Tài liệu Thiết kế bảng pha màu led ma trận dùng ic ghi dịch cd4094 và vi xử lý pic 16f877a

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC  ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BẢNG PHA MÀU LED MA TRẬN DÙNG IC GHI DỊCH CD4094 VÀ VI XỬ LÝ PIC 16F877A. Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, cuộc sống con người ngày càng trở nên tiện nghi và hiện đại hơn. Điều đó đem lại cho chúng ta nhiều giải pháp tốt hơn, đa dạng hơn trong việc xử lý những vấn đề tưởng chừng như rất phức tạp gặp phải trong cuộc sống. Việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại trong tất cả các lĩnh vực đã và đang rất phổ biến trên toàn thế giới, thay thế dần những phương thức thủ công , lạc hậu và ngày càng được cải tiến hiện đại hơn, hoàn mỹ hơn. Cùng với sự phát triển chung đó, nước ta cũng đang mạnh mẽ tiến hành công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước để theo kịp sự phát triển của các nước trong khu vực và trên thế giới. Trong đó lĩnh vực điện tử đang ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế và đời sống con người. Sự phổ biến của nó đóng góp không nhỏ tới sự phát triển của tất cả các ngành sản xuất, giải trí, ...trong những năm gần đây đặc biệt trong lĩnh vực giải trí, quảng cáo đã có sự phát triển mạnh mẽ với nhiều hình thức, phương pháp tiếp cận, quảng bá và chia sẻ thông tin hiện đại và toàn diện hơn. Với lòng đam mê, yêu thích của mình trong lĩnh vực này, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế bảng pha màu led ma trận dùng IC ghi dịch cd4094 và vi xử lý Pic 16f877a” làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian ngắn thực hiện đề tài cộng với kiến thức còn nhiều hạn chế, nên trong tập đồ án này không tránh khỏi thiếu sót, nhóm thực hiện rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn sinh viên. LỜI CẢM ƠN Trong suốt khóa học (2006-2009) tại Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, với sự giúp đỡ của quý thầy cô và giáo viên hướng dẫn về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã được hoàn thành đúng thời gian qui định. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn đến : Quí thầy cô trong khoa Điện tử -Tin học đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp và đã tạo điều kiện thuận lợi cho những người thực hiện hoàn tất khóa học. Đặc biệt,thầy TỐNG THANH NHÂN – giáo viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt tình giúp đỡ và cho nhóm thực hiện những lời chỉ dạy quý báu, giúp nhóm thực hiện định hướng tốt trong khi thực hiện đồ án. Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP. 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ. 1.2 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI. 1.3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI . Trang 1 Trang 1 Trang 1 Trang 1 CHƯƠNG 2 : CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH. 2.1 DIODE PHÁT QUANG ( LED ĐƠN). 2.2 ĐIỆN TRỞ . 2.3 TỤ ĐIỆN. 2.4 IC CD4094. 2.5. VI XỬ LÝ PIC16F877A. Trang 2 Trang 2 Trang 3 Trang 4 Trang 8 Trang 12 CHƯƠNG 3:BẢNG PHA MÀU LED MA TRẬN. Trang 68 3.1. GIỚI THIỆU VỀ BẢNG PHA MÀU LED MA TRẬN. 3.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MẠCH. 3.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN. 4.MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH. LỜI KẾT TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 68 Trang 71 Trang 72 Trang 75 CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP. 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ. Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật sử dụng vi xử lý và các linh liện điện tử khác có tính chất hiển thị như led 7 đoạn, led ma trận, led đơn… vào các ứng dụng thực tế như nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng nhiều trong các lỉnh vực khác nhau như hiển thị, bảng quảng báo, …. do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Xuất phát từ thực tế mà nhóm sinh viên thực hiện chúng em có điều kiện tiếp xúc và tham quan tại một số cơ sở tại nhiều điểm trong thành phố, rất nhiều các bảng quảng cáo, logo… đều được hiện thị thông qua các linh kiện quang. Tuy nhiên tùy theo tính chất và mức độ sử dụng mà các linh kiện quang này có thể khác nhau, có nơi thì sử dụng led ma trận nhiều màu, led ma trận một màu, led đơn nhiều màu, led đơn một màu…. TỪ những điều đã thấy được đó và trong khả năng của chúng em, chúng em muốn thiết kế một mạch quang báo mà cũng có thể đáp ứng đươc những yêu cầu như trên. 1.2 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI. Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch hiển thị thông qua led đơn nhờ các tín hiệu được xuất ra từ vi xử lý 16f877a. Tín hiệu từ vi xử lý đưa ra cho ic cd4094 ghi dịch từ đó ic cd4094 điều khiển các led đơn với một khoảng delay nhất định sẽ hiển thị được các hình ảnh, văn bản mà ta muốn hiển thị. Từ những vấn đề trên thì yêu cầu cần thiết khi thiết kế mạch này là: - Lập trình bằng CCS. - Bộ phận hiển thị phải rõ ràng. - Điều khiển 3 màu cơ bản RGB. - Đưa vào các hiệu ứng màu sắc cho bảng led. - Đưa vào các hiệu ứng chữ,số càng nhiều càng tốt. 1.3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI. Do kiến thức còn hạn chế,linh kiện có những con lần đầu tiên sử dụng nên trong quá trình thi công phần cứng của mạch đã có những sai sót nhỏ xảy ra. Do đặc điểm của mạch là quang báo nên chúng chỉ hoạt động thực sự hiệu quả vào ban đêm, hoặc là khi ánh sang ngoài trời bị giảm đi do thời tiết,….. CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH . 2.1 DIODE PHÁT QUANG ( LED ĐƠN). Hình 1: Một số hình ảnh về led đơn. - Ký hiệu: D7 LED - Áp dụng hiệu ứng điện quang . -Led chỉ phát sáng khi đựơc phân cực thuân. -Mỗi led phát một bức xạ nhất định tùy theo vật liệu chế tạo và chất pha. GaAs bước sóng = 0,77-0,88 đỏ Al,Sb = 0,65 GaAsP đỏ GaPZn hổ phách GaAsS = 0,57-0,58 vàng GaPN2 = 0.55-0,56 lục - Dòng trung bình qua led thường được chọn là: 10 đến 20 miliAmpere. 2.2 ĐIỆN TRỞ. Điện trở loại dán . Hình 2: Một số hình ảnh về điện trở. - Ký hiệu: - Hệ thức: - Hay i(t) = G.v(t) v(t) = R.i(t) Trong đó G =1/R: được gọi là điện dẫn . - Đơn vị của điện trở là Ohm( đọc là ôm) - Đơn vị của điên dẫn là Siemen. 2.3 TỤ ĐIỆN. a.Sơ lược về tụ điện. Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động bao gồm hai mặt dẫn điện gọi là khung, được phân cách bởi một chất cách điện, gọi là điện môi (không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh...) Giá trị của tụ điện là điện dung, được đo bằng đơn vị Farad (kí hiệu là F). Giá trị F là rất lớn nên hay dùng các giá trị nhỏ hơn như micro fara (μF), nano Fara (nF) hay picro Fara (pF). b. Phân loại tụ điện thường gặp. 1/. Theo tính chất lý hóa và ứng dụng : Có các loại tụ điện : Tụ điện phân cực : là loại tụ điện có hai đầu (-) và (+) rõ ràng, không thể mắc ngược đầu trong mạng điện DC. Chúng thường là tụ hóa học và tụ tantalium. Tụ điện không phân cực : Là tụ không qui định cực tính. Tụ điện hạ (thấp) áp và cao áp : Do điện áp làm việc mà có phân biệt này. Tụ lọc (nguồn) và tụ liên lạc (liên tầng) : Tụ điện dùng vào mục tiêu cụ thể thì gọi tên theo ứng dụng. Tụ điện tĩnh và tụ điện động (điều chỉnh được) : Đa số tụ điện có một trị số điện dung "danh định" nhưng cũng có các loại tụ điện cần điều chỉnh trị số cho phù hợp yêu cầu của mạch điện, như tụ điện trong mạch cộng hưởng hay dao động chẳng hạn. 2/. Theo cấu tạo và dạng thức : Tụ điện gốm (tụ đất) : Gọi tên như thế là do chúng được làm bằng ceramic, bên ngoài bọc keo hay nhuộm màu. Gốm