Nguyên lý hoạt động

Một phần của tài liệu điều khiển quang báo bằng hồng ngoại (Trang 28)

L ời nĩi đầu

1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Khi cĩ một tín hiệu điều khiển ở cột và hàng ,các chân Anode của các

led trên cột tương ứng được cấp điện áp cao , đồng thời các chân Cathode của các led trên hàng tương ứng được được cấp điện áp thấp .Tuy nhiên lúc đĩ chỉ

cĩ một led sáng ,vì nĩ cĩ đồng thời điện thế cao trên Anode và điện thế thấp trên Cathode.Như vậy khi cĩ một tín hiệu điều khiển hàng và cột ,thì tại một

thời điểm chỉ cĩ duy nhất một led tại chỗ gặp nhau của hàng và cột là sáng.Các

bảng quang báo với số lượng led lớn hơn cũng được kết nối theo cấu trúc như

vậy.

Trong trường hợp ta muốn cho sáng đồng thời một số led rời rạc trên ma

trận, để hiện thị một kí tự nào đĩ ,nếu trong hiển thị tĩnh ta phải cấp áp cao cho

Anode và áp thấp cho Cathode ,cho các led tương ứng mà ta muốn sáng.Nhưng

khi đĩ một số led ta khơng mong muốn cũng sẽ sáng ,miễn là nĩ nằm tại vị trí

gặp nhau của các cột và hàng mà ta cấp nguồn.Vì vậy trong điều khiển led ma

trận ta khơng thể sử dụng phương pháp hiển thị tĩnh mà phải sử dụng phương

pháp quét (hiển thị động),cĩ nghĩa là ta phải tiến hành cấp tín hiệu điều khiển

theo dạng xung quét trên các hàng và cột cĩ led cần hiển thị. Để đảm cho mắt

nhìn thấy các led khơng bị nháy,thì tần số quét nhỏ nhất cho mỗi chu kì là

khoảng 20HZ(50ms).Trong lập trình điều khiển led ma trận bằng vi xử lý ta

cũng phải sử dụng phương pháp quét như vậy.

Ma trận led cĩ thể là loại chỉ hiển thị được một màu hoặc hiển thị được 2

màu trên một điểm,khi đĩ led cĩ số chân ra tương ứng : đối với ma trận led 8x8

hiển thị một màu, thì số chân ra là 16,trong đĩ 8 chân dùng để điều khiển hàng và 8 chân cịn lại dùng để điều khiển cột. Đối với loại 8x8 cĩ 2 màu thì số chân

ra của led là 24 chân,trong đĩ cĩ 8 chân dùng để điều khiển cột (hoặc hàng) chung cho cả hai màu,16 chân cịn lại thì 8 chân dùng để điều khiển hàng (hoặc

cột) màu thứ nhất,8 chân cịn lại dùng điều khiển màu thứ 2.

1.2.3 IC 74LSH595:

Là IC ghi dịch. vào nối tiếp ra song song. Tức là dữ liệu vào từng bít nhưng xuất ra

cả byte. Để dùng con IC này thì rất dễ nhưng ứng dụng của nĩ khá đa dạng. Một

trong những ứng dụng chính là quét cột trong điều khiển LED ma trận.

74LS595 cĩ 5 đầu vào để điều khiển:

+ Đầu vào data (chân 14) + Chân clock (chân 11) + Chân chốt data (chân 12)

+ Chân xuất data (chân 13)

+ Chân xĩa data (chân 10)

Hình 1.29: Sơ đồ nguyên lý hoạt động IC 74LSH595.

VD: Khi muốn đưa 1 bit vào thì mình cần 1 xung clock ở chân 11 để đưa 1 bit này đi vào thanh ghi bên trong nĩ và muốn xuất 8 bit ra 8 chân của nĩ thì ta cần 1 tác động mức cao lên chân 12.

