Tài liệu Thiết kế mạch bảng điểm cầu lông

Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồồ án Thiếết Kếế Mạch Điện Tử ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH BẢNG ĐIỂM CẦU LÔNG Sinh viên thực hiện Lớp : : Nha Trang, ngày 12 tháng 12 năm 2017 1 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của xã hội cùng sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cho nên nhu cầu về thông tin là điều thiết yếu đối với con người trong cuộc sống cũng như trong hoạt động sản xuất kinh hoanh. Việc đưa thông tin quảng cáo đến với người tiêu dùng, đến với xã hội trở nên dễ dàng và nhanh chống. Thông qua nhiều hình thức quang báo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của mình đến mọi người. Trong nhiều hình thức đa dạng của thông tin quảng cáo như báo, đài, tivi, tờ rơi, áp phích… thì việc dùng bảng thông tin điện tử là một cách đơn giản và hiệu quả để quang cáo. Chúng ta bắt gặp rất nhiều thông tin như vậy trong thực tế. khi đi vào mọt hiệu sách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán loại sách gì, giá như thế nào,.. là nhờ vào bảng đèn quang báo rất bắt mắt trước cửa hiệu. Hoặc vào sân bay, bạn biết được giờ giấc các chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường… cũng là nhờ quang báo. Và khi đi trên đường phố về đêm bạn sẽ bắt gặp cùng với ánh đèn màu là rất nhiều các bảng quang báo lớn với các hình ảnh sinh động như , logo quảng cáo với đủ kiểu. Với mong muốn giới thiệu những ứng dụng cơ bản của hệ thống trong đời sống hiện đại và để mọi người biết đến một vài ứng dụng cụ thể cũng như tầm quan trọng của nó. Nhóm chúng em đã tìm hiểu và đưa ra mô hình Bảng Tính Điểm Cầu Lông. Nhóm thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nhữ Khải Hoàn bộ môn điện tử , khoa điện – điện tử đã giúp nhóm hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Chúng em xin chân thành cảm ơn! 2 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Quang báo ngày càng phổ biến và không còn xa lạ với cuộc sống thường ngày của chúng ta. Vì thế nhóm chúng em đã áp dụng kỹ thuật Điện tử quang báo để ứng dụng làm Bảng tính điểm cầu lông. Ngày xưa với những bảng tính truyền thống thường thấy là ứng dụng tính điểm bằng cách lật tay từng con số để ghi điểm. Điều này đôi khi ngay bất tiện và thể hiện sự không chuyên nghiệm trong thời đại ngày nay. Với việc ra đời bảng tính điện tử sẽ cho thấy sự chuyên nghiệp, hiện đại và thuận tiện cho người sử dụng. 1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TÍNH ĐIỂM Các công nghệ thiết kế Bảng tính điểm hiện nay gồm nhiều công nghệ ,song thường sử dụng Led 7 thanh, Led ma trận, LCD, Led đơn… 1.2.1 Hệ thống tính điểm dùng LED 7 đoạn Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "led 7 đoạn". Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiện thị số là đủ, chẳng hạn led 7 đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó… Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn.8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện. Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0. Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để 3 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển. Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5v.Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b. Tương tự với các chân và các led còn lại. 1.2.2 Hệ thống tính điểm dùng LED đơn Diode phát quang là Diode phát sáng khi ta phân cực thuận cho nó và có dòng điện cấp qua. Diode này có thể phát ra màu sắc khác nhau. Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra. Ưu điểm: giá thành rẻ. Nhược điểm: Phải xếp LED theo những gì muốn hiển thị, không thể thay đổi được, khó khăn trong việc thi công những bảng quang báo có diện tích lớ 1.2.3 Hệ thống Tính điểm dùng LCD Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau. Trong thời đại hiện nay LCD cũng được ứng dụng khá nhiều trong lĩnh vực quang báo vì nó có khả năng hiển thị các nội dung cần truyền tải tốt hơn và đưa lại kết quả tốt hơn nhiều so với các loại hình quang báo khác. Nhưng trong thực tế loại hình này được sử dụng với tỉ lệ khá ít so với các loại hình khác do giá thành và chi phí bảo dưỡng cao, khó khăn trong việc sửa chữa, bảo dưỡng. 