Tài liệu Báo cáo đồ án quan báo quay

Đồ Án Vi Xử Lý Quang Báo Quay Người Thực Hiện Nguyễn Văn Tài MSSV:0309151077 Bộ Môn Tự Động Hóa Khoa Điện-Điện Lạnh Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Tháng 11 năm 2017 Quang Báo Quay Giáo viên hướng dẫn: T.s Đặng Đắc Chi T.s Cao Hoàng Vũ Người thực hiệnThực hiện Nguyễn Văn Tài NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Tài MSSV: 0309151077 Khoá: 2015 Khoa: Điện – Điện Lạnh Ngành: CNKT Điều khiển & Tự động hóa 2. 1. Đầu đề đồ án: Quang Báo Quay Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Phần mềm:  PIC-C Compiler CCS PCWHD  Proteus 8.0 Professioal  PICkit 2 v2.61 Tài liệu:  Datasheet PIC16F87XA – Microchip  Datasheet Sensor A3144 Thiết bị:  PIC16F877A  Sensor A3144  Led dơn (3mm)  Mạch nạp PICkit 2 3. Yêu cầu đề tài:  Sử dụng PIC16F877A để làm bộ điều khiển chính.  Hiển thị ảnh tĩnh. 4. Họ tên giảng viên hướng dẫn: Đặng Đắc Chi Cao Hoàng Vũ Trịnh Quang Vũ 5. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 09/2017 Ngày hoàn thành đồ án: 11/2017 Quang Báo Quay Người thực hiện: Nguyễn Văn Tài Hội Đồng Chấm Bảo Vệ: (Trưởng Tiểu Ban )TS. Đặng Đắc Chi (Thành Viên) (Thành Viên) (Thành Viên) (Thành Viên) (Thành Viên) (Thành Viên) (Thành Viên) (Thành Viên) Tháng 7 năm 2016 Lời Cảm Ơn . Đề tài đồ án học phần tự động quang báo quay sử dụng card RF giao tiếp nối tiếp . Đây là đề tài có tính thực tiễn cao vì đề tài này góp phần cho chúng em hiểu rõ hơn về led quay, led ma trận và giúp cho mọi người dễ dàng hơn trong việc nghiên cứu làm quảng cáo led . Trong suốt quá trình làm đồ án em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của quý thầy cô trong bộ môn Tự động hoá, khoa Điện-Điện lạnh. Đặc biệt là thầy Đặng Đắc Chi và thầy Cao Hoàng Vũ đã dõi theo em suốt thời gian làm đồ án hướng dẫn em hoàn thành đề tài này. Trong quá trình thể hiện và trình bày môn học vì thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế, nên không khỏi thiếu sót. Mong các thầy, cô cho nhận xét để đồ án này được hoàn thiện hơn. Chúng e xin chân thành cảm ơn! Mục Lục Lời cảm ơn Mục lục. Danh sách các hình . Danh sách các bảng ......................................................................................................... 2 Tóm tắt ............................................................................................................................. 3 Chương I: Giới thiệu đề tài .............................................................................................4 1.1 Giới thiệu led quay ............................................................................................4 1.1.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................................................. 5 1.2 Mục đích của đồ án ...........................................................................................5 1.3 Kế hoạt thực hiện ..............................................................................................6 Chương II: Lý thuyết cơ bản .......................................................................................... 7 2.1 Giới thiệu ................................................................................................................ 7 2.2 Sử dụng các chức năng .......................................................................................... 9 2.2.1 2.3 Ngắt ngoài RB0 ...................................................................................................... 