3.4.1 Khối xử lý trung tâm.
Sơ đồ nguyên lý và mạch in.
Hình 3.5: Mạch in
Nguyên lý hoạt động.
VĐK PIC 16F877A có thể làm việc với xung nhịp thạch anh từ 20MHz trở xuống. 1 lệnh được thực thi với 4 xung nhịp. Sử dụng thạch anh có tần số 20 MHz, thì: 1s có 4 triệu xung nhịp. 1 xung nhịp có: 0 1 6 ( ) 20 10 T s Để thực thi 1 lệnh mất: 6 6 4 0.2 10 ( ) 0.2 20 10 s s
Như ta đã biết, thạch anh là linh kiện dùng để định tần số cho mạch dao động. Khi thạch anh sẽ sinh ra nhiệt, ta gắn thêm tụ có giá trị từ 15pF:33pF như hình vẽ để bù nhiệt cho thạch anh.
Đây là khối trung tâm quyết định của cả bộ KIT, vừa là mạch nạp vừa là là mạch kết nối với các thiết bị ngoại vi.
Mạch nạp này có thể được nạp theo hai cách:
Nạp theo chuẩn điện áp thấp
bằng mạch nạp và phần mềm PICKIT 2 kết nối với máy tính qua cổng USB. Điểm thuận lợi khi nạp bằng PICKIT 2 là có thể nạp dể dàng, cổng USB là cổng
thông dụng, hầu hết các loại máy Hình 3.6 Nạp cho PIC
tính ngày nay đều dùng cổng này. Nạp qua cổng USB
Nạp cổng COM sử dụng chương trình PIC DOWNLOADER để
nạp. Điểm bất lợi của chương trình này là phải nạp BOOTLOADER vào PIC trước. Có thể dùng cổng chuyển đổi từ cổng USB sang cổng COM và nạp dể dàng trên WINDOWN 7.
3.4.2 Khối quét LED 7 đoạn
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối LED 2 đoạn
Hình 3.8: Mạch in lớp BOTTON
Hình 3.9: Mạch in lớp TOP
Hoạt động
Có nhiệm vụ làm ngõ ra dữ liệu lừ VXL, làm bộ phận hiển thị số.
Hoạt động: Đây là loại LED 7 đoạn Anod chung, 8 nguồn LED được điều khiển bằng một port của vi xử lý thông qua 8 transistor loại A1015 để khuếch đại dòng cho LED, mã LED được điều khiển bởi 8 chân khác.
Như ta đã biết, một LED 7 đoạn do 8 led đơn ghép lại với nhau. Muốn thanh nào sáng ta chỉ cần cấp đúng nguồn vào chân Anod, MASS vào chân Catod. Chính vì thế, muốn cho LED 7 đoạn nào sáng, VĐK sẽ xuất mã tác nhiệm quản lý nguồn của LED 7 đoạn nối vào chân B của BJT A1015. Các A1015 hoạt động ở chế độ bão hòa ngưng dẫn như những khóa điện tử, khi
chân B của BJT nào ở mức thấp, ngay lập tức A1015 đó dẫn bão hòa, LED 7 đoạn đó được nối lên VCC.
Tính toán điện trở cho BJT:
Để A1015 dẫn bão hòa thì IC IB
Để Led sáng bình thường thì: IC = ILED = 10mA.
IC 8 LED= 80mA Ta có: I C 8 LED = I Csat = 80mA Chọn β=140 57 . 0 140 80 Csat B I I mA 7 , 7 57 , 0 6 , 0 5 B BE CC B I V V R k Chọn RB = 10kΩ
3.4.3 Khối quét LED ma trận.
Sơ đồ nguyên lý và mạch in
Hình 3.11: Khối LED ma trận
Hình 3.13: Mạch in lớp TOP
Hình 3.14: Mạch in lớp BOTTON
Nguyên lý hoạt động
Hoạt động: Có thể hoạt động quét riêng lẽ từng LED hoặc quét cả khối thông qua bộ đệm dùng IC 74HC595.
IC 74HC595 là một IC dịch và chốt dữ liệu với tốc độ đáp ứng lên đến 40 MHz. IC này cho phép ghép nhiều tầng nhiều IC. Khi đó, ngõ vào IC sau nối với ngõ ra của IC trước. CPU xuất dữ liệu đồng thời ra IC 595 (chuyển dữ liệu từ nối tiếp sang song song) và đồng thời nó sẽ xuất dữ liệu ra dưới dạng số ra các chân B của các transistor loại B562 để quét dữ liệu.
