Đề tài Thiết kế, chế tạo bộ hiển thị font chữ cái trên một ma trận Led đa sắc

ĩa hệ vi xử lý: Khả năng được lập trình để thao tác trên các dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con người. Khả năng lưu trữ và phục hồi dữ liệu. Tổng quát hệ vi xử lý gồm: Hình 2.1: Sơ đồ khối vi xử lý Phần cứng (hardware): các thiết bị ngoại vi để giao tiếp với con người. Phần mềm (software):chương trình để xử lý dữ liệu. - CPU (Central Processing Unit): đơn vị xử lý trung tâm. - RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên. - Rom (Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc. - Interface Circuitry: mạch điện giao tiếp. - Peripheral Devices (Input): các thiết bị ngoại vi (thiết bị nhập) - Peripheral Devices (Output): các thiết bị ngoại vi (thiết bị xuất). - Addressbus: bus địa chỉ. - Data bus: bus dữ liệu. - Control bus: bus điều khiển. 2.1.4 Đơn vị xử lý trung tâm: - CPU đóng vai trò chủ đạo trong hệ vi xử lý, nó quảnlý tất cả các hoạt động của hệ và thựchiện tất cả các thao tác trên dữ liệu. - CPU là một vi mạch điện tử có độ tích hợp ca. Khi hoạt động CPU đọc mã lệnh được ghi dưới dạng cácbit 0 và bit 1 từ bộ nhớ, sau đó nó sẽ thực hiện giải mã các lệnh này thành các dãy xung điều khiển tương ứng với các thao táctrong lệnhđể điều khiển cáckhối khác thực hiện từng bước các thao tác đóvà từ đó tạo ra các xung điều khiển cho toàn hệ. - IR/IP (Instruction Register/Intruction Pointer): thanh ghi lệnh/con trỏ lệnh. - PC (Program Counter): bộ đếm chươngtrình. - Instruction decode and control unit: đơn vị giải mã lệnh và điều khiển. - ALU (arithmetic and Logic Unit): đơn vị số học và logic. - Registers: Các thanh ghi. - Khi hoạt động CPU sẽ thực hiện liên tục 2 thao tác: tìm nạp lệnh và giãi mã thực hiện lệnh. Thao tác tìm nạp lệnh: Nội dung của thanh ghi PC đượcCPU đưa lên bus địa chỉ. Tín hiệu điều khiển đọc (Read) chuyển sang trạng thái tích cực. Mã lệnh (Opcode) từ bộ nhớ được đưa lên bus dữ liệu. Nội dung của thanh ghi PC tăng lên một đơn vị để chuẩn bị tìm nạp lệnh kế tiếp từ bộ nhớ. Thao tác giải mã - thực hiện lệnh: - Mã lệnh từ thanh ghi IR được đưa vào đơn vị giải mã lệnh và điều khiển. - Đơn vị giải mã lệnh và điều khiển sẽ thực hiện giải mã opcode và tạo ra các tín hiệu để điều khhiển việc xuất nhập dữ liệu giữ ALU và cácthanh ghi. - Căn cứ trên các tín hiệu điều khiển này, ALU thực hịên các thao tác đã được xác định. - Một chuỗi các lệnh (Opcode) kết hợp lại với nhau để thực hiện một công việc có nghĩa được gọi là chương trình (Program) hay phần mềm. Bộ nhớ bán dẫn là một khác rất quan trọng của hệ vi xử lý, các chương trình và dữ liệu đều được lưu giữ trong bộ nhớ. Bộ nhớ bán dẫn trong hệ vi xử lý gồm: - ROM: bộ nhớ chương trình _ lưu giữ chương trình điều khiển hoạt động của toàn hệ thống. - RAM: bộ nhớ dữ liệu _ lưu giữ dữ liệu, một phần chương trình điều khiển hệ thống, các ứng dụng và kết quả tính toán. - Sơ lược về cấu trúc và phân loại ROM – RAM: - ROM (Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc - RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (bộ nhớ ghi đọc) 2.1.5 Các chân của chip 89C51: a) Sơ đồ khối và chức năng các khối của chip 89C51: - CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm tính toán và điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống. - OSC (Oscillator): Mạch dao động _ tạo tín hiệu xung clock cung cấp cho các khối trong chip hoạt động. - Interrupt control: Điều khiển ngắt _ nhận tín hiệu ngắt từ bean ngoài (INT0\, INT1\), từ bộ định thời (TIMER0, TIMER1) và từ cổng nối tiếp (SERIAL PORT), lần lượt đưa các tín hiệu ngắt này đến CPU để xử lý. - Other registers: Các thanh ghi khác _ lưu trữ dữ liệu của các port xuất/nhập, trạng thái làm việc của các khối trong chip trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống. - RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ dữ liệu trong chip lưu trữ các dữ liệu. - ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chương trình trong chip lưu trữ chương trình hoạt động của chip. - I/O ports (In/Out ports): Các port xuất/nhập _ điều khiển việc xuất nhập dữ liệu dưới dạng song song giữa trong và ngoài chip thông qua các port P0, P1, P2, P3. - Serial port: Port nối tiếp _ điều khiển việc xuất nhập dữ liệu dưới dạng nối tiếp giữa trong và ngoài chip thông qua các chân TxD, RxD. - Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, 1 _ dùng để định thời gian hoặc đếm sự kiện (đếm xung) thông qua các chân T0, T1. - Bus control: Điều khiển bus _ điều khiển hoạt động của hệ thống bus và việc di chuyển thông tin trên hệ thống bus. - Bus system: Hệ thống bus _ liên kết các khối trong chip lại với nhau. b) Chức năng các chân của chip 89C51 Chip 89C51 :gồm 40 chân 2 chân nguồn cấp điện (VCC, VSS) 32 chân xuất/nhập 6 chân chức năng (EA, ALE, PSEN, XTAL1, XTAL2, RST) Port xuất/nhập 8 bit (P0.0 – P0.7) Port xuất/nhập 8 bit (P1.0 – P1.7) Port xuất/nhập 8 bit (P2.0 – P2.7) Port xuất/nhập 8 bit (P3.0 – P3.7) 2.1.6 Sơ đồ chân của chip 89C51 Hình 2.2: Sơ đồ chân vi xử lý Port 0: - Port 0 (P0.0 – P0.7) có số chân từ 32 – 39. - Port 0 có hai chức năng: • Port xuất nhập dữ liệu (P0.0 - P0.7) không sử dụng bộ nhớ ngoài. • Bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 – AD7) có sử dụng bộ nhớ ngoài. + Lưu ý: Khi Port 0 đóng vai trò là port xuất nhập dữ liệu thì phải sử dụng các điện trở kéo lên bên ngoài. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 0 đóng vai trò là ngõ vào của dữ liệu (D0 -> D7) Port 1: - Port 1 (P1.0 – P1.7) có số chân từ 1 – 8. - Port 1 có một chức năng: • Port xuất nhập dữ liệu (P1.0 – P1.7) _ sử dụng hoặc không sử dụng bộ nhớ ngoài. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 1 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte thấp (A0 – A7) Port 2: - Port 2 (P2.0 – P2.7) có số chân từ 21 – 28. - Port 2 có hai chức năng: • Port xuất nhập dữ liệu (P2.0 – P2.7) _ không sử dụng bộ nhớ ngoài. • Bus địa chỉ byte cao (A8 – A15) _ có sử dụng bộ nhớ ngoài. