LED đỏ Nên tín hiệu điều khiển mức logic thấp chữ bảng có màu xanh, chữ hiển thò màu đỏ tín hiệu gởi đường điều khiển mức logic cao PHẦN IV: TỔNG KẾT I ƯU VÀ NHƯC ĐIỂM CỦA MẠCH THI CÔNG: Ưu điểm: - Chữ hiển thò rõ ràng, tốc độ di chuyển chữ bảng vừa phải - Mạch hoạt động ổn đònh thời gian dài (đã kiểm nghiệm) - Chữ đổi màu ý đồ thiết kế Nhược điểm: Do phải đổi màu phần mềm (chương trình nạp vào EPROM) nên không cần đổi màu phải sửa chương trình lại II HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI: Tăng số lượng ma trận LED đồng thời thay quét cột cũ EPROM (sử dụng phương pháp quét) để hiển thò hình ảnh Lúc này, liệu hàng cột ma trận LED từ EPROM đưa đến III KẾT LUẬN: Đề tài “THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO DÙNG EPROM” hoàn thành Đề tài trình bày nguyên tắc hoạt động mạch quang báo dùng EPROM, giới thiệu cách sử dụng sơ đồ chân, sơ đồ nội bộ… IC số dùng mạch Đề tài đưa hai loại mạch Auto Reset, mạch dùng để xác đònh trạng thái hoạt động mạch (ngay vừa cấp điện); điều cần thiết dùng IC đếm, Flip-Flop… Cuối em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô bạn sinh viên, người đóng góp nhiều ý kiến, công sức quý báu để giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ giao Đặc biệt, em biết ơn thầy Nguyễn Phương Quang, dù điều kiện sức khỏe không tốt thầy nhiệt tình hướng dẫn, bảo em kinh nghiệm kiến thức thực tế để đề tài hoàn thành cách nhanh chóng 62 Tuy nhiên, điều kiện có hạn nên chắn đề tài không tránh khỏi nhiều sai sót, mong đóng góp ý kiến chân tình thầy cô bạn sinh viên để đề tài hoàn chỉnh 63 ... này, EPROM chế tạo EPROM (Erasable PROM: ROM lập trình xóa được) EPROM có hai loại UV -EPROM (Ultra Violet EPROM: EPROM xóa tia cực tím) E -EPROM (Electrically EPROM: EPROM xóa xung điện) Do UV -EPROM. .. việc can thiệp vào phần cứng cách dùng IC rời Dưới sơ đồ khối mạch quang báo dùng EPROM với màu chữ thay đổi tuỳ theo chương trình nạp vào EPROM SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH QUANG BÁO DÙNG EPROM DAO ĐỘNG... rộng rãi EEPROM nên nói đến EPROM thường nói đến UV -EPROM EPROM xóa cách rọi tia cực tím với bước sóng cường độ thích hợp khoảng thời gian mà nhà sản xuất quy đònh vào cửa sổ xóa lưng EPROM Việc