điện môi được dùng là COG, X7R, Z5U v.v... Tụ gốm đa lớp: Là loại tụ gốm có nhiều lớp bản cực cách điện bằng gốm. Tụ này đáp ứng cao tần và điện áp cao hơn loại tụ gốm thường khoảng 4 --> 5 lần. Tụ giấy : Là tụ điện có bản cực là các lá nhôm hoặc thiếc cách nhau bằng lớp giấy tẩm dầu cách điện làm dung môi. Tụ mica màng mỏng : Cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo hay nhựa có cấu tạo màng mỏng (thin film) như Mylar, Polycarbonate, Polyester, Polystyrene (ổn định nhiệt 150 ppm / C). Tụ bạc - mica : là loại tụ điện mica có bàn cực bằng bạc, khá nặng. Điện dung từ vài pF đến vài nF, độ ồn nhiệt rất bé. Tụ hóa học : Là tụ giấy có dung môi hóa học đặc hiệu => tạo điện dung cao và rất cao cho tụ điện. Nếu bên ngoài có vỏ nhôm bọc nhựa thì còn gọi là tụ nhôm. Ngoài ra còn rất nhiều các loại tụ khác ví dụ như :Tụ siêu hóa,tụ hóa sinh, Tụ tantalium, Tụ vi chỉnh và tụ xoay,… Tụ điện loại dán 2.4 IC CD4094 Sơ đồ chân Data input : Ngõ vào dữ liệu ra ( Data) . Clock input : Ngõ vào xung clock ( clock ). Strobe input : Ngõ vào Strobe ( STR ) . Output enable input : Ngõ vào cho phép xuất dữ liệu ra ( OE ) . Q1  Q8 : Ngõ ra song song . Bảng hoạt động Hi-z : Trạng thái tắt. Q7 : Thông tin trong tầng ghi dịch thứ 7. X : Không quan tâm. 0 : Mức thấp. 1 : Mức cao. Parallel Output : Ngõ ra song song. Serial Output : Ngõ ra nối tiếp. IC CD4094 là một thanh ghi dịch nối tiếp 8 tầng , có 1 mạch chốt lưu trữ mỗi tầng được kết hợp với nhau để Strobe dữ liệu từ ngõ vào nối tiếp đến các ngõ ra song song đã đệm 3 trạng thái Q1Q8.Các ngõ ra song song có thể được nối trực tiếp đến các Bus.Dữ liệu được dịch dựa trên sự biến đổi cạnh lên của xung Clock.Dữ liệu trong mỗi tầng ghi dịch được chuyển đến thanh ghi lưu trữ khi chân Strobe (STR) ở mức cao.Dữ liệu trong thanh ghi lưu trữ xuất hiện tại các ngõ ra khi mà tín hiệu cho phép xuất (EO) ở mức cao. Hai ngõ ra nối tiếp (QS và Q’S) được sử dụng cho việc ghép nối tầng các họ IC 4094.Dữ liệu có sẵn ở QS theo cạnh lên của xung Clock cho phép vận hành ở tốc độ cao trong hệ thống nối tầng có thời gian lên của xung clock là ngắn .Thông tin nối tiếp tương tự có sẵn ở Q’S theo cạnh xuống của Clock và thực hiện nối tầng của IC 4094 khi thời gian lên của xung Clock là dài . Sơ đồ logic . Giản đồ thời gian IC CD4094 loại dán IC CD4094 loại thường 2.5. VI XỬ LÝ PIC16F877A. 2.5.1. Giới thiệu về cấu trúc phần cứng PIC16F877A. 2.1 SƠ ĐỒ CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A. 2.2 MỘT VÀI THÔNG SỐ VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 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 gồmcác 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 rông 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 ở bên ngoài.  Các đặc tính Analog:  8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.  Hai bộ so sánh.  Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:  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. 2.3 SƠ ĐỒ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 2.4 TỔ CHỨC BỘ NHỚ Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory). 2.4.1 BỘ NHỚ CHƯƠNG TRÌNH Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0 đến page 3) . Như vậy bộ nhớ chương trình 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<12:0>). Khi vi điều khiển được 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 và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình. Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau. 2.4.2 BỘ NHỚ DỮ LIỆU 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 Register) 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. Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A như sau: 2.4.2.1 THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT SFR