1.2.4 Hệ thống Tính điểm dùng LED ma trận 4 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn Bảng hiển thị ma trận LED (dot-matrix display) có 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. CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN 1.2.3 Phân tích và lựa chọn phương án Có rất nhiều các để điều khiển một bảng LED 7 ĐOẠN, trong đề tài này chúng em sử dụng vi điều khiển AT89S52 Để có thể điều khiển được một khối LED 7 ĐOẠN gồm 6 Led 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. 1.2.4 Xác định bài toán và giới hạn của đề tài Hệ thống điều khiển LED 7 ,bảng led bao gồm 6 con số Hiển thị số điểm của đội A, số hiệp đấu, số điểm của đội B. Theo thứ tự từ trái qua phải. CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG KHỐI NGUỒN KHỐI PHÍM KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 5 KHỐI HIỂN THỊ Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn Sơ đồ khối của hệ thống 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 hiển thị để hiển thị các con số theo ý người dùng. Khối phím: Gửi tín hiệu nhấn phím đến khối xử lý trung tâm Khối hiển thị: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm để hiển thị các con số 6 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn 2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH Chương trình điều khiển chính Chương trình đọc phím Module Hiển thị Led Sơ đồ Callgraph 2.3 SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG Bắt đầu Tắt hết LED Xuất dữ liệu ra 595 Hiển thị hết Xuất dữ liệu ra 595 tiếp lay De 7 Dịch phải Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn 2.4 CÁC MODULE TRONG HỆ THỐNG 2.4.1 Module điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển . Vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu để điều khiển khối hiển thị (Led 7) Bộ tạo dao động dùng thạch anh 12MHz cung cấp ngồn dao động cho vi điều khiển Bộ reset như trong hình vẽ dưới nhằm tạo ra xung reset, xác lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển khi nút reset được nhấn. 2.4.2 Module hiển thị Module hiển thị sử dụng 6 led 7 đoạn . Các LED được kết nối 8 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn Sơ đồ nguyên lý LED 7 đoạn Hình ảnh thực tế của một LED 7 đoạn 2.4.3 Module điều khiển LED Module điều khiển LED được kết nối như hình dưới đây. Module sử dụng IC chốt dịch 74HC595. Các chân Clock và Latch của IC 74HC595 được mắc song song như hình vẽ. Chân Data của IC 74HC595 đầu tiên được nối vào vi điều khiển. Các chân Data của 3 IC còn lại được mắc vào chân số 9 của IC 74HC595 trước đó. 9 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn  Thống Kê Linh Kiện - IC AT89S52 - IC 74HC595 (đây là ic dùng cho hiển thị Led ) -Đế có 16 chân (dùng để gắn IC 74HC595) -Bộ đế rắc cắm 5 dùng cho board led , 5 dùng cho board điều khiển và 8 dùng để kết nối với ma trận phím. - Điện trở kéo 4,7k dùng để cấu hình cho Port o khi cần thiết là cổng vào -Transistor C1815 (dùng để làm khối đệm hay thúc công suất) trình bày ở thiết kế chi - Điện trở 1k dùng hạn dòng cho led đơn báo nguồn -Tụ 10µF/16V dùng trong mạch reset. - Điện trở 10k dùng trong mạch reset. - Diot 1N4007 1A dùng trong mạch nguồn - Thạch anh 12Mhz dùng trong mạch giao động. - Tụ 470µF/25V, 02 tụ 104 và tất cả các tụ này được dùng trong khối nguồn. - IC ổn áp LM7805C/TO dùng trong khối ngồn đầu ra của IC này là 5v/DC 2.4.4 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 Adapter để biến điện áp xoay chiều 220V thành điện áp một chiều 12VDC, dùng IC ổn áp để lấy ra điện áp ổn định 5V ở ngõ ra. 10 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn Module nguồn Khối nguồn của mạch sử dụng IC ổn áp LM7805 thuộc dòng 78xx. 78xx là loại IC dùng để ổn định điện áp dương với điều kiện điện áp đầu vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V. Dòng IC 78xx có nhiều loại, ổn định nhiều mức điện áp khác nhau, cụ thể ở đây 7805 là dùng để ổn định điện áp đầu ra ở mức 5V. Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế IC 7805 7805 đóng gói dạng TO-220 gồm có 3 chân: 1. Vin: Chân đầu nguồn vào 2. GND: Chân nối đất 3. Vo: Chân đầu nguồn ra Như chúng ta biết, mạch ổn áp dùng Diode Zener tuy nhỏ gọn, đơn giản nhưng có nhược điểm cho dòng điện nhỏ (~20mA). Để tạo ra một điện áp cố định nhưng dòng điện lớn hơn người ta mắc thêm một Tranzitor để khuếch đại như sơ đồ dưới đây: Sơ đồ cấu tạo IC ổn áp 7805 Đây cũng chính là sơ đồ cấu tạo của IC 7805. Thông qua R và Dz ghim điện áp cố định trên chân E của Tranzitor Q1 11 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn Mạch ổn áp dùng trên ổn áp 7805 (78xx nói chung) rất ổn định và hiệu quả nên được sử dụng rộng rãi, sơ đồ lắp mạch đơn giản như sau: Sơ đồ mạch ổn áp dùng IC ổn áp 7805 2.4.5 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 chân 74HC595 12 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn 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. 13 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn Hình ảnh thực tế IC chốt dich 74HC595 2.5 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN 2.5.1 Sơ đồ thuật toán tổng thể Begin Kiểm tra Phím Lấy Mã phím Hiển thị End Sơ đồ thuật toán tổng thể 14 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn Sơ đồ thuật toán khối hiển thị Lấy mã phím Copy vào biến Hiển thị ra Led 7 đoạn Sơ đồ thuật toán khối hiển thị CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 XÂY DỰNG PHẦN MỀM 3.1.1 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: 15 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn - Kiểm tra phím nhấn và đọc mã phím - Xuất ra khối hiển thị kí tự số nhận từ phím bấm 3.1.2 Chương trình nạp vào vi điều khiển AT 89S52 Chương trình cho hệ thống Tính điểm được soạn thảo trên trình biên dịch bằng ngôn ngữ C. Sau đây là chương trình: #include #include #include #include // Khai bao chan dieu khien 595 #define DATA P0_0 #define LACH P0_2 #define SCK P0_1 #define coi P2_0 //khai chan quet ma tran phim /* #define h1 P2_0 #define h2 P2_1 #define h3 P2_2 #define h4 P2_3 #define c1 P2_4 #define c2 P2_5 #define c3 P2_6 #define c4 P2_7 */ #define h1 P1_0 #define h2 P1_1 #define h3 P1_2 #define h4 P1_3 #define c1 P1_4 #define c2 P1_5 #define c3 P1_6 16 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử #define c4 GVHD: Nhữ Khải Hoàn P1_7 #define keyport P1 unsigned char ma[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; unsigned int maphim = 16; unsigned int chuc1 = 0,dv1 = 0; unsigned int chuc2 = 0,dv2 = 0; unsigned int chuc3 = 0,dv3 = 0; void ktphim() { h1 = 0; h2 = h3 = h4 = c1 = c2 = c3 = c4 = 1; if(c1==0) {while(c1==0){} maphim = 1;} if(c2==0) {while(c2==0){} maphim = 2;} if(c3==0) {while(c3==0){} maphim = 3;} if(c4==0) {while(c4==0){} maphim = 12;} h2 = 0; h1 = h3 = h4 = c1 = c2 = c3 = c4 = 1; if(c1==0) {while(c1==0){} maphim = 4;} if(c2==0) {while(c2==0){} maphim = 5;} if(c3==0) {while(c3==0){} maphim = 6;} if(c4==0) {while(c4==0){} maphim = 13;} h3 = 0; h2 = h1 = h4 = c1 = c2 = c3 = c4 = 1; if(c1==0) {while(c1==0){} maphim = 7;} if(c2==0) {while(c2==0){} maphim = 8;} if(c3==0) {while(c3==0){} maphim = 9;} if(c4==0) {while(c4==0){} maphim = 14;} h4 = 0; h2 = h3 = h1 = c1 = c2 = c3 = c4 = 1; if(c1==0) {while(c1==0){} maphim = 10;} if(c2==0) {while(c2==0){} maphim = 0;} 17 Đồ Án Thiết Kế Mạch Điện Tử GVHD: Nhữ Khải Hoàn if(c3==0) {while(c3==0){} maphim = 11;} if(c4==0) {while(c4==0){} maphim = 15;} } /*-----------------Ham tao tre-------------------*/ void delay_ms(unsigned int ms) { unsigned int x,y; for(x=0;x - Xem thêm -