(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công thiết bị hiển thị giá sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG THIẾT BỊ HIỆN THỊ GIÁ SẢN
PHẨM

GVHD: NGUYỄN THANH BÌNH
SVTH: HỒ QUÓC TRƯỞNG
MSSV: 141413 47
SVTH: PHẠM VÕ SƠN LIÊM
MSSV: 14141164

SKL 0 0 6 5 5 8

Tp. Hồ Chí Minh, 2018

do an


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng chúng tơi. Các số liệu
sử dụng trong đề tài có nguồn gốc rõ ràng dựa trên một số tài liệu trước đó. Các kết quả
nghiên cứu trong đề tài do chúng tơi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách
quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Nếu không đúng như đã nêu trên, chúng
tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn về đề tài của mình.
Những người thực hiện đề tài
Hồ Quốc Trưởng

Phạm Võ Sơn Liêm

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

i


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập trên giảng đường của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
thành phố Hồ Chí Minh, chúng tơi đã được tiếp cận với những kiến thức khoa học và
công nghệ hiện đại. Cùng với sự hướng dẫn tận tình của tất cả các Thầy Cô trong khoa
Điện-Điện tử, đặc biệt là thầy ThS.Nguyễn Thanh Bình, chúng tơi đã hồn thành đồ án
theo đúng quy định và đã thực hiện được yêu cầu của đề tài của mình.
Chúng tơi đã khơng ngừng học hỏi, tìm tịi, nghiên cứu về các linh kiện và các vấn đề
khác liên quan đến đề tài, vì thế kiến thức về điện tử, kinh nghiệm thực tế về làm mạch
cũng như hiểu biết về điện - điện tử đã có sự tiến bộ.
Một lần nữa chúng tơi xin chân thành cảm ơn!
Những người thực hiện đề tài
Hồ Quốc Trưởng
Phạm Võ Sơn Liêm

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ............................................................................................. v
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................... vii
TÓM TẮT .................................................................................................................... viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1

1.2

MỤC TIÊU ........................................................................................................ 1

1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................. 1

1.4

GIỚI HẠN ......................................................................................................... 2

1.5

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................... 2

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 3
2.1

ATmega2560 ..................................................................................................... 3

2.2

IC 74HC595 ....................................................................................................... 4

2.2.1

Cấu tạo ........................................................................................................ 4

2.2.2

Chức năng ................................................................................................... 6

2.3

IC 74HC245 ....................................................................................................... 6

2.3.1

Cấu tạo ........................................................................................................ 6

2.3.2

Chức năng ................................................................................................... 7

2.4

IC 74HC138 ....................................................................................................... 7

2.5

IC MAX7219 ..................................................................................................... 9

2.3.1

Cấu tạo ........................................................................................................ 9

2.3.2

Nguyên lí hoạt động .................................................................................. 10

2.6

LED 7 ĐOẠN .................................................................................................. 10

2.4.1

Cấu tạo ...................................................................................................... 10

2.4.2

Tính điện trở hạn dịng cho LED .............................................................. 12

2.4.3

Mơ đun 8 LED 7 đoạn dùng IC MAX7219 .............................................. 12

2.7

MA TRẬN LED .............................................................................................. 14

2.5.1

Giới thiệu về ma trận LED........................................................................ 14

2.5.2

Ma trận LED 8x8 ...................................................................................... 14

2.5.3

Mô đun 4 ma trận LED 8x8 dùng IC MAX7219...................................... 16

2.5.4

Mô đun ma trận LED P10 ......................................................................... 18

2.8

LCD Monitor ................................................................................................... 23

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

iii

2.9

BLUETOOTH ................................................................................................. 24

2.7.1

Các khái niệm về Bluetooth ...................................................................... 24

2.7.2

Ứng dụng của Bluetooth ........................................................................... 25

2.10

Chuẩn truyền thông SPI ............................................................................... 26

2.11

Chuẩn truyền thông UART .......................................................................... 28

2.9.1

Sơ lược về UART ..................................................................................... 28

2.9.2

Các thông số cơ bản để truyền nhận UART ............................................. 28

2.12

MicroVGA (uVGA-III) ................................................................................ 29

2.13

ATmega328 .................................................................................................. 31

Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ..................................................................... 33
3.1

CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ ........................................................................... 33

3.2

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ............................................................................... 33

3.3

TÍNH TỐN THIẾT KẾ ................................................................................. 34

3.3.1

Bảng LED 7 đoạn ..................................................................................... 34

3.3.2

Bảng ma trận LED 8x8 ............................................................................. 42

3.3.3

Bảng ma trận LED P10 ............................................................................. 49

3.3.4

LCD .......................................................................................................... 56

Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................ 58
4.1

THI CÔNG BẢNG HIỂN THỊ ........................................................................ 58

4.1.1 Bảng LED bảy đoạn ..................................................................................... 58
4.1.2 Bảng ma trận LED 8x8 ................................................................................ 60
4.1.3 Bảng ma trận LED P10 ................................................................................ 64
4.1.4 LCD sử dụng cổng VGA.............................................................................. 68
4.2

GIAO DIỆN ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI ........................................... 70

4.3

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ................................................................... 73

4.3.1

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ............................. 73

4.3.2

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ............................................................ 79

Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ....................................................... 92
5.1

KẾT QUẢ ........................................................................................................ 92

5.2

NHẬN XÉT ..................................................................................................... 93

5.3

ĐÁNH GIÁ...................................................................................................... 93

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 95
6.1

KẾT LUẬN ..................................................................................................... 95

6.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................. 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 96
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 97
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

iv

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1. Sơ đồ chân của Atmega2560 .............................................................................. 3
Hình 2. Hình ảnh thực tế của ATmega2560 ................................................................... 3
Hình 3 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74HC595 ................................................ 5
Hình 4. Hình ảnh thực tế IC 74HC245 ........................................................................... 6
Hình 5. Sơ đồ chân và bảng trạng thái ............................................................................ 7
Hình 6. Hình ảnh thực tế IC 74HC138 ........................................................................... 8
Hình 7. Sơ đồ chân và ký hiệu logic ............................................................................... 8
Hình 8. Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC max7219 ............................................... 9
Hình 9. Mạch ứng dụng điển hình của IC MAX7219 .................................................. 10
Hình 10. Cấu tạo của LED 7 đoạn................................................................................. 10
Hình 11. Hình ảnh thực tế ............................................................................................. 12
Hình 12. Sơ đồ ngun lý mơ đun 8 LED 7 đoạn dùng IC MAX7219 ........................ 13
Hình 13. Hình ảnh thực tế của ma trận LED 8x8 ......................................................... 14
Hình 14. Sơ đồ chân của ma trận LED 8x8 cathode chung ......................................... 15
Hình 15. Sơ đồ chân của mơ đun ma trận 8x8 ngồi thực tế ........................................ 15
Hình 16. Hình ảnh thực tế mặt trước và sau của mơ đun 4 ma trận LED dùng IC
MAX7219...................................................................................................................... 16
Hình 17. Sơ đồ kết nối của 4 ic max7219 ..................................................................... 18
Hình 18. Sơ đồ kết nối giữa IC max 7219 và mô đun ma trận LED 8x8...................... 18
Hình 19. Hỉnh ảnh thực tế của ma trận LED P10 ..................................................... 20
Hình 20. LCD monitor .................................................................................................. 23
Hình 21. Cấu tạo của màn hình LCD monitor .............................................................. 23
Hình 22. Kí hiệu Bluetooth ........................................................................................... 25
Hình 23. Một kết SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thơng qua 4 đường ........ 27
Hình 24. MicroVGA (uVGA-III) .................................................................................. 29
Hình 25. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân ATmega328 ................................................. 32
Hình 26. Sơ đồ khối hiển thị trên bảng LED 7 đoạn.................................................... 34
Hình 27. Khối xử lý trung tâm ...................................................................................... 35