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 2 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte cao (A8 – A11) và các tín hiệu điều khiển Port 3: - Port 3 (P3.0 – P3.7) có số chân từ 10 – 17. - Port 0 có hai chức năng: • Port xuất nhập dữ liệu (P3.0 – P3.7) _ không sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt. • Các tín hiệu điều khiển _ có sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 3 đóng vai trò là ngõ vào của các tín hiệu điều khiển Chức năng của các chân Port3: Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp P3.2 INT0\ B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1\ B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời đếm 0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời đếm 1 P3.6 WR\ B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu Ram ngoài P3.7 RD\ B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu Ram ngoài Chân PSEN\: - PSEN (Program Store Enable): cho phép bộ nhớ chương trình, chân số 29. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép truy xuất (đọc) bộ nhớ chương trình (ROM) ngoài. • Là tín hiệu xuất, tích cực mức thấp. PSEN\ = 0 _ trong thời gian CPU tìm-nạp lệnh từ ROM ngoài. PSEN\ = 1 _ CPU sử dụng ROM trong (không sử dụng ROM ngoài). - Khi sử dụng bộ nhớ chương trình bên ngoài, chân PSEN\ thường được nối với chân OE\ của ROM ngoài để cho phép CPU đọc mã lệnh từ ROM ngoài. Chân ALE: - ALE (Address Latch Enable): cho phép chốt địa chỉ, chân số 30. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để thực hiện việc giải đa hợp cho bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 – AD7). • Là tín hiệu xuất, tích cực mức cao. ALE = 0 _ trong thời gian bus AD0 – AD7 đóng vai trò là bus D0 – D7. ALE = 1 _ trong thời gian bus AD0 – AD7 đóng vai trò là bus A0 – A7. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân ALE đóng vai trò là ngõ vào của xung lập trình (PGM\) Khi lệnh lấy dữ liệu từ RAM ngoài (MOVX) được thực hiện thì 1 xung ALE bị bỏ qua Chân EA\: - EA (External Access): truy xuất ngoài, chân số 31. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép truy xuất (sử dụng) bộ nhớ chương trình (ROM) ngoài. • Là tín hiệu nhập, tích cực mức thấp. EA\ = 0 _ Chip 89C51 sử dụng chương trình của ROM ngoài. EA\ = 1 _ Chip 89C51 sử dụng chương trình của ROM trong. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân EA đóng vai trò là ngõ vào của điện áp lập trình (Vpp = 12V/89xx, 21V/80xx,87xx) + Lưu ý: Chân EA\ luôn luôn phải được nối lên Vcc (sử dụng chương trình của ROM trong) hoặc xuống Vss (sử dụng chương trình của ROM ngoài). Chân XTAL1, XTAL2: - XTAL (Crystal): tinh thể thạch anh, chân số 18-19. - Chức năng: • Dùng để nối với thạch anh hoặc mạch dao động tạo xung clock bên ngoài, cung cấp tín hiệu xung clock cho chip hoạt động. • XTAL1 _ ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip. • XTAL2 _ ngõ ra mạch tạo xung clock trong chip. Chân RST: - RST (Reset): thiết lập lại, chân số 9. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép thiết lặp (đặt) lại trạng thái ban đầu cho hệ thống. • Là tín hiệu nhập, tích cực mức cao. RST = 0 _ Chip 89C51 hoạt động bình thường. RST = 1 _ Chip 89C51 được thiết lặp lại trạng thái ban đầu. Chân Vcc, GND: - Vcc, GND: nguồn cấp điện, chân số 40-20. - Chức năng: • Cung cấp nguồn điện cho chip 89V51 hoạt động. • Vcc = +5V ± 10%. • GND = 0V. Tổ chức bộ nhớ - Bộ vi xử lý có không gian bộ nhớ chung cho dữ liệu vàchương trình - Chương trình và dữ liệu nằm chung trên RAM. - Bộ vi điều khiển có không gian bộ nhớ riêng cho dữ liệu vàchương trình. - Chương trình và dữ liệu nằm riêng trên ROM và RAM. Tổ chức bộ nhớ của chip 89C51: Hình 2.3: Không gian bộ nhớ của chip 89C51 2.2 IC nguồn 7805 Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối chân của IC 7805: Nguyên lý hoạt động: Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch này dùng để cấp nguồn những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi. Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1,5 đến 2V. Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn. (có thể bỏ hai tụ điện nếu mạch điện không đòi hỏi). Một số điểm lưu ý khi sử dụng IC LM7805: Dòng cực đại có thể duy trì 1A. Dòng đỉnh 2,2A. Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W. Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W Ta nên hạn chế áp lối vào 7805 để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt. Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4,8 – 5,2 V 2.3. IC 74245 - Dòng đánh thủng: I QL = 24mA - Nguồn dòng: IQH =15mA - Khái quát chung: - Sơ đồ kết nối: Bảng trạng thái: Sơ đồ tín hiệu đầu vào và đầu ra : Đương lượng của mỗi đầu vào: Dải làm việc tuệt đối : Tất cả những đầu ra tiêu biểu: Sơ đồ logic: Có tới 7 kênh riêng biệt Nguồn áp: 7V Điện áp vào DIR hoặc G: 7V A hoặc B :5V Kết nối ( sử dụng) trong điều kiện thường thì dải nhiệt độ làm việc trong khoảng 00C đến +700C Dải nhiệt độ chịu đựng -650C đến +1500C Điều kiện hoạt động : Đặc tính điện: Đặc tính chuyển mạch ( VCC =5V và Ta=250C): 2.4 Led matrix 8x8 đa sắc 2.4.1 Điốt phát quang – Led ( Light – emiting diode) Đại cương về lớp chuyển tiếp p-n Led là linh kiện phổ thông của quang điện tử. Led cho lợi điểm như tần số hoạt động cao, thể tích nhỏ, công suất tổn hao lớn, không rút điện mạnh khi bắt đầu hoạt đông (như bóng đèn rút điện đến 10 lần). Led không cần kính lọc mà vẫn cho ra màu sắc. Sự phát minh ra ánh sáng của Led trên nguyên tắc hoàn toàn khác với bóng đèn điện, ở đấy vật chất bị đun nóng và phô ton được phóng thích. Những điều kiện trên tiên quyết để ngày hôm nay người ta có thể sản xuất khoảng 30x109 Led mỗi năm là kết quả của việc nghiên cứu cơ bản vật lý bán dẫn, nhất là sau khi transistor được phát minh. Điốt phát quang có cấu trúc với lớp chuyển tiếp p-n và cũng có đặc chưng kỹ thuật như điốt thông thường về chiếu dẫn diện cung như chiều không dẫn điện. Tuy nhiên Led có mức ngưỡng điện áp chiều dẫn điện cao ( từ 1,6V 3V) và có điện áp nghịch tương đối thấp ( khoảng 3V 5V) Vx Vbreakdown Vg Ví dụ với cơ chế tái hợp trực tiếp giữa vùng bán dẫn và vùng hoá trị của GaAS ta có: Với h= hằng số planck= 4,16.10-15 eVs eV = ( electron Vonlt) c = vận tốc ánh sáng = 3.108 m/s W = 1,38 eV GaAs Sau đây là thông số của một số vật liệu tao nên led Vật liệu Năng lượng (EV) Độ dài sóng bức xạ (nm) Vùng bức xạ Loại tái hợp Germanium Silizium Galium-Arsenid Galium-Arsenid-Phosphid Galium-Phosphid Silizium-Nitrit Gallium-Nitrit 0,66 1,09 1,43 1,91 2,24 2,5 3,1 - - 910 650 560 490 400 - - Hồng ngoại Đỏ Xanh lá cây Xanh da trời Tớm Gián tiếp Gián tiếp Trực tiếp Trực tiếp Gián tiếp Gián tiếp Gián tiếp Một số điốt phát quang. Đại cương Hầu hết những nguyên tố dùng để chế tạo điốt phát sáng đều là ở nhóm III và V trong hệ thống tuần hoàn mêdenleep. Đó là GaAs, GaP và hỗn hợp “temarrius” với nguyên tố GaAsP. Loại led phát sáng dùng để làm linh kiện quang báo , chiếu sáng... Trong khi đó loại điốt phát ra tia hồng ngaọi dùng để truyền tín hiệu trong các bộ ghép quang (op_couler), Đọc tín hiệu, bộ phận truyền tin quang học với tần số biến điệu tới MHz. Điốt GaAs: Tuỳ theo sự pha tạp mà bức xạ do sự tái hợp trong GaAs có cực đại giữa 880 và 940 nm trong hồng ngoại gần, mắt không thể nhìn thấy được. Gallium-Arsemid là một vật liệu lý tưởng cho điện phát quang, sự tái hợp giữa vùng dẫn và vùng bão hoà là trực tiếp. Điốt GaAsP: với sự tái kết hợp giữa năng lượng lớn hơn 1,7 eV cho ta ánh sáng nhìn thấy được . Điốt ánh sáng đỏ và vàng được chế tạo , hàm lượng của phosphor trong tinh thể lên đến 85% so với điốt phát ra ánh sáng màu vàng. Led xanh da trời , xanh lá cây và các loại Led cực sáng . Led với vật liệu silic và pôlime Từ đầu năm 1993, hãng Hewleett Packrd đã bán trên thị trường thế giới loại Led màu vàng cực sáng . Vói dòng điện 20 mA, các loai Led với mã số HLMT – CLXXoCHX/DLXX/DHXX có cường độ chiếu sáng từ 1,5 đến 6,5 cd với độ dài sáng 590 nm (màu hổ phách) và 615 nm (màu đỏ – cam). Trong số đó một số công việc của các Led cực sáng này dùng để thay thế các laser bán dẫn đắt tiền. Ngoài ra nó còn được dùng để làm đèn tín hiệu giao thông, đèn chớp trên xe máy, xe ô tô, thay thế cho bóng đèn điện thoại thông thường... - Ngoài ra người ta còn tìm thấy vật liệu tạo Led từ pôlime. Led pôlime có ưu điểm hơn hẳn LCD là thời gian đóng/ mở chỉ vài ms, góc nhìn đạt đến 1800 và nhiệt độ hoạt động đến -400C. - Led hồng ngoại còn được gọi là nguồn phát ra sóng hồng ngoại(infrared emitters), dựa vào vật liệu chế tạo người ta có thể điều hưởng sao cho led hồng ngoại phát ra những bước sóng thích hợp. Ánh sáng của tia hồng ngoại ít gây được sự chú ý của người quan sát nên trong hiển thị người ta ít dùng ánh sáng này. Mà trong hiển thị người ta thường sử dụng ánh sáng của Led cực sáng. Như đã trình bày ở trên trong mạch quang báo này ta chỉ có thể chọn hiển thị bằng đèn Led cực sáng. Một số dạng mạch hiển thị: Hiển thị bằng ma trận đèn: Trong các mạch hiển thị bằng ma trận đèn thì bộ phận đệm đóng vai trò rất quan trọng bở vì ngõ ra của các vi mạch số hay bộ phận điều khiển có không đáp ứng được ngõ vào của các mạch đèn. Người ta phải sử dụng mạch đệm, có nhiều loại mạch đệm phụ thuộc vào công suất của mạch hiển