9 Một số linh kiện quan trọng ............................................................................. 9 Chương III: Thiết kế sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý ....................................................... 10 3.1 Thiết kế sơ đồ khối ..........................................................................................10 3.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý ................................................................................. 11 Chương IV: Chương trình điều khiển ........................................................................ 13 4.1 Lưu đồ giải thuật............................................................................................. 13 4.2 Chương trình ngôn ngữ C .............................................................................. 14 Chương V: Kết luận và hướng phát triển .................................................................. 18 5.1 Những kết quản đạt được...............................................................................18 5.2 Hướng phát triển............................................................................................. 18 Tài Liệu Tham Khảo ..................................................................................................... 19 1 Danh Sách Các Hình Hình 1.1 Quang báo quay Hình 2.1. Sơ đồ chân của Pic 16f877a Hình 2. 1 PIC ngoài thực tế Hình 2. 2 Cảm biến hall A3144 Hình 3.1 Sơ đồ khối đề tài Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 3. 3: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý. Hình 3. 4: sơ đô khối hiển thị Danh Sách Các Bảng Bảng 1: Kê hoạt thực hiện đề tài . 2 Tóm Tắt Nhiệm vụ chính của đồ án là nghiên cứu và ứng dụng quang báo trong hiển thị ảnh tĩnh quay. Với nhiện vụ đó, đồ án bao gồn các vấn đề sau : Chương I đến chương II : Giới thiệu tổng quát đò án và các lý thuyết liên quan đến đề tài. Đó là các lý thuyết về xử lý ảnh, về quang báo nói chung. Chương III : Thực hiện ý tưởng thiết kế mạch quang led và đã thi công mạch thành công dựa trên cơ sở lý thuyết đã nêu ra trong các chương đầu. Chương IV : thực hiện ý tưởng về giải thuật phần mềm. Đã đạt được yêu cầu về hiển thị ảnh tĩnh. ……. 3 Chương I: Giới thiệu 1.1 Tổng quan về đề tài Quang báo quay (propeller display) là mạch ứng dụng hiệu ứng led đơn để tạo ra kí tự, chữ, hình ảnh mà người lập trình cần hiển thị. Mạch quang báo dùng trang hoàng cho các buổi tiệc, liên hoan , sinh nhật, giáng sinh, tết,.... Với mục đích này thì phải thực hiện sao cho đẹp, lạ, gọn nhẹ, an toàn là điều cần thiết. Các hiệu ứng của quang cáo sẽ làm cho buổi tiệc, liên hoan hay các sản phẩm quảng cáo trở nên đẹp và thu hút mọi người hơn. Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch hiển thị thông qua led đơn nhờ các tín hiệu được xuất ra từ vi điều khiển PIC 16F877A và sử dụng ngôn ngữ lập trình CCS. Tín hiệu từ vi điều khiển đưa ra led đơn cùng vói việc động cơ DC xoay ở một tốc độ tương đối ổn định, kết hợp với ngắt ngoài và sự lưu ảnh của mắt cùng với các khoảng delay khác nhau sẽ hiển thị được các hình ảnh, văn bản mà ta muốn hiển thị. Hình 1. 