Hình 28. Mơ đun Bluetooth HC 05 ............................................................................... 35
Hình 29. Sơ đồ kết nối BLE .......................................................................................... 38
Hình 30. Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LED bảy đoạn ................................................ 39
Hình 31. Nguồn tổ ong 5V 10A .................................................................................... 40
Hình 32. Sơ đồ ngun lý tồn mạch ............................................................................ 41
Hình 33. Sơ đồ khối hiển thị lên bảng ma trận LED 8x8.............................................. 42
Hình 34. Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm ............................................................ 43
Hình 35. Mơ đun Bluetooth HC 05 ............................................................................... 43
Hình 36. Sơ đồ kết nối BLE .......................................................................................... 46
Hình 37. Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị ma trận LED 8x8 ........................................... 47
Hình 38. Nguồn tổ ong 5V 12A .................................................................................... 48
Hình 39. Sơ đồ ngun lý tồn mạch ............................................................................ 49
Hình 40. Sơ đồ khối hiển thị lên bảng ma trận LED P10 ............................................. 49
Hình 41. Khối xử lý trung tâm ...................................................................................... 50
Hình 42. Mơ đun Bluetooth HC 05 ............................................................................... 51
Hình 43. Sơ đồ kết nối BLE .......................................................................................... 53
Hình 44.Sơ đồ kết nối chân với mô đun ma trận LED P10 .......................................... 54
Hình 45. Hình ảnh thực tế mơ đun ma trận LED P10 .............................................. 55
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

v


Hình 46. Nguồn tổ ong 5V 60A. ................................................................................... 55
Hình 47. Sơ đồ ngun lý tồn mạch ............................................................................ 56
Hình 48. Sơ đồ khối hiển thị lên LCD monitor............................................................. 56
Hình 49. Sơ đồ nguyên lý.............................................................................................. 57
Hình 50. Mặt trước và mặt sau bảng LED bảy đoạn .................................................... 58

Hình 51. Mặt trước và mặt sau bảng ma trận LED 8x8 ................................................ 60
Hình 52. Mặt trước và mặt sau bảng ma trận LED P10 ................................................ 64
Hình 53. Hình ảnh bộ điều khiển cho bảng giá ............................................................. 68
Hình 54. Icon App bảng giá .......................................................................................... 70
Hình 55. Giao diện bảng giá hai cột .............................................................................. 70
Hình 56. Giao diện bảng giá 3 cột................................................................................. 71
Hình 57. Giao diện cài đặt............................................................................................. 71
Hình 58.Giao diện chọn thiết bị kết nối Bluetooth ....................................................... 71
Hình 59. Giao diện quản lý project ............................................................................... 75
Hình 60. Giao diện thiết kế ........................................................................................... 75
Hình 61. Giao diện lập trình (blocks) ........................................................................... 75
Hình 62. Icon của Arduino IDE .................................................................................... 77
Hình 63. Giao diện của Arduino IDE ........................................................................... 77
Hình 64. Giao diện Workshop4 IDE ............................................................................. 78
Hình 65. Hình ảnh thực tế bảng LED bảy đoạn ............................................................ 92
Hình 66. Hình ảnh thực tế bảng ma trận LED 8x8 ....................................................... 92
Hình 67. Hình ảnh bảng ma trận LED P10 ................................................................... 92
Hình 68. Giao diện thực tế trên LCD dùng cổng VGA ................................................ 93

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

vi


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. Thông số kĩ thuật của ATmega2560………………………………………….4
Bảng 2. Thông số kỹ thuật của IC MAX7219…………………………………………9
Bảng 3. Bảng giải mã LED 7 đoạn Anode chung…………………………………….12

Bảng 4. Bảng giải mã LED 7 đoạn Cathode chung………………………………......12
Bảng 5. Ký hiệu chân của mô đun 4 ma trận LED dùng IC MAX7219……………...17
Bảng 6. Các thông số kỹ thuật của module ma trận LED P10…………………..20

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

vii


TĨM TẮT
Viết một chương trình ứng dụng trên điện thoại gửi dữ liệu qua Bluetooth về bộ xử lý
trung tâm (vi điều khiển ATmega2560) hiển thị lên ba bảng LED (bảng LED 7 đoạn,
bảng ma trận LED 8x8, bảng ma trận LED P10) và màn hình LCD.
Phương pháp thực hiện: tham khảo tài liệu các tài liệu liên quan đến đề tài, thử nghiệm
thực tế, phân tích, tổng hợp, đánh giá các kết quả nhận được và sử dụng các phần mềm
chuyên dụng để viết chương trình vi điều khiển.
Kết quả đạt được:
 Tạo được giao diện ứng dụng Android trên điện thoại.
 Gửi được dữ liệu từ ứng dụng xuống bộ xử lý và hiển thị được ra ba bảng LED
và màn hình LCD.
 Mạch chạy ổn định.
 Sản phẩm thi cơng gọn gàng, độ an tồn cao.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

