Đồ án Hiển thị chữ “DH GTVT CO SO 2” trên nền led ma trận 8x32

hoạt động trong thế giới ảo. Còn đối với các hệ nhúng thì chức năng xử lý tính toán được ứng dụng cụ thể cho các thiết bị vật lý (thế giới thật) như mobile phone, quần áo thông minh, các thiết bị điện tử cầm tay, thiết bị y tế, xe ô tô, tầu tốc hành, phương tiện vận tải thông minh, máy đo, đầu đo, cơ cấu chấp hành thông minh, các hệ thống điều khiển, nhà thông minh, thiết bị gia dụng thông minh v.v... 1.3. Vai trò của hệ thống nhúng trong sự phát triển của lĩnh vực công nghệ cao “3C “. Trong khi các hệ thống tin học sử dụng máy tính để hỗ trợ và tự động hóa quá trình quản lý, thì các hệ thống điều khiển tự động dùng máy tính để điều khiển và tự động hóa quá trình công nghệ. Chính vì vậy các thành tựu của công nghệ phần cứng và công nghệ phần mềm của máy tính điện tử được áp dụng và phát triển một cách có chọn lọc và hiệu quả cho các hệ thống điều khiển tự động. Và sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin kéo theo sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa. Ta có thể thấy quá trình các hệ nhúng thâm nhập vào từng phần tử, thiết bị thuộc lĩnh vực tự động hóa như đầu đo, cơ cấu chấp hành, thiết bị giao diện với người vận hành thậm chí vào các rơle, contactor, nút bấm mà trước kia hoàn toàn làm bằng cơ khí. Trước khi đầu đo gồm phần tử biến đổi từ tham số đo sang tín hiệu điện, mạch khuyếch đại, mạch lọc và mạch biến đổi sang chuẩn 4-20mA để truyền tín hiệu đo về trung tâm xử lý. Hiện nay đầu đo đã tích hợp cả chip vi xử lý, biến đổi ADC, bộ truyền dữ liệu số với phần mềm đo đạc, lọc số, tính toán và truyền kết quả trên mạng số về thẳng máy tính trung tâm. Như vậy đầu đo đã được số hóa và ngày càng thông minh do các chức năng xử lý từ máy tính trung tâm trước kia nay đã được chuyển xuống xử lý tại chỗ bằng chương trình nhúng trong đầu đo. Tương tự như vậy cơ cấu chấp hành như môtơ đã được chế tạo gắn kết hữu cơ với cả bộ servo với các thuật toán điều chỉnh PID tại chỗ và khả năng nối mạng số tới máy tính chủ. Các tủ rơle điều khiển chiếm diện tích lớn trong các phòng điều khiển nay được co gọn trong các PLC(programble Logic Controller). Các bàn điều khiển với hàng loạt các đồng hồ chỉ báo, các phím, núm điều khiển, các bộ tự ghi trên giấy cồng kềnh nay được thay thế bằng một vài PC. Hệ thống cáp truyền tín hiệu analog 4-20mA, ± 10V từ các đầu đo, cơ cấu chấp hành về trung tâm điều khiển nhằng nhịt trước đây đã được thay thế bằng vài cáp đồng trục hoặc cáp quang truyền dữ liệu số Ta có thể nói các hệ nhúng đã “thay thế và chiếm phần ngày càng nhiều” trong các phần tử, hệ thống thuộc lĩnh vực công nghệ cao “3C”. Trong lĩnh vực rôbôt, với sự áp dụng các thành tựu của các hệ nhúng, rôbôt đã có thị giác và xúc giác. Việc áp dụng trí khôn nhân tạo vào rôbôt đã đưa rôbôt từ ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp sang các lĩnh vực dịch vụ và y tế. Kết hợp với các thành tựu của cơ điện tử, rôbôt ngày càng uyển chuyển và thông minh hơn. Trong tương lai rôbôt không chỉ thay thế hoạt động cơ bắp của con người mà còn có thể thay thể các công việc đòi hỏi họat động trí não của con người. Lúc này hệ thống điều khiển của rôbôt không chỉ là các vi xử lý mạnh mà còn có sự hỗ trợ của các máy tính mạng nơron nhân tạo, xử lý song song nhúng trong rôbôt. Các nghiên cứu phát triển này hiện nay còn ở giai đoạn ban đầu. 1.4. Đặc tính, phương pháp thiết kế và xu thế phát triển của các hệ nhúng Các hệ nhúng là những hệ kết hợp phần cứng và phần mềm một cách tối ưu. Các hệ nhúng là những hệ chuyên dụng, thường hoạt động trong chế độ thời gian thực, bị hạn chế về bộ nhớ, giá thành phải rẻ nhưng lại phải hoạt động tin cậy và tiêu tốn ít năng lượng. Các hệ nhúng rất đa dạng và có nhiều kích cỡ, khả năng tính toán khác