Giả sử muốn truyền 8 bit 10101100 tương ứng ngõ ra từ Q0 (mức 0) Q7 (mức 1)

thì truyền theo thứ tự 00110101 vào thanh ghi, như vậy là cần 8 chu kỳ xung clock

ở chân 11 và sau đĩ cho chân 12 lên 1 thì 8 bit này được đẩy ra 8 ngõ ra Q0-Q1

thế là 8 được đẩy ra. như vậy thì cần 1 xung ở chân 12.

74LS595(chốt và dịch) = 74LS164(dịch) + 74LS573(chốt)

Một code đơn giản để sử dụng con 74LS595.

74LS595 cĩ 5 tín hiệu cần điều khiển.

+) DATA - Dữ liệu vào nối tiếp

+) SHIFT - Dịch dữ liệu

+) LATCH - Chốt dữ liệu

+) OUTPUT ENABLE - Cho phép xuất dữ liệu

+) RESET - Xĩa dữ liệu

1.2.4 IC ULN2803

ULN2803 là IC đệm đảo cĩ 9 chân trong đĩ cĩ 8 ngõ vào và 8 ngõ ra, dưới

đây là hình dạng và cấu tạo bên trong của 2803:

Hình 1.30: Sơ đồ cấu trúc chân IC ULN2803.

... ra song song... ...xuất data...____/____/____/____/____/____/____/____/ ...chốt data...|.bit1.|.bit2.|.bit3.|.bit4.|.bit5.|.bit6. |.bit7.|.bit8.| vào nối tiếp......bit...bit...bit...bit...bit...bit...bit...bit ...bit… 

Bộ đệm đảo dung IC2803 nhằm đảo bít nếu ngõ vào ở mức cao qua 2803 ra sẽ

là mức thấp và ngược lại. ULN2803 chịu dựng mức điện áp từ 6V-15V hơn loại CMOS hay cả PMOS.

1.2.5 IC 8255A

Dùng 8255 để mở rộng I/0.từng port cĩ thể lập trình là input hay output một

cách linh hoạt bằng phần mềm(so sánh với việc thiết kế I/O port dùng 72LS244 và

74LS373 đến input hay output được thiết kế “cứng” ,cố định.)

Các chân:

+ D0 đến D7: bus dữ liệu 2 chiều.

+ PA0 đến PA7: port A.

+ PB0 đến PB7: port B.

+ PC0 đến PC7:port C.

+ /RD: Read.(Nối với /RD (P3.7).

+ /WR:Write .(Nối với /WR của 8051)

+ Reset: khởi động lại 8255(thường được nối với mạch reset cua 8051 hay GND)

+ /CS:chọn chip.

+ A0,A1:địa chỉ port.(Nối với port địa chỉ)

/CS A1 A0 Mơ tả

0 0 0 Port A

0 0 1 Port B

0 1 0 Port C

0 1 1 Từ điều khiển(control word)

1 x x 8255 khơng được chọn.

Địa chỉ 8255 (base addr): 4000h (16 bit)

PA (base+00h): 4000h PB (base+01h): 4001h PC (base+02h): 4002h

Control word (base+03h): 4003h

1.2.6 IC 74LS373

IC 74LS373 là IC chứa 8 mạch chốt hay 8 FF-D với 8 ngõ ra 3 trạng thái các

FF sẽ thay đổi trạng thái bất đồng bộ khi chân cho phép chốt (C) ở mức cao, khi C ở mức thấp, dữ liệu trước đĩ sẽ được chốt. Dữ liệu sẽ xuất hiện trên bus khi chân cho phép ngõ ra (OC\) ở mức thấp. Khi OC\ ở mức cao, bus ngõ ra ở trạng thái

tổng trở cao. Trong mạch của IC cĩ hiện tượng trễ ở chân cho phép chốt và chân

đưa xung clock ở ngõ vào để cải thiện việc loại trừ nhiễu. Các diode ở đầu nối ngõ vào giới hạn tốc độ cao ảnh hưởng đến đầu cuối.

Sơ đồ chân: Hình 1.31: Sơ đồ cấu trúc chân IC 74LS373. 74LS373 VCC 1O 2O 3O 4O 5O 6O 7O 8O C OC\ 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D GND 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.2.7 C2383

Transitor là một linh kiện bán dẫn được tạo thành từ hai mối nối P-N , nhưng cĩ

một vùng chung gọi là vùng nền.