viii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời đại bùng nổ thông tin hiện nay khả năng ứng dụng và tiềm lực phát triển của
thông tin quảng cáo là rất lớn, việc áp dụng kỹ thuật mới vào lĩnh vực trên là vô cùng
cần thiết.
Khi đi đến đâu ta cũng bắt gặp những pano, áp phích, những bảng quảng cáo bằng điện
tử chạy theo nhiều hướng khác nhau, với những chữ và hình ảnh cùng nhiều màu sắc ấn
tượng.
Tương tự, chúng ta có thể hiển thị sản phẩm và giá sản phẩm của mình lên thiết bị hiển
thị sản phẩm. Mặt khác, ngồi thị trường đã có bảng giá bằng điện tử có thể thay thế nội
dung hiển thị được nhưng sử dụng bằng remote hồng ngoại,hoặc cổng COM máy tính,...
Từ các nhu cầu trên, để tiện lợi cho việc thay đổi nội dung hiển thị. Chúng tơi sẽ viết
một chương trình ứng dụng trên điện thoại với hệ điều hành Android kết nối với thiết bị
hiển thị thông qua Bluetooth. Chỉ cần nhập nội dung cần hiển thị lên ứng dụng rồi kết
nối và gửi dữ liệu cho thiết bị để hiển thị lên bảng hiển trị sản phẩm và giá sản phẩm.
Bảng hiển thị có thể được sử dụng trong nhà hàng, siêu thị, tiệm tạp hóa, quán ăn… như
việc hiển thị tên sản phẩm và giá sản phẩm muốn bán đồng thời với nhiều mặt hàng khác
nhau ta cũng dễ dàng thay đổi nội dung thơng qua một chiếc điện thoại có cài đặt ứng
dụng và kết nối Bluetooth.
1.2 MỤC TIÊU
 Thiết kế giao diện nhập nội dung hiển thị và gửi dữ liệu trên điện thoại hệ điều
hành Android.
 Giao tiếp giữa ứng dụng Android với bộ điều khiển thông qua Bluetooth.
 Hiển thị nội dung ứng dụng Android lên các bảng giá : LED 7 đoạn, ma trận LED
8x8, LED ma trận P10, LCD monitor.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Xây dựng ứng dụng trên Android để điều chỉnh giá cho các bảng LED.
 Thiết kế, thi cơng phần cứng bảng giá.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 Viết chương trình vi điều khiển cho bảng giá.
1.4 GIỚI HẠN
 Ứng dụng điện thoại chạy trên hệ điều hành Android.
 Một ứng dụng điện thoại có thể sử dụng trên nhiều loại thiết bị hiển thị như: LED
7 đoạn, mô đun ma trận LED 8x8, Mô đun ma trận LED P10.
 Sử dụng bảng LED 1 màu (màu đỏ).
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Tham khảo tài liệu liên quan đến đề tài.
 Thử nghiệm thực tế, phân tích, tổng hợp, đánh giá các kết quả nhận được.
 Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để viết chương trình vi điều khiển.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP-Y SINH

do an

2


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 ATmega2560

Hình 1. Sơ đồ chân của Atmega2560

Hình 2. Hình ảnh thực tế của ATmega2560
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khi làm việc với ATmega2560, một số cần được lưu ý:


Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu không bị mất ngay cả khi tắt điện.
Về vai trị, ta có thể hình dung bộ nhớ này như ổ cứng để chứa dữ liệu. Chương trình
được viết cho ATmega2560 sẽ được lưu ở đây. Kích thước của vùng nhớ này thơng
thường dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví dụ như ATmega2560 có 8KB flash
memory. Loại bộ nhớ này có thể chịu được khoảng 10,000 lần ghi / xoá.



RAM: tương tự như RAM của máy tính, sẽ bị mất dữ liệu khi ngắt điện nhưng bù
lại tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh. Kích thước nhỏ hơn Flash Memory nhiều lần.



EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu kì ghi/xố
cao hơn - khoảng 100,000 lần và có kích thước rất nhỏ. Để đọc/ghi dữ liệu ta có thể
dùng thư viện EEPROM của Arduino.