nhau. Ngoài ra các hệ nhúng thường phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt có độ nóng ẩm, rung xóc cao. Ví dụ như các điều khiển các máy diesel cho tàu biển, các thiết bị cảnh báo cháy nổ trong hầm lò. Các hệ thống nhúng lớn thường là các hệ nối mạng. Ở máy bay, tàu vũ trụ thường có nhiều mạng nhúng kết nối để kiểm soát hoạt động và điều khiển.Trong ô tô hiện đại có đến trên 80 nút mạng kết nối các đầu đo cơ cấu chấp hành để bảo đảm ô tô hoạt động an toàn và thoải mái cho người sử dụng. Thiết kế các hệ thống nhúng là thiết kế phần cứng và phần mềm phối hợp. Cách thiết kế cổ điển là cách xác định trước các chức năng phần mềm (SW) và phần cứng (HW) rồi sau đó các bước thiết kế chi tiết được tiến hành một cách độc lập ở hai khối. Hiện nay đa số các hệ thống tự động hóa thiết kế (CAD) thường dành cho thiết kế phần cứng. Các hệ thống nhúng hiện nay sử dụng đồng thời nhiều công nghệ như vi xử lý, DSP, mạng và các chuẩn phối ghép, protocol, do vậy xu thế thiết kế các hệ nhúng hiện nay đòi hỏi có khả năng thay đổi mềm dẻo hơn trong quá trình thiết kế 2 phần HW và SW. Để có được thiết kế cuối cùng tối ưu, quá trình thiết kế SW và HW phải phối hợp với nhau chặt chẽ và có thể thay đổi sau mỗi lần thử chức năng hoạt động tổng hợp. Thiết kế các hệ nhúng đòi hỏi kiến thức đa ngành về điện tử, xử lý tín hiệu, vi xử lý, thuật điều khiển và lập trình thời gian thực. Phần mềm trong các hệ nhúng ngày càng chiếm tỉ trọng cao và đã trở thành một thành phần cấu tạo nên thiết bị bình đẳng như các phần cơ khí, linh kiện điện tử, linh kiện quang học ... các hệ nhúng ngày càng phức tạp hơn đáp ứng các yêu cầu khắt khe về thời gian thực, tiêu ít năng lượng, hoạt động tin cậy ổn định hơn, có khả năng hội thoại cao, có khả năng kết nối mạng, có thích nghi, tự tổ chức cao có khả năng tái cấu hình như một thực thể, một tác nhân. Và có khả năng tiếp nhận năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau (ánh sáng, rung động, điện từ trường, sinh học ...) để tạo nên các hệ thống tự tiếp nhận năng lượng trong quá trình họat động. 1.5. Môi trường thông minh Sức đẩy của công nghệ sẽ đưa công nghệ vi điện tử tiếp cận và cộng năng với công nghệ sinh học tạo nên công nghệ nano với độ phức tạp giga vào thập niên 2010-2020. Các chip vi hệ thống xử lý hỗn hợp tương tự và số MS-SoC (Mixed Signal System on chip) vào giai đoạn này sẽ có trên 2 tỷ transistor, 1000 lõi CPU, 100MB bộ nhớ và hoạt động ở tần số 200GHz. Với những vi hệ thống có khả năng tính toán siêu hạng này việc thiết kế các hệ nhúng sẽ gặp không ít thách thức như xử lý song song, độ phức tạp của phần mềm nhúng và khả năng cung cấp năng lượng cho các thiết bị cầm tay. Trong tương lai năng lượng cho truyền dữ liệu sẽ lớn gấp từ 5 đến 30 lần năng lượng hoạt động của các CPU. 1.6 Hệ thống quang báo dùng LED ma trận Bảng hiển thị ma trận LED (dot-matrix display) co rất nhiều loại và đủ kích cỡ to nhỏ khác nhau, mỗi bảng gồm có rất nhiều LED đơn được ghép lại vời nhau thánh một khối.Trong khối đó các LED đơn được sắp xếp theo các hàng và các cột,tại mỗi giao điểm của hàng và cột là một LED đơn,và người ta thường phân biệt các loại bảng LED theo số hàng và cột. Môt bảng led 5x7 tức là có 5 cột dọc và 7 hàng ngang,tổng cộng sẽ có 5x7=35 led đơn được ghép lại.Cũng như vậy một bảng led 8x8 là có 8 hàng và 8 cột,do đó có 64 led đơn ghép lại.Và nhiều loại cỡ to hơn như 16x16 hay 32x32.Trong đề tài này chúng em sử dụng bảng led 8x32 tức là có 8 cột và 32 hàng, do đó có 256 led đơn ghép lại. Các giải pháp và cách xác định bài toán 1.7.1 Phân tích và lựa chọn phương án Có rất nhiều các để điều khiển một bảng LED ma trận, trong đề tài này chúng em sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A. Để có thể điều khiển được một khối LED ma trận 8x32 