- Có thể xuất dữ liệu trực tiếp từ CPU qua LED mà không phải qua
74HC595.
Chọn transistor loại B562
Cách tính toán điện trở cũng tương tự như tính cho LED 7 đoạn.
3.4.4 Khối hiển thị LCD.
Sơ đồ nguyên lý và mạch in.
Hình 3.16: Mạch in khối LCD
Nguyên lý hoạt động.
Nhiệm vụ : Dùng để hiển thị giá trị lên màn hình LCD 16x2( có thể
là chuổi ký tự, nhiệt độ, lịch…).
Hoạt động : dùng 3 chân của PIC để điều khiển các chân RS, RW,
EN của LCD để quy dịnh hoạt động của LCD, các chân D0 đến D7 là các chân dữ liệu, có thể xuất dữ liệu 8 bit hoặc 4 bit tùy theo yêu cầu lập trình. Chân VEE của LCD được nối với biến trở 10K để điều chỉnh độ sáng màn hình LCD.
3.4.5 Khối bàn phím KEYPAD.
Sơ đồ nguyên lý và mạch in.
HÌnh 3.18: Mạch in lớp BOTTON
Nguyên lý hoạt động
Nhiệm vụ : Tính toán các phép tính cơ bản.
Hoạt động : CPU nhận tin hiệu vào từ bàn phím sau khi xử lý dữ
liệu (CPU) sẽ xuất dữ liệu ra màn hình hiển thị( LED 7 đoạn hoặc LCD).
3.4.6 Khối điều khiển động cơ DC.
Sơ đồ nguyên lý và mạch in.
Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển động cơ DC
Hình 3.22: Mạch in lớp BOTTOM
Nguyên lý hoạt động
Nhiệm vụ : Điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
Hoạt động : Mạch động lực mắc theo kiểu mạch cầu H có tác dụng
chống dòng pahnr hồi từ động cơ làm hư VĐK.
Dữ liệu PWM được CPU truyền qua mạch cầu H thông qua IC đệm L298 để điều khiển động cơ.
Một số đặc điểm của IC công suất L298: Điện áp cấp lên đến 46V
• Tổng dòng DC chịu đựng lên đế n 4A • Chức năng bảo vệ quá nhiệt
• Điện áp logic „0‟ t ừ 0V đế n 1.5V nên tính chống nhiễu tốt.
Hai chân C,D củ a L298 để đ iều khiển chiều động cơ, hãm động cơ. Chân Enable của L298 dùng làm đầu vào băm xung PWM cho động cơ để có thể điều khiển tốc độ động cơ .
L298 không có Diode nội bảo vệ, do đó cần có 4 Diode ngoài bảo vệ. Để đảm bảo điều khiển PWM ở tần số cao, cần dùng Diode nhanh có điện trở thấp. Diode chuyên dụng để điều khiển động cơ là các Diode “fast recovery Schottky”, nên dùng loại Diode xung 1N5817.
Khi hoạt động, L298 rất nóng nên phải gắn tản nhiệt.
Hai chân RC0 và RC1 để điều khiển chiều quay của động cơ : + RC0 = 1 và RC1 = 0 quay thuận
+ RC0 = 0 và RC1 = 1 quay nghịch
+ RC0 = RC1 = 0 ho ặc RC0 = RC1 = 1 động cơ dừng quay
Chân PWM được đưa vào chân Enable củ a L298, do vậy chỉ c ần điều chỉnh độ lớ n của Dutycycle củ a PWM ta có thể đ iều ch ỉnh được điện áp đầu ra của L298 đưa vào động cơ ( 0V : 12V ).
3.4.7 Hiển thị vào ra bằng LED đơn.
Sơ đồ nguyên lý và mạch in.
Hình 3.23: Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.24: Mạch in khối LED đơn
Nguyên lý hoạt động.
Nhiệm vụ: Kiểm tra vào ra bằng LED đơn.
Hoạt động: LED sáng mức thấp, VXL xuất tín hiệu ra dưới dưới hai
LED được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quang báo: trong xe hơi, máy bay, trò chơi trẻ em, máy ảnh … Vì thể tích nhỏ, công suất tiêu tán thấp, thích hợp với các mạch logic, LED có thể sử dụng để báo hiệu một linh kiện nào bị hỏng hay trạng thái của một mạch logic. Tuổi thọ
của LED khoảng 105
giờ, có nghĩa có thể đốt sáng liên tục trong 10 năm.