Bảng 1. Thông số kĩ thuật của ATmega2560
Điện áp hoạt động

1.8 đến 5.5v

Timers

2 x 8bit, 4 x 16bit

Kênh ADC

16

Cường độ dòng điện trên mỗi chân I/O

40mA

Nhiệt độ giới hạn

-40 đến 85 độ C

PWM

15 PWM

Giao tiếp truyền thông kỹ thuật số

4 – UART, 5-SPI, 1-I2C

Số chân

100

Flash Memory

256 KB trong đó 8 KB được sử dụng bởi
trình nạp khởi động

SRAM

8 KB

EEPROM

4 KB

2.2 IC 74HC595
2.2.1 Cấu tạo

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

4

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
IC 74HC595 là IC ghi dịch 8 bit kết hợp chốt dữ liệu, đầu vào nối tiếp đầu ra song song.

Hình 3 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74HC595
Thơng số kỹ thuật:


Điện áp hoạt động: 2V đến 6V.



Dòng vào: 20mA.



Dòng ra: 35mA.



Nhiệt độ giới hạn: -55 đến +125 độ C.

Giải thích ý nghĩa hoạt động của một số chân quan trọng:


Input

Chân 14: đầu vào dữ liệu nối tiếp. Tại 1 thời điểm xung clock chỉ đưa vào được 1 bit.


Output

QA=>QH: trên các chân (15, 1, 2, 3, 4, 5 ,6, 7)
Xuất dữ liệu khi chân 13 tích cực ở mức thấp và có một xung tích cực ở sườn âm tại
chân chốt 12.


Output-enable

Chân 13: Chân cho phép tích cực ở mức thấp (0). Khi ở mức cao, tất cả các đầu ra của
74HC595 trở về trạng thái cao trở, khơng có đầu ra nào được cho phép.
Chân 9: Chân dữ liệu nối tiếp. Nếu dùng nhiều 74HC595 mắc nối tiếp nhau thì chân này
đưa vào đầu vào của con tiếp theo khi đã dịch đủ 8bit.


Shift clock

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chân 11: Chân vào xung clock. Khi có 1 xung clock tích cực ở sườn dương (từ 0 lên 1)
thì 1 bit được dịch vào IC.


Latch clock

Chân 12: Xung clock chốt dữ liệu. Khi có 1 xung clock tích cực ở sườn dương thì cho
phép xuất dữ liệu trên các chân output. Lưu ý có thể xuất dữ liệu bất kỳ lúc nào người
dùng muốn, ví dụ đầu vào chân 14 được 2 bit khi có xung clock ở chân 12 thì dữ liệu sẽ
ra ở chân Qa và Qb (chú ý chiều dịch dữ liệu từ Qa => Qh).


Reset

Chân 10: Khi chân này ở mức thấp (mức 0) thì dữ liệu sẽ bị xóa trên chip.
2.2.2 Chức năng
Thường dùng trong các mạch quét LED 7 đoạn, LED matrix… để tiết kiệm số chân
VDK. Có thể dùng để mở rộng số chân vi điều khiển bằng việc mắc nối tiếp đầu vào dữ
liệu các IC với nhau.
2.3 IC 74HC245
2.3.1 Cấu tạo
IC 74HC245 là IC đệm dữ liệu hai chiều. Ngõ ra 3 trạng thái, thời gian trễ tín hiệu 8ns,
dịng ngỏ ra 24 mA(low), 14 mA(high).

Hình 4. Hình ảnh thực tế IC 74HC245
Thơng số kỹ thuật:


Điện áp hoạt động: 2 đến 6V.



Dòng ra: 35mA.



Dòng hoạt động: 70mA.



Nhiệt độ giới hạn: -40 đến +125 độ C.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 5. Sơ đồ chân và bảng trạng thái
Hoạt động của các chân:


Chân 1: điều hướng xuất nhập I/O của 2 bus A và B:
 Ở mức cao, vào A ra B.
 Ở mức thấp, vào B ra A.



Chân 19: tích cực mức thấp, cho phép IC hoạt động. Khi ở mức cao, tất cả các chân
của 2 bus A và B ở trạng thái cao trở cao.



Chân 2=>chân 9 : A0=>A7 data in/output phụ thuộc vào chân DIR.



Chân 10: GND.