chúng ta không thể chỉ sử dụng các chân của vi điều khiển nên ở đây em sử dụng thêm IC dịch 74HC595 để mở rộng cổng, tiết kiệm chân cho vi điều khiển. Xác định bài toán và giới hạn của đề tài Hệ thống điều khiển 4 LED ma trận ,bảng led bao gồm 8 cột và 32 hàng Hiển thị chữ “ DH GTVT CO SO 2” trên nền led ma trận 8x32 Dòng chữ chạy từ phải qua trái. Và có thể thay đổi được dòng chữ đó thông qua PC CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 2.1 Tổng quan về phần mềm CCS 2.1.1 Vì sao ta sử dụng CCS Sự ra đời của một loại vi điều khiển đi kèm với việc phát triển phần mềm ứng dụng cho việc lập trình cho con vi điều khiển đó.Vi điều khiển chỉ làm việc với hai con số là 0 và 1.Ban đầu lập trình cho con vi điều khiển là làm việc với dãy các con số là 0 và 1.Sau này khi kiến trúc của con vi diều khiển ngày càng phức tạp hơn,số lượng thanh ghi lệnh nhiều lên,việc lập trình với các dãy số 0 và 1 không phù hợp nữa,đòi hỏi ra đời ngôn ngữ mới thay thế,ngôn ngữ Assembly.Sau này khi ngôn ngữ C ra đời,nhu cầu dùng ngôn ngữ C thay thế cho ASMtrong việc mô tả các le6nh5la6p5 trình cho vi đều khiển một cách ngắn gọn và dễ hiểu hơn dẫn đến sự ra đời của nhiều chương trình soạn thảo và biên dịch C cho vi điều khiển : Keil C, HT-PIC, MikroC, CCS…. Em chọn CCS cho phần thiết kế của mình vì CCS là một công cụ lập trình C cho mạch vi điều khiển PIC 2.1.2 Giới thiệu về CCS CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho vi điều khiển PIC của hãng Microchip.Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dịch riêng biệt cho 3 dòng PIC khác nhau đó là: PCB cho dòng PIC 12-bit opcodes PCM cho dòng PIC 14-bit opcodes PCH cho dòng PIC 16 và 18-bit Tất cả 3 trình biên dịch này được tích hợp lại trong một chương trình bao gồm cả trình soạn thảo và biên dịch là CCS Giống như nhiều trình biên dịch C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt nhanh chóng được vi điều khiển PIC và sử dụng PIC trong các dự án. Các chương trình điều khie6n3se4 được thực hiện nhanh chóng và đạt hiệu quả cao thông qua việc sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp cao- Ngôn ngữ C. 2.2 Giới thiệu phần mềm proteus 7.8 SP Phần mềm proteus là phần mềm mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như : MCS-51, PIC, AVR….. Phần mềm bao gồm hai chương trình ISIS cho phép mô phỏng và ARES dùng để vẽ mạch in CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG Sơ đồ khối tổng thể của hệ thống KHỐI NGUỒN KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM KHỐI ĐIỀU KHIỂN LED MA TRẬN KHỐI HIỂN THỊ Sơ đồ khối của hệ thống quang báo Khối nguồn: Tạo ra điện áp một chiều ổn định 5V từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho các khối và linh kiện trong hệ thống. Khối xử lý trung tâm: Tạo ra tín hiệu điều khiển khối điều khiển LED ma trận và khối hiển thị để hiển thị các ký tự như chương trình đã định trước. Khối điều khiển LED ma trận: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, giải mã và cung cấp nguồn ổn định và đủ lớn để chuyển ra khối hiển thị. Khối hiển thị: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm và khối điều khiển LED ma trận để hiển thị các ký tự theo chương trình đã trong khối xử lý trung tâm  3.2 Sơ đồ khối Graph Module Giải mã Module Hiển thị IC Giải mã Led Ma trận Chương trình điều khiển chính Sơ đồ Callgraph Sơ đồ đặc tả của hệ thống Tắt hết LED Hiển thị từng cột Dịch trái Bắt đầu Delay Hiển thị cột tiếp theo Delay Hiển thị hết  Các modul trong hệ thống Module điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển PIC16F877A. Vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu để điều khiển khối hiển thị (Led ma trận) và khối điều khiển hiển thị theo các chương trình đã lập trình sẵn. Bộ tạo dao động dùng thạch anh 20MHz cung cấp ngồn dao