Trái với bóng đèn thường, LED không hư ngay sau thời gian 105
giờ, công suất phát sáng của LED giảm đi còn một nửa.
Cường độ sáng LED giảm đi khi nhiệt độ tăng. Khi nhiệt độ tăng 10
C (ở
250C) LED đỏ giảm độ sáng 1,5 %. Sự giảm độ sáng này mắt thường
không thấy được,
Điều quan trọng khi sử dụng LED luôn luôn với một điện trở mắc nối tiếp. Ri = 333( ) 10 2 5 mA V V I V V F D B VB : Điện thế nguồn
VD : Điện thế ngưỡng của LED
Đỏ 1,6 ... 2V
IF : Dòng điện qua LED khoảng 10mA
Chọn Ri=330 (i=132)
3.4.8 Khối nút nhấn (Button):
Sơ đồ nguyên lý và mạch in.
Hình 3.26: Mạch in khối nút nhấn
Nguyên lý hoạt động
Nhiệm vụ: Dùng làm bộ ngắt ngoài.
Hoạt động : bình thường tín hiệu đưa vào CPU là tín hiệu HI, khi
button được nhấn tín hiệu sẽ chuyển thành tín hiệu LO.
3.4.9 Khối ADC:
Hình 3.27: Sơ đồ nguyên lý khối ADC
Nhiệm vụ: Dùng tạo tín hiệu tương tự làm ngõ vào bộ ADC vi xử lý.
Hoạt động: tín hiệu từ header được đưa vào PIC, bộ ADC trong PIC có
nhiệm vụ xử lý chuyển đổi thành tín hiệu số rồi xuất tín hiệu ra các bộ phận hiển thị.
3.4.10 Khối RTC:
Sơ đồ nguyên lý và mạch in.
Hình 3.28: Sơ đồ nguyên lý khối RTC
Hình 3.29: Mạch in khối RTC
Nguyên lý hoạt động
Nhiệm vụ: đếm thời gian chính xác.
Hoạt động : dữ liệu ngày giờ được nạp vào DS1307 để xử lý rồi xuất
3.4.11 Khối nguồn.
Sơ đồ nguyên lý và mạch in
Hình 3.30: Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn chuẩn 5V
Hình 3.31: Mạch in khối nguồn
Nguyên lý hoạt động
IC LM2576 là một IC ổn áp chuẩn 5V dòng hạn định lên đến 3A có nhiệm vụ giữ cho điện áp ngõ ra luôn ở mức ổn định là 5V dùng để cung cấp nguồn cho PIC và các khối.
CHƢƠNG 4: DEMO MỘT SỐ CHƢƠNG TRÌNH 4.1 Xuất dữ liệu lên 74HC595 điều khiển 32 LED đơn.
4.1.1 Mô tả kết nối phần cứng
Dùng dây BUS 3 kết nối theo thứ tự 3 chân RB0, RB1, RB2 vào các chân kết nối của bộ đệm mở rộng PORT, tại ngõ ra của mỗi IC 74HC595 dùng dây BUS 8 kết nối với một dãy đèn LED đơn.
4.1.2 Nguyên lý hoạt động
IC 74HC595 là một IC ghi dịch 8 bit, vào nối liếp ra song song, chỉ cần với 3 chân VĐK ta cho hiển thị trên 32 LED đơn. Chân DATA_IN là đường dữ liệu vào (bit dữ liệu nối tiếp). Một xung SCK sẽ làm bit này đi vào thanh ghi dịch trong IC 74HC595. Sau 8 bit liên tục thì thanh ghi dịch này sẽ đầy. Tiếp tục đưa bit thứ 9 vào thì bit đầu tiên sẽ bị lòi ra chân số 9 và bit này lại là bit đầu tiên của IC 74HC595 tiếp theo (chân 9 của IC trước nối chân 14 của IC sau). Cứ như vậy tất cả 32 bit sẽ dược hiển thị thông qua 4 IC 75HC595.
4.1.3 Lƣu đồ tổng quát: BẮT ĐẦU KHỞI TẠO GỞI DỮ LIỆU LÊN 595 HIỂN THỊ YES KẾT THÚC NO