Chân 11 =>18: B7=>B0 data in/output phụ thuộc vào chân DIR.



Chân 20: VCC.

2.3.2 Chức năng
Thường ứng dụng trong các mạch sử dụng LED như quét ma trận LED, LED 7 đoạn,
hoặc đệm dữ liệu trên bus với các mạch sử dụng nhiều linh kiện mắc song song.
2.4 IC 74HC138
IC 74HC138 là bộ giải mã với 3 đầu vào (A0,A1,A2) và 8 đầu ra phủ định (Y0 đến Y7).
Có 3 đầu vào cho phép: 2 đầu vào tích cực mức thấp (1E,2E) và 1 đầu vào tích cực mức
cao (E3). Khi các đầu vào 1E, 2E ở mức thấp và E3 ở mức cao thì đầu ra của 74HC138
sẽ được quyết định bởi đầu vào.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

7

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 6. Hình ảnh thực tế IC 74HC138

Hình 7. Sơ đồ chân và ký hiệu logic
Bảng trạng thái:

Chú thích:


H: mức cao.



L: mức thấp.



X: khơng quan tâm.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thông số kỹ thuật:



Điện áp hoạt động: 2V đến 6V.



Dòng hoạt động: 50mA.



Dòng trên chân ngõ ra: 25mA.



Nhiệt độ giới hạn: -40 đến +125 độ C.

2.5 IC MAX7219
2.3.1 Cấu tạo

Hình 8. Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC MAX7219
IC MAX7219 được hãng MAXIM thiết kế và sản xuất, thuận tiện sử dụng để điều khiển
ma trận LED và LED 7 thanh (1 chip có thể điều khiển ma trận LED 8x8 hoặc LED 7
thanh 8 chữ số) và chỉ cần 1 điện trở để hạn dòng cho tất cả các LED (so với các IC khác
hầu như phải có 1 điện trở cho mỗi LED). Trên mỗi chip đã được tích hợp bộ giải mã
BCD, mạch quét dồn kênh, thanh ghi dịch, ...
Bảng 2. Thông số kỹ thuật của IC MAX7219
Điện áp hoạt động

4 - 5.5V

Dòng hoạt động

330 mA

Giới hạn nhiệt độ IC MAX7219CNG

0 – 75 độ C

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 9. Mạch ứng dụng điển hình của IC MAX7219
2.3.2 Ngun lí hoạt động
Giống như với 74HC595, để điều khiển ma trận LED ta sử dụng MAX7219 hoạt động
giống như một thanh ghi dịch khi cần nhập dữ liệu vào nối tiếp theo từng bit. Tổng cộng
có 16 bit được nhập vào tại một thời điểm. MAX7219 chỉ cần 3 chân từ Arduino để kết
nối với các chân DIN, LOAD và CLK của IC.
Chân LOAD được kéo xuống LOW và bit đầu tiên của dữ liệu được đưa vào chân DIN,
trên sườn lên của xung CLK, các bit tại chân DIN được đưa vào thanh ghi bên trong
chip. Sau đó xung CLK xuống LOW và các bit tiếp theo được thiết lập tại chân DIN
trước khi lặp lại quá trình. Sau khi 16 bit được đưa vào thanh ghi, chân LOAD được đưa
lên HIGH để chốt dữ liệu vào. Chân DOUT (24) được sử dụng nếu có từ 2 chip
MAX7219 trở lên. DOUT của chip thứ nhất kết nối DIN của chip thứ hai và cứ như vậy.
Dữ liệu được đưa ra khỏi chân DOUT trên sườn xuống của xung CLK.

2.6 LED 7 ĐOẠN
2.4.1 Cấu tạo

Hình 10. Cấu tạo của LED 7 đoạn
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
LED 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 LED đơn xếp theo hình phía trên và có thêm một
LED đơn hình trịn nhỏ thể hiện dấu chấm trịn ở góc dưới, bên phải của LED 7 thanh.
Tám LED đơn trên LED 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung
với nhau vào một điểm và được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện. 7 cực còn
lại trên mỗi LED đơn của LED 7 đoạn và 1 cực trên LED đơn ở góc dưới, bên phải của
LED 7 đoạn được đưa thành 8 chân riêng để điều khiển cho LED sáng tắt theo ý muốn.
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 điều khiển trạng thái sáng tắt của các LED đơn, LED
chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.
Mã LED 7 đoạn có Anode chung, muốn thanh nào sáng ta xuất ra chân Cathode của
LED đơn đó mức 0. Từ đó ta có bảng giải mã LED 7 đoạn Anode chung như sau:
Bảng 3. Bảng giải mã LED 7 đoạn Anode chung
Số