động cho vi điều khiển Sơ đồ nguyên lý module điều khiển trung tâm  Module hiển thị Module hiển thị sử dụng 4 led ma trận 8x8 ghép nối lại với nhau thành một ma trận 8x32. Các LED ma trận được nối chung các chân cho phép hàng với nhau(H1 đến H8). Các chân cho phép cột được tách riêng và nối vào Module điều khiển LED ma trận (C1 đến C32) Sơ đồ module hiển thị Module điều khiển LED ma trận Module điều khiển LED được kết nối như hình dưới đây. Module sử dụng IC chốt dịch 74HC595 . Sơ đồ module điều khiển LED ma trận Module nguồn Module này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho các linh kiện trong hệ thống. Sử dụng biến áp để biến điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu từ 12V xoay chiều sang 12V một chiều, dùng IC ổn áp để lấy ra điện áp ổn định 5V ở ngõ ra. Module nguồn Lựa chọn linh kiện Khối điều khiển Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A Một vài thông số về vi điều khiển PIC 16F877A: Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau: Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit. Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep. Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung. Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C. Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS bên ngoài. Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit. Hai bộ so sánh. Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần. Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần. Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân. Watchdog Timer với bộ dao động trong. Chức năng bảo mật mã chương trình. Chế độ Sleep. Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau. Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A Tổ chức bộ nhớ vi điều khiển PIC16F877A: Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (program memory) và bộ nhớ dữ liệu (data memory) . Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash , dung lượng bộ nhớ 8k word (1 word= 14bit) và được phân thành nhiều trang (từ page 0 đến page 3) .Như vậy bộ nhớ chương trinh có khả năng chứa được 8*1024 =8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit). Để mã hóa được địa chỉ của 8k word bộ nhớ chương trình , bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC) . Khi vi điều khiển reset , bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (reset vector). Khi có ngắt xảy ra , bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (interrupt vector). Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau. Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Pegister) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình. Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi. Khi lệnh CALL được thực hiện hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương trình PC tự động được vi điều khiển cất vào trong stack. Khi một trong các lệnh RETURN, RETLW hat RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng qui trình định trước. Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứa được 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị 6 cất vào Stack lần thứ 2. Cần chú ý là không có cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đó ta không biết được khi nào stack tràn. Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển dòng PIC cũng không có lệnh POP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn được điều khiển bởi CPU. Các cổng xuất nhập của PIC16F877A Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với thế giới bên ngoài. Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng. Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài. Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó. Port A Port A (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một chân trong PortA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong Port A là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lại. Bên cạnh đó Port A còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port). Các thanh ghi SFR liên quan đến Port A bao gồm: Port A (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong Port A. TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập. CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh. CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp. ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC. Port B Port B (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB. Bên cạnh đó một số chân của Port B còn đươc sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. Port B còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. Port B còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình. Các thanh ghi SFR liên quan đến Port B bao gồm: Port B (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong Port B TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập OPTION_REG(địa chỉ 81h,181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0 Port C PortC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC. Bên cạnh đó Port C còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART. Các thanh ghi điều khiển liên quan đến Port C: Port C (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong Port C TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập. Port D Port D (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISD. Port D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port). Các thanh ghi liên quan đến Port D bao gồm: Thanh ghi Port D : chứa giá trị các pin trong Port D. Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập. Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập Port E và chuẩn giao tiếp PSP. Port E Port E (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân của PortE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó Port E còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP. Các thanh ghi liên quan đến Port E bao gồm: Port E : chứa giá trị các chân trong PortE. TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP ADCON1: thanh ghi điều khiển khối ADC. Ngắt (Interrupt) PIC16F877A có đến 15 nguồn tạo ra hoạt động ngắt được điều khiển bởi thanh ghi INTCON (bit GIE). Bên cạnh đó mỗi ngắt còn có một bit điều khiển và cờ ngắt riêng. Các cờ ngắt vẫn được set bình thường khi thỏa mãn điều kiện ngắt xảy ra bất chấp trạng thái của bit GIE, tuy nhiên hoạt động ngắt vẫn phụ thuộc vào bit GIE và các bit điều khiển khác. Bit điều khiển ngắt RB0/INT và TMR0 nằm trong thanh ghi INTCON, thanh ghi này còn chứa bit cho phép các ngắt ngoại vi PEIE. Bit điều khiển các ngắt nằm trong thanh ghi PIE1 và PIE2. Cờ ngắt của các ngắt nằm trong thanh ghi PIR1 và PIR2. Trong một thời điểm chỉ có một chương trình ngắt được thực thi, chương trình ngắt được kết thúc bằng lệnh RETFIE. Khi chương trình ngắt được thực thi, bit GIE tự động được xóa, địa chỉ lệnh tiếp theo của chương trình chính được cất vào trong bộ nhớ Stack và bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h. Lệnh RETFIE được dùng để thoát khỏi chương trình ngắt và quay trở về chương trình chính, đồng thời bit GIE cũng sẽ được set để cho phép các ngắt hoạt động trở lại. Các cờ hiệu được dùng để kiểm tra ngắt nào đang xảy ra và phải được xóa bằng chương trình trước khi cho phép ngắt tiếp tục hoạt động trở lại để ta có thể phát hiện được thời điểm tiếp theo mà ngắt xảy ra. Đối với các ngắt ngoại vi như ngắt từ chân INT hay ngắt từ sự thay đổi trạng thái các pin của PORTB (PORTB Interrupt on change), việc xác định ngắt nào xảy ra cần 3 hoặc 4 chu kì lệnh tùy thuộc vào thời điểm xảy ra ngắt. Cần chú ý là trong quá trình thực thi ngắt, chỉ có giá trị của bộ đếm