thị như : SCR, transistor, opto transistor, opto triac,... Hiển thị bằng ma trận Led : Với Led người ta thường chọn Transistor hay IC làm đệm dòng vì dòng cung cấp cho mạch hiển thị tương đối nhỏ. ở mạch quang báo của chúng em do phải hiển thị một số lượng led lớn nên chúng em kết hợp cả Transistor và IC đệm dòng. Số lượng Led lớn nên chúng em lựa chọn mạch hiển thị là ma trận Led cực sáng màu đỏ. c. Ứng dụng và một số tính chất kỹ thuật quan trọng của LED: 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. Hình dưới cho ta thấy cấu trúc của một ghép quang LED loại GaAs với sóng hồng ngoại có thể được biến điệu (Modulation) đến tần số Mhz. Bức xạ này thích hợp với độ nhạy của một Phototransitor. Ngã vào (điều khiển) và ngã ra (đóng, mở) hoàn toàn được cách điện đến cả vài ngàn Volt. Đời sống của LED cao hơn bóng đèn thông thường. 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. Tùy theo loại LED mà ta có đặt trưng chiếu sáng khác nhau. (nm) 20mA Iốt lp tr Dl[nm] (%0 (mW) Fv (min) UF (V) tr (ns) Đỏ GaALAS 650 20 0,3 1,1 80 1,8 50 Đỏ GaASP 660 20 0,6 0,19 8 1,6 50 Cam 635 40 0,6 0,34 50 2,0 100 Vàng 585 40 0,1 0,04 20 2,2 100 Xanh lá cây 565 40 0,2 0,09 60 2,4 400 Bảng trên cho ta tính chất quang trọng nhất của các loại LED . Bức xạ của LED là đơn sắc lp là độ dài sóng có bức xạ cực đại là Dl là nữa độ rộng của khổ. LED đỏ có Dl = 20 nm bé nhất với cơ chế tái hợp trực tiếp giữa vùng dẫn và vùng hóa trị. Với độ dài sóng ngắn dần ta có trị hiệu suất bé đi (cột3). Linh kiện chế tạo từng pha lỏng có hiệu suất cao hơn từ pha hơi. Cột áp chót cho ngưỡng điện áp của diốt. Cột chót cho ta thấy LED đỏ làm việc nhanh nhất. 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 %, vàng 0,7%, xanh lá cây 0,5%. Sự giảm độ sáng này mắt thường không thấy được, nhưng trong việc truyền tin, tự động hóa, cần có một mạch điện làm gia tăng dòng điện diôt để trung hòa hiệu ứng nhiệt. Điện áp ngưỡng của LED thay đổi theo nhiệt độ từ -1,5mV/0C đến 2,5mV/0C. Khi nhiệt độ tăng phổ bức xạ của LED cũng dịch chuyển về phía sóng có bộ nhớ dài lớn hơn. Độ dịch chuyển này từ +0,1 đến 0,3nm/0C. Điều quan trọng khi sử dụng LED luôn luôn với một điện trở mắc nối tiếp. RT = VB : Điện thế nguồn VD : Điện thế ngưỡng của LED IF : Dòng điện qua LED Điện áp ngưỡng của LED có các trị số sau : đỏ 1,6 ... 2V cam 2,2 ... 3V xanh lá cây 2,7 ... 3,2V vàng 2,4 ... 3,2V xang da trời 3,0 ... 5V Catot của LED: - Nằm ở chân ngắn - Phía vỏ bị cắt xén Nếu soi dưới ánh sáng, điện cực catot của LED lớn hơn. ED đôi cho những LED đôi.ứng dụng đặc biệt ta có loại LED đôi còn gọi là DUO-LED. Chân số một thường cho LED màu đỏ, chân số 2 cho LED màu vàng/xanh và chân thứ 3 nối với Catốt. Một loại khác LED được mắc song song và đối cực. Băng chiếu sáng LED (LED Bargraph). Băng chiếu sáng tập hợp nhiều LED thành một chuỗi với nhiều mạch tổ hợp bên trong hay không có. Sau đây là một số loại băng LED. Băng chiếu sáng không có mạch tổ hợp bên trong: OBG 1000:cam YBG 1000:vàng GBG1000: xanh lá cây Chân từ 1 đến 10 : Anốt