Tùy theo sự sắp xếp các vung bán dẫn mà ta cĩ hai loại transitor NPN, PNP.

Hình 1.32: Sơ đồ cấu trúc bên trong C2383.

Cách ráp transitor và độ lợi dịng điện, khi sử dụng transitor được ráp theo 3 kiểu căn

bản sau:

Ráp theo kiểu cực nền chung (1)

Ráp theo kiểu cực phát chung (2)

Ráp theo kiểu cực thu chung (3)

Trong mạch này sử dụng transistor 2SC828:

Sơ đồ mạch cụ thể:

Hình 1.33: Sơ đồ kết nối Transistor C2383.

Hoạt động:

Khi tín hiệu quét cột nhận điện áp 5V làm cho Q1 dẫn bão hịa, lúc đĩ điện áp

5V qua điện trở RC (hạn dịng) sẽ chạy qua LED. Nhưng để cho LED sáng thì tín

hiệu hàng phải xuất ra mức cao, lúc đĩ cathode của LED được nối xuống mức thấp

Tính tốn giá trị:

Xét sơ đồ kết nối Transistor C2383: 5V = RBIB + VBE + VLED

Để LED sáng tối đa: VLED = 1.8V

Chọn Transistor là loại Silic nên : VBE = 0.6V VCEsat =0.3V  RB. IB = 5 – 0.6 – 1.8 – 0.3 = 2.3V  mA K V I 2.6 1 3 . 2     IC = .IB = ILED = .2.6 mA

Để 1 Led sáng tối đa là 30mA. Trong khi đĩ với ma trận LED 16x16 thì 1 cột gồm

16 LED nên để LED sáng bình thường thì IC = 16xILED Vậy: .2.6 mA = 30 mA .16 = 480 mA  185 6 . 2 480   mA

Tra bảng ta chọn Transistor C2383, cĩ các tiêu chuẩn sau (Tra từ sổ tay các linh

VI 0,33µ F 0,1µF 7805 VO 1 2 3 7805 1 3 2 Sơ đồ chân IC7805 C Chhưươơnngg IIII:: TTHHIIẾẾTT KKẾẾ VVÀÀ TTHHII CCƠƠNNGG 2.1 THIẾT KẾ 2.1.1 Mạch nguồn Hình 2.1: Mạch nguồn DC 5V IC7805 (IC ỔN ÁP): Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 7805

IC 7805 là Ic ổn áp dương ,hai số sau chỉ điện áp ra cố định của nĩ, ví dụ như

7805; ổn áp dưong cĩ điện áp ngõ ra là 5V, 7812; cĩ điện áp ra là 12V… Tuỳ theo

dịng điện ở ngõ ra ,người ta thêm chữ để chỉ :

78LXX:dịng điện danh định 100mA(L:Low)

78XX: dịng điện danh định là 1A

78HXX:dịng điện danh định là 5A(h:High)

 Nguyên lý hoạt động:

Mạch được sử dụng để cấp nguồn cho các mạch chi tiết khác trong sơ đồ khối hoạt động.

2.1.2 Mạch thu phát hồng ngoại

2.1.2.1 Sơ đồ khối mạch thu phát dùng tia hồng ngoại

 Nguyên lý chung:

Một Remote controller gồm 2 khối: khối phát và khối thu. Khối thu dựa theo

mỗi nút nhấn chức năng sẽ tạo ra một tín hiệu điều khiển và phát đi bởi LED hồng

Tín hiệu điều khiển Mã hĩa và điều chế Khuếch đại phát 2.1.2.1.1 Sơ đồ khối mạch phát

Hình 2.3: Sơ đồ chi tiết khối mạch phát. Giải thích sơ sồ khối máy phát

Máy phát cĩ nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hĩa và phát tín hiệu đến máy

thu, lệnh truyền đi đã được điều chế.