1 Quang báo quay Sự lưu ảnh của mắt: Sự lưu ảnh của mắt tức là lưa ảnh trên võng mạch phải mất một khoảng thời gian cở 0.1s thì võng mạc mới phục hồi lại như củ được. Trong khoảng thời 4 gian 0.1s này cảm giác ánh sáng chưa bị mất và người quan sát vẩn còn thấy hình ảnh của vật. Trong phim ảnh người ta chiếu 24 ảnh trên một giây để người xem có cảm giác các hoạt động trong phim ảnh là liên tục. 1.1.2 Nguyên lý hoạt động Với một thanh led đơn khi quay quanh trục tùy theo kiểu đặt thanh led đứng hay nằm mà ta có những cột led xếp thành hình trụ tròn, hình tròn, hình vành khăn…giống như một bảng led ma trận.Việc đưa dữ liệu từ vi điều khiển (VĐK) ra led về nguyên tắc giống với phương pháp quét LED matrix, lợi dụng sự lưu ảnh trên mắt kết hợp với tốc độ quay của động cơ sẽ tạo ra những đoạn văn bản, hình ảnh với hiệu ứng mong muốn vì thế khi chọn động cơ ta cần chọn loại có tốc độ vòng quay nhanh và ổn định. Tốc độ quay càng nhanh thì ảnh hiểu thị sẽ càng mịn. Nguyên tắc hiểu thị ảnh là tại 1 vị trí trên hành trình quay của dãy led sẽ ứng với 1 trạng thái hiển thị, do tốc độ quay nhanh mắt ta sẽ thấy 1 ảnh là sự kết hợp của các trạng thái hiển thị led tại các vị trí khác nhau trên hành trình quay theo chủ ý của người viết chương trình (văn bản, hình ảnh…) Quét led có 2 phuơng pháp: quét cột và quét hàng Quét cột: t hường sử dụng, tức là quét lần lượt hết các cột (cột ảo ). Khi quét cột nào thì cột đó sẽ hiển thị tương ứng các trạng thái tắt mở các vị trí cần hiển thị của led. Khi lần lượt quét hết các cột thì chữ, hình ảnh cần hiển thị lần lượt được hiện ra.Phương pháp này hữu ích để dịch cột từ trái sang phải hay từ phải sang trái (chạy chữ qua lại). Quét hàng: ngược lại so với quét cột. Phương pháp này thuận lợi cho việc chạy chữ lên xuống. 1.2 Mục đích của đồ án. - Tìm tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu, đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế. - Thiết kế chế tạo board mạch gồm các khối như: khối xử lý trung tâm dùng họ vi điều khiển PIC16F877A, khối cảm biến dùng sensor hall A3144 để ngắt ngoài, khối nguồn, khối hiện thị dùng Led. 5 - Hiển thị ảnh tĩnh bằng quét Led. 1.3 Kế Hoạch Thực Hiện. Tuần 1 (12/09-16/09) 2 (19/09-23/09) 3 (26/09-30/09) 4 (03/10-07/10) Nội dung công việc Nhận đề tài, lập kế hoạch công việc. Tìm kiếm tài liệu, lập yêu cầu đề tài và lập dàn bài báo cáo. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, tìm hiểu phần mềm. Thiết kế và thi công phần cứng, lập báo cáo tuần Tìm hiểu các hàm trong chương trình Tìm hiểu linh kiện thiết bị phần cứng 5 (10/10-14/10) 6 (17/10-21/10) 7 (24/10-28/10) 8 Hoàn thiện phần cứng, viết chương trình đề tài Hoàn thiện chương trình Soạn thảo hoàn thành báo cáo, nghe hướng dẫn góp ý của giảng viên Hoàn thiện chỉnh sửa, báo cáo thử (31/10-04/11) 9 (07/11-11/11) 10 (28/11-02/12) 11 (05/12-09/12) Báo cáo đề tài Tham khảo một số đề tài trong lớp Tham khảo một số đề tài trong lớp Báo cáo tổng quan đồ án môn học Bảng 1 Kế hoạch thực hiện đề tài 6 Chương II: Lý Thuyết Cơ Bản 2.1 Giới Thiệu. Pic 16f877a là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A như sau: - 8 K Flash ROM. - 368 Bytes RAM. - 256 Bytes EEPROM. - 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập. - 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2). - Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài. - 2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM). - 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào. - 2 bộ so sánh tương tự (Compartor). - 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer). - Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển. - Một cổng nối tiếp. - 15 nguồn ngắt. - Có chế độ tiết kiệm năng lượng. - Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming) - Được chế tạo bằng công nghệ CMOS - 35 tập lệnh có độ dài 14 bits. - Tần số hoạt động tối đa 20MHz. B1. Sơ đồ chân Pic 16f877a. 7 Hình 2. 