Chân từ 11 đến 20 : Catốt I=20mA ; U=1,7V Kích thước mỗi LED :3,8mm x 1mm Băng chiếu sáng với mạch tổ hợp bên trong: D610P: là băng chiếu sáng LED với 5 LED màu đỏ, với các bậc chiếu sáng liên tục. Dòng điện tiêu thụ :15...26mA; điện áp 12 ...15V Điện áp:200mV; 380mV; 560m; 740mV; 920mV cho các bậc D620P: là băng chiếu sáng với 10 LED, màu đỏ với bậc chiếu sáng liên tục. Dòng điện tiêu thụ 30...53mA; điện áp 12...15V. Điện áp cho các bậc chiếu sáng :110,200,290,380,470,560,740,830,920mV. D630P:băng chiếu sáng gồm 10 LED đỏ, với các bậc chiếu sáng không liên tục: Dòng điện tiêu thụ: 30...53mA; điện áp từ 12...15V Điện áp bậc chiếu sáng:100,200,...,1000mV. D634P: băng chiếu sáng gồm 7 LED, xanh lá cây với các bậc chiếu sáng không liên tục. Điện áp cho các bậc chiếu sáng : Xanh lá cây:100,200,...,700mV 2.4.2 Led matrix 8x8 đa sắc - Sơ đồ cấu tạo: - Loại 8x8 có hai màu có số chân ra của Led là 24 chân, trong đó 8 chân dùng để điều khiển hàng chung cho cả hai màu, 16 chân còn lại thì 8 chân dùng để điều khiển cột của màu thứ nhất và 8 chân còn lại dùng để điều khiển màu thứ hai - Led ma trận gồm các led phát quang được bố trí thành hàng và cột trong một vỏ. Các tín hiệu điều khiển cột được nối với Cathode của tất cả các led trên cùng một cột. Các tín hiệu điều khiển hàng cũng được nối với Anode của tất cả các led trên cùng một hàng như hình vẽ sau: Khi có một tín hiệu điều khiển ở cột và hàng, các chân Anode của các Led trên hàng tương ứng được cấp điện áp cao, đồng thời các chân Cathode các Led trên cột được cấp điện áp thấp. Tuy nhiên lúc đó chỉ có một Led sang, vì nó có đồng thời điện thế cao trên Anode và điện thế thấp trên Cathode. Như vậy, khi có một tín hiệu điều khiển hàng và cột, thì tại một thời điểm chỉ có 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 hiển thị một kí tự nào đó, nếu trong hiển thị tĩnh ta cấp áp cao cho Anode và áp thấp cho Cathode, cho các Led tương ứng mà ta muốn sáng. Nhưng khi đó một số Led ta không mong muốn sáng cũng sẽ sáng, miễn là nó nằm tại vị trí gặp nhau của các cột và hàng mà ta cấp nguồn. Vì vậy trong điều khiển Led ma trận ta không thể sử dụng phương pháp hiển thị tĩnh mà phải sử dụng phương pháp quét (hiển thị động), có nghĩa là ta phải tiến hành cấp tín hiệu điều khiển theo dạng xung quét trên các hàng và cột có Led cần hiển thị. Để đảm bảo cho mắt nhìn thấy Led không bị nháy, thì tầng số quét nhỏ nhất cho mỗi chu kì đi hết các cột là 20Hz (50ms). Trong lập trình vi điều khiển cho Led ma trận bằng vi xử lý ta cũng phải sử dụng phương pháp quét Led như vậy. Thực hiện quét dòng và cột : Chọn cột 1, đưa điện áp cột 1 về 0 Sau đó chọn và quét lần lượt các hàng 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 như sau : + Đèn 1 tắt → Điện áp đưa vào hàng 1 là 0V + Đèn 2 tắt → Điện áp đưa vào hàng 2 là 0V + Đèn 3 sáng → Điện áp đưa vào hàng 3 là 5V + Đèn 4 sáng → Điện áp đưa vào hàng 4 là 5V + Đèn 5 sáng → Điện áp đưa vào hàng 5 là 5V + Đèn 6 sáng → Điện áp đưa vào hàng 6 là 5V + Đèn 7 sáng → Điện áp đưa vào hàng 