+ Khối phát lệnh điều khiển:

Khối này cĩ nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nút nhấn (phím điều khiển). Khi

một phím được ấn tức là một lệnh đã được tạo ra. Các nút ấn này cĩ thể là một

nút (ở mạch điều khiển đơn giản), hay một ma trận nút (ở mạch điều khiển chức năng). Ma trận phím được bố trí theo cột và hàng. Lệnh điều khiển được đưa đến bộ mã hĩa dưới dạng các bit nhị phân tương ứng với từng phím điều khiển.

+ Khối mã hĩa và điều chế:

Để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thu mà chúng khơng lẫn lộn nhau, ta

phải tiến hành mã hĩa các tín hiệu (lệnh điều khiển). Khối mã hĩa này cĩ nhiệm

vụ biến đổi các lệnh điều khiển thành các bit nhị phân, hiện tượng biến đổi này gọi là mã hĩa. Cĩ nhiều phương pháp mã hĩa khác nhau:

Điều chế biên độ xung. Điều chế vị trí xung.

Điều chế độ rộng xung. Điều chế mã xung.

Khối điều chế này cĩ nhiệm vụ kết hợp tín hiệu điều khiển đã mã hĩa sĩng

mang để đưa đến khối khuếch đại.

Trong kỹ thuật điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại, phương pháp điều chế mã

xung thường được sử dụng nhiều hơn cả, vì phương pháp này tương đối đơn

giản, dễ thực hiện.

Bộ dao động tạo sĩng mang:

Khối này cĩ nhiệm vụ tạo ra sĩng mang tần số ổn định, sĩng mang này sẽ mang

tín hiệu điều khiển khi truyền ra mơi trường.

+ Khối khuếch đại:

Khuếch đại tín hiệu đủ lớn đề LED phát hồng ngoại phát tín hiệu ra mơi trường.

LED phát:

2.1.2.1.2 Sơ đồ khối mạch thu

Hình 2.4: Sơ đồ chi tiết khối mạch thu.

Giải thích sơ đồ khối máy thu

Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ máy phát, loại bỏ

sĩng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đĩ mỗi lệnh

sẽ đưa đến khối chấp hành cụ thể.

+ LED thu :

Thu tín hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đồi thành tín hiệu điều khiển.

+ Khối khuếch đại:

Cĩ nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ từ, LED thu hồng ngoại để quá trình xử lý tín hiệu được dễ dàng.

+ Khối tách sĩng mang:

Khối này cĩ chức năng triệt tiêu sĩng mang, chỉ giữ lại tín hiệu điều khiển như tín hiệu gửi đi từ máy phát.

+ Khối giải mã:

Nhiệm vụ của khối này là giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh điều

khiển dưới dạng các bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấp hành

cụ thể. Do đĩ nhiệm vụ của khối này rất quan trọng.

+ Khối chốt:

Cĩ nhiệm vụ giữ nguyên trạng thái tác động khi tín hiệu điều khiển khơng

cịn, điều này cĩ nghĩa là khi phát lệnh điều khiển ta chỉ tác động vào phím ấn 1

lần, trạng thái mạch chỉ thay đổi khi ta chỉ tác động vào nút khác thực hiện điều

khiển lệnh khác. Khuếch đại Tách sĩng và giải mã Chốt Khuếch đại Mạch chấp hành

+ Khối khuếch đại:

Khuếch đại tín hiệu điều khiển đủ lớn để tác động được vào mạch chấp

hành.

+ Khối chấp hành:

Cĩ thể là role hay một linh kiện điều khiển nào đĩ, đây là khối cuối cùng tác

động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong muốn.

2.1.2.2 Thiết kế mạch phát điều khiển xa bằng tia hồng ngoại

IC sử dụng trong mạch điều khiển cĩ nhiều loại, nhưng phần này em chọn

cặp IC chuyên dùng SZ9148 và SZ9150 để thi cơng mạch bởi những ưu điểm của chúng.

Ứng dụng cặp IC SZ9148/SZ9150 thi cơng mạch thu phát hồng ngoại điều khiển từ xa 4 phím nhấn vơí các thơng số sau:

- Điện áp nguồn ở máy phát 4V đến 5V, điện áp nguồn ở máy thu là 5V đến

12V.