3 Sơ đồ chân của Pic 16f877a B2. Hình ảnh pic thực tế. Hình 2. 4 PIC ngoài thực tế. 8 2.2 Sử dụng các chức năng. 2.2.1 Chức năng ngắt ngoài RB0. Chức năng ngăt, chân trisB0 tương ứng cũng cần set lên 1 để vô hiệu hóa hai chan fet n, p tại ngõ ra. Tín hiệu RBPU phải được set lên 1 để vô hiệu hóa fet p pull-up. Lúc này tín hiệu từ bên ngoài được qua cổng đệm chuẩn hóa mức logic ảnh hường bởi mạch điện khác trong PIC. Lưu ý chỉ có chân RB0 và RB3 có chức năng lấy tín hiệu để sử lý ngoài việc đọc về thông thường qua data bus.Khối 2 2.3 Một số linh kiện quan trọng. 2.3.1 Cảm biến từ (hall A3144). Cảm biến từ độ nhạy cao, có thể hoạt động trong môi trường nhiệt độ lên tới 140°C. A3144 hall sensor là cảm biến từ tích hợp nguyên khối, điện áp hoạt động từ 4.5V đến 24V, xuất tín hiệu logic. Trong ứng dụng thực tế, cảm biến này được dùng làm công tắc từ, cảm biến hành trình, cảm biến đo mực chất lỏng và cảm biến đo tốc độ vòng quay v.v… Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến đi qua vùng có từ trường (nam châm), thì chân output sẽ xuất ra mức 0. Ơ vùng không có từ trường chân output sẽ ở mức 1. Vị trí chân mặt có chứ: Hình 2. 5 Cảm biến hall A3144 9 Chương III:Thiết kế sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý 3.1 Thiết kế sơ đồ khối. KHỐI NGUỒN 5V/DC SENSOR HALL A3144 KHỐI XỬ LÝ (Pic16F877A) KHỐI HIỂN THỊ ( LED) Hình 3.1 Sơ đồ khối đề tài Đề tài gồm 4 khối chính: khối xử lý , khối cảm biến, khối hiển thị, khối nguồn. Khối xử lý: Sử dụng PIC16F877A do hãng Microchip sản xuất để nhận tín hiệu vào và đưa tín hiệu ra để điều khiển toàn bộ hệ thống. Khối Cảm Biến: Sử dụng Sensor hall A3144 phát hiện led quay đã quay đủ 1 vòng. Khối Hiển Thị: Sử dụng Led để hiển thị . 3.2 thiết kế sơ đồ nguyên lý. 10 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý 3.2.1 Sơ dồ từng khối. Hình 3. 3: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý. 11 Khối xử lý sử dụng pic16f877a xử lý tín hiệu và xuất tín hiệu để hiển thị hình ảnh ra bên ngoài. Nhận tín hiệu tác động từ cảm biến và xuất tín hiệu ra led. Hình 3. 4: sơ đô khối hiển thị Khối hiern thị là các led đơi được nối nối tiếp cathot vào các chân port C để nhận mức tín hiệu 1 hoặc 0 từ khối xử lý xuất ra. 12 Chương IV: Chương trình điều khiển 4.1 Lưu đồ thuật giải. Khi các ngắt xảy ra thì các chương trình con sẽ hoạt động, có chương trình ngắt ngoài RB0.  Hoạt động ngắt của ngắt ngoài RB0 khi xảy ra: xuất các dữ liệu của mảng ra khối hiển thị Từ đó ta co lưu đồ giải thuật. Bắt đâu Cấu hình port C là port xuất. RB0 là chân nhập. Nạp các giá trị ban đầu cho biến. Cho phép ngắt RB0. Không làm gì chờ ngắt xảy ra. 13 Lưu đồ giải thật ngắt ngoài RB0. Ngắt ngoài RB0 Chương trình hiển thị port C. 4.2 Chương trình viết theo ngôn ngữ C. #include <11111.h> #bit RB0=0x06.0 Int a; #INT_EXT void EXT_isr() { a=a+1; if(a>=1)a=1; { //hien thi chu H 14 output_c(0x00); delay_ms(1); output_c(0b11100111); delay_ms(1); output_c(0x00); delay_ms(1); output_c(0xff); delay_ms(2); //hien thi chu E output_c(0x00); delay_ms(1); output_c(0b01100110); delay_ms(2); output_c(0xff); delay_ms(2); //hien thi chu L output_c(0x00); delay_ms(1); output_c(0b00111111); delay_ms(2); output_c(0xff); delay_ms(2); //hien thi chu L 15