chương trình được cất vào trong Stack, trong khi một số thanh ghi quan trọng sẽ không được cất và có thể bị thay đổi giá trị trong quá trình thực thi chương trình ngắt. Điều này nên được xử lý bằng chương trình để tránh hiện tượng trên xảy ra. Ngắt INT Ngắt này dựa trên sự thay đổi trạng thái của pin RB0/INT. Cạnh tác động gây ra ngắt có thể là cạnh lên hay cạnh xuống và được điều khiển bởi bit INTEDG (thanh ghi OPTION_ REG ). Khi có cạnh tác động thích hợp xuất hiện tại pin RB0/INT, cờ ngắt INTF được set bất chấp trạng thái các bit điều khiển GIE và PEIE. Ngắt này có khả năng đánh thức vi điều khiển từ chế độ sleep nếu bit cho phép ngắt được set trước khi lệnh SLEEP được thực thi. Ngắt do sự thay đổt trạng thái các PIN trong Port B Các pin PORTB được dùng cho ngắt này và được điều khiển bởi bit RBIE (thanh ghi INTCON). Cờ ngắt của ngắt này là bit RBIF (INTCON). Hình ảnh thực tế vi điều khiển PIC 16F877A IC dịch 74HC595 74HC595 là một thanh ghi dịch 8 bit đầu vào nối tiếp, có các đầu ra song song và nối tiếp, ngõ ra có bộ đệm 3 trạng thái. Sơ đồ chân của 74HC595 như sau: Sơ đồ logic của 74HC595 QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG,QH: là các ngõ ra song song của 74HC595 Chân 14 (A): đầu vào nối tiếp Chân 9 (SQH) : đẩu ra nối tiếp Chân 13 (Output Enable): Tích cực mức thấp, khi chân này ở mức thấp thì tín hiệu từ bộ chốt được đưa ra đầu ra. Khi nó ở mức cao thì các đầu ra song song ở trạng thái trở kháng cao. Đầu ra nối tiếp không bị ảnh hưởng bởi chân này. Chân 12 (Latch clock): Quá trình chuyển từ mức thấp sang mức cao ở Latch clock sẽ chốt dữ liệu được dịch trong thanh ghi dich vào bộ chốt. Chân 11 (Shift Clock) : Đầu vào xung nhịp, một quá trình chuyển từ mức thấp đến mức cao ở chân này sẽ dịch dữ liệu trong thanh ghi dịch một nhịp. Chân 10 (Reset) : Reset không đồng bộ, tích cực mức thấp. Mức thấp ở chân này sẽ reset thanh ghi dịch nhưng không reset bộ chốt lối ra. Hình ảnh thực tế IC chốt dich 74HC595 Khối hiển thị (LED ma trận) Khối hiển thị là một khối LED ma trận 8x32 được ghép thành từ 4 LED ma trận 8x8. Mỗi LED ma trận 8x8 được tạo nên bằng cách ghép 64 LED đơn vào với nhau theo sơ đồ dưới đây: Sơ đồ nguyên lý LED ma trận 8x8 Kết nối 4 LED ma trận 8x8 như trên theo nguyên tắc nối chung hàng hoặc chung cột ta sẽ được một LED ma trận 8x32 với 40 chân điều khiển. Nếu nối chung hàng thì sẽ có 8 chân điều khiển hàng và 32 chân điều khiển cột. Và ngược lại, nếu nối chung cột thì sẽ có 8 chân điều khiển cột và 32 chân điều khiển hàng. Hình ảnh thực tế một mạch LED ma trận 8x32 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG Sơ đồ mô phỏng mạch quang báo dùng LED ma trận 8x32 được thiết kế trên phần mềm Proteus 7.5 Sp2. Do những đặc thù của phần mềm và những linh kiện trong đó nên trong mạch mô phỏng không cần khối nguồn, mạch tạo dao động cũng như mạch reset cho vi điều khiển. Sơ đồ mô phỏng mạch quang báo dùng Led ma trận 8x32 Sơ đồ thuật toán Sơ đồ thuật toán tổng thể Begin Kiểm tra chuỗi ký tự được nhập End Hiển thị Nhập chuỗi ký tự từ PC Đ Lấy độ dài chuỗi ký tự Kiểm tra chuỗi ký tự mặc định S Sơ đồ thuật toán khối hiển thị Ký tự = 0 Cột > 5 Copy font ký tự vào bộ đệm Ký tự ++ Hiển thị ra cột Cột = 0 Cột ++ Ký tự > Độ dài chuỗi Đ S Đ CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ THỐNG Xây dựng phần mềm Sơ đồ thuật toán cho hệ thống Việc thiết kế phần mềm cho hệ thống chính là việc xây dựng chương trình điều khiển nạp vào Vi xử lý. Trước tiên phải có sơ đồ thuật toán điều khiển để xử lý các vấn đề về nguyên tắc hoạt động của mạch. Các vấn đề đặt ra là: Xuất ra khối điều khiển một mảng kí tự đã được đặt sẵn. Cho các ký tự chạy từ phải sang trái Chỉ cần nhập một mảng ký tự vào phần mềm là có thể thay đổi được mà không cần lập trình lại Sau đây là sơ đồ