- Khoảng cách phát trong phạm vi từ 10m đến 12m .

- Các chức năng điều khiển đĩng mở nguồn ON/OFF.

Thiết kế mạch phát: IC SZ9148 cĩ khả năng tạo ra tổ hợp 18 phím từ ma

trận 6x3. Trong đĩ cĩ 6 phím liên tục (phím 1 đến phím 6) và 12 phím khơng

liên tục (phím 7 đến phím 18).

Trong đĩ H, S1, S2 (tương ứng với T1, T2,T3) là đại diện cho mã số phát xạ

liên tục(H) hoặc khơng liên tục (S1, S2).

Theo yêu cầu của đề thì điều khiển thiết bị điện từ xa bao gồm 4 phím nhấn khơng liên tục từ phím 7 đến phím 10.

Phím 1: dùng để điều khiển đĩng ngắt quang báo. Phím 2: dùng để reset.

Phím 3: dùng để điều khiển chức năng. Phím 4: dùng để điều khiển chức năng. Phím 5: dùng để điều khiển chức năng. Phím 6: dùng để điều khiển chức năng. Phím 7: dùng để điều khiển chức năng. Phím 8: dùng để điều khiển chức năng. Phím 9: dùng để điều khiển chức năng. Phím 10: dùng để điều khiển chức năng.

Mã người dùng C1, C2, C3:

Trong tín hiệu phát ra của mạch phát cĩ C1, C2, C3 cung cấp tín hiệu mã số viết cho người dùng, vì vậy đầu tiếp nhận cần phải cĩ tín hiệu mã số tương

ứng, máy khác nhau cĩ mã số khác nhau để cho cĩ sự khác biệt.

Các bit mã C1, C2, C3 được thực hiện bằng việc nối các chân T1, T2, T3 tương

ứng qua chân code (13) bởi các diode hay khơng nối. Nếu nối qua diode thì

Theo yêu cầu đề tài sử dụng 6 chức năng nên em chọn IC phối hợp IC phát

SZ9148 là IC thu SZ9150 và bit mã người dùng là:

C1 C2 C3

1 1 1

Vậy ở mạch thu SZ9150 hai chân code C1, C2 ta lần lượt nối với 2 tụ

xuống mass.

Tương ứng với IC SZ9148 kết nối T1 với code thơng qua D1 để tạo ra C1 ở

mức [1].

T2 với code thơng qua D2 để tạo C2 ở mức [1] và T3 với code thơng qua D3

để tạo C3 ở mức [1].

Nhưng trong mạch thi cơng để đơn giản bớt và phù hợp với điều kiện của

bản thân, em chỉ thi cơng mạch sử dụng 4 phím chức năng. Do đĩ, em chọn

IC phối hợp với IC SZ9148 là IC SZ9150, và chọn mã người dùng là:

C1 C2 C3

1 1 0

Vậy C2 (13) của IC SZ9150 nối với tụ để tạo ra mức [1], chân C3 (14) của

IC SZ9149 nối trực tiếp xuống mass để tạo ra mức [0].

Tương ứng bên IC phát SZ9148:

- T1 nối với code qua diode D1 để tạo ra C1=[1]. - T2 nối với code qua diode D2 để tạo ra C2=[1]. - T3 khơng nối nên C3=[0].

 Bộ dao động tạo tần số sĩng mang:

Do cấu tạo bên trong của IC phát SZ 9148 đã cĩ sẵn một cổng đảo dùng

để phối hợp với các linh kiện bên ngồi bằng thạch anh hoặc mạch LC để tạo

thành mạch dao động.

Sơ đồ của mạch như sau:

Hình 2.5: Sơ đồ mạch dao động hồng ngoại.

Để đơn giản cho việc thiết kế và tăng độ chính xác của tần số, nên chọn thạch

Một phần của tài liệu điều khiển quang báo bằng hồng ngoại (Trang 28)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(64 trang)