7 là 5V + Đèn 8 sáng → Điện áp đưa vào hàng 8 là 5V Chọn cột 2, nối đất. Sau đó quét lần lượt các hàng 1,2,3,4,5,6,7,8. + Đèn 1 tắt → Điện áp đưa vào hàng 1 là 0V + Đèn 2 sáng → Điện áp đưa vào hàng 2 là 5V + Đèn 3 tắt → Điện áp đưa vào hàng 3 là 0V + Đèn 4 sáng → Điện áp đưa vào hàng 4 là 5V + Đèn 5 tắt → Điện áp đưa vào hàng 5 là 0V + Đèn 6 tắt → Điện áp đưa vào hàng 6 là 0V + Đèn 7 tắt → Điện áp đưa vào hàng 7 là 0V + Đèn 8 tắt → Điện áp đưa vào hàng 8 là 0V Tiếp tục quét với cột từ 3 đến 8 bằng cách như trên, sau đó chuyển sang quét đèn LED màu đỏ Để mắt người nhận biết được toàn bộ hình nảh của ma trận ta phải tiến hành nhiều lần. Do mắt người không phân biệt được sự thay đổi ảnh nếu ảnh dó được quét với tốc độ 24 hình/s nên nếu ta quét ảnh với tốc độ bằng 24 hình/s thì ảnh chạy liên tục và không bị giật. PHẦN III SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI 3.1: Sơ đồ nguyên lý : 3.2. Khối nguồn 3.2.1 Chức năng Khối nguồn có chức năng vô cùng quan trọng nó cung cấp nguồn ổn định cho tất cả các phần tử trong mạch. Muốn mạch hoạt động ổn định thì điều kiện tiên quyết là phải có một bộ nguồn ổn định cung cấp cho các phần tử trong mạch 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý Khối nguồn gồm có nguồn cho mạch điều khiển, IC đệm và nguồn cho led matrix. Điện áp 220V AC qua biến áp xuống còn 6V AC, điện áp này được chỉnh lưu qua cầu diode thành 6V DC, sau đó nó được lọc bằng tụ hóa và tụ gốm rồi đi đến IC nguồn 7805 cho ra 5V DC cung cấp cho toàn mạch. 3.3 Khối đệm dữ liệu Sơ đồ nguyên lý : Khối đệm dữ liệu cho hàng và cột bao gồm 3 IC 74245. 3.4: Khối hiển thị - Gồm có led matrix 8x8 - Sơ đồ bord : 3.5. Khối Điều khiển - Sơ đồ nguyên lý : Ở đây ta dùng con 89C51, có 40 chân,gồm 4 Port dùng xuất nhập dữ liệu, mỗi Port 8 chân; 2 chân nguồn 20 mass và 40 Vcc; 2 chân gắn thạch anh (chân 18,19);1 chân reset chân 9;chân 29 là chân cho phép bộ nhớ chương trình; chân 30 là chân chốt địa chỉ và cuối cùng chân 31 là chân cho phép truy xuất ngoài. Để reset chíp ta reset bằng tay bởi nút nhấn. Các Port để điều khiển: Port 1 và Port 2 để điều khiển hàng Led ma trận Port 1 và 2 chân P3.0, P3.1 để điều khiển IC 74HC154 quét cột 3.6 Sơ đồ mạch board 3.7. Sơ đồ chân linh kiện Phần IV LẬP TRÌNH Bắt đầu 4.1. Lưu đồ thuật toán Kết thúc Hiển thị kết quả trên matrix led CTC sáng màu xanh P0.0=0 P0.1=0 Đ CTC sáng màu đỏ S CTC sáng màu vàng Đ S P0.2=0 Đ S 4.2. Chương trình con cho màu đỏ sáng: Bắt đầu R3=250 R3=250 b=00h R3=250 R6=10 R0=b; r1=00h; r2=8; Dptr=maled1 ( lan 2 dptr=maled2 ); a=r0; (a)=((a)+(dptr)); p3=a; Dptr=malquet; a=r1; (a)=((a)+(dptr)); p1=a; “delay” (cho hien thi ). R0=R0+1; R1=R1+1 ; R2=R2-1 R2=0 R6=R6-1 R6=0 b=b+1; r3=r3-1 R3=0 R3=39 Hiển thị kết quả Kết thúc 4.3. Chương trình điều khiển Các chương trình khác tương tự Code lập trình: $include(reg51.inc) :******************************************* INCLUDE 8051.mc ORG 0000H BDAU: MOV P1,#0FFH MOV P3,#00H MOV P2,#0FFH KTRA: ;************KIEM TRA NUT NHAN **************** JNB P0.1,DO ; KIEM TR