0

1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F

Số nhị phân
7
6
5
dp g
f
1
1
0
1
1
1
1
0

1
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1

0
1
0
1
1
0
0
1
0
0

HEX
4
e
0
1
0
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0

3
d
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

2
c
0
0
1
0

0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1

1
b
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1

1

0
a
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0

C0
F9
A4
B0
99
92
82
8F
80

90
88
83
C6
A1
86
8E

11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảng 4. Bảng giải mã LED 7 đoạn Cathode chung

2.4.2 Tính điện trở hạn dịng cho LED
Khi kết nối để điều khiển LED 7 đoạn, để tránh làm q dịng làm hỏng LED ta tính
tốn các điện trở hạn dòng. Điện áp rơi lên LED khi LED phân cực thuận khoảng 2 đến
2.2 (LED xanh da trời và LED trắng cao hơn có thể lên đến 3.6 V).
Điển hình khi điều khiển LED 7 đoạn màu đỏ, dịng đi qua LED khoảng 15 mA. Vì vậy
điện trở hạn dịng qua LED được tính như sau R= (5v – 2v)/15mA. Ta tính ra R =220
Ohm.
2.4.3 Mơ đun 8 LED 7 đoạn dùng IC MAX7219
Mô đun 8 LED 7 đoạn MAX7219 là mô đun hiển thị nhỏ gọn, dùng LED 7 đoạn 0.36
inch, cathode chung, giao tiếp Serial, có 3 chân để kết nối với vi điều khiển gồm CLK,
DIN, LOAD.

Hình 11. Hình ảnh thực tế
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

12


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thông số kỹ thuật
 Điện áp hoạt động: 3.3 – 5VDC.
 3 dây SPI giao tiếp hiển thị 8 chữ số trên LED 7 đoạn.
 16-level LED độ sáng điều chỉnh thông qua phần mềm.
 Giao tiếp dễ dàng với PIC, Arduino, Netduino, AVR, …

Hình 12. Sơ đồ nguyên lý mô đun 8 LED 7 đoạn dùng IC MAX7219
- Các chân DIG0 – DIG7 là các chân cho phép hiển thị LED từ 0 – 7 khi ở mức 0.
- Các chân SEG A – SEG DP là các chân dữ liệu hiển thị lên LED.
- Nguyên lý hoạt động:
Chân LOAD được kéo xuống LOW và bit đầu tiên của dữ liệu được đưa vào chân DIN,
ở cạnh lên của xung CLK, các bit tại chân DIN được đưa vào thanh ghi bên trong chip.
Sau đó xung CLK xuống LOW và các bit tiếp theo được thiết lập tại chân DIN trước khi
lặp lại quá trình. Sau khi 16 bit được đưa vào thanh ghi, chân LOAD được đưa lên HIGH
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

13


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
để chốt dữ liệu vào. Chân DOUT được sử dụng nếu có từ 2 chip MAX7219 trở lên.
DOUT của chip thứ nhất kết nối DIN của chip thứ hai và cứ như vậy. Dữ liệu được đưa
ra khỏi chân DOUT ở cạnh xuống của xung CLK.

2.7 MA TRẬN LED
2.5.1 Giới thiệu về ma trận LED
Ma trận LED bao gồm nhiều LED cùng nằm trong một vỏ chia thành nhiều cột và hàng,
mỗi giao điểm giữa hàng và cột có thể có 1 LED (ma trận LED một màu) hay nhiều
LED (2 LED tại một vị trí tạo thành ma trận LED 3 màu). Để LED tại một vị trí nào đó
sáng thì phải cấp hiệu điện thế dương giữa Anode và Cathode. Trên cơ sở cấu trúc như
vậy, ta có thể mở rộng hàng và cột của ma trận LED với kích thước lớn hơn.
2.5.2 Ma trận LED 8x8
Ma trận LED m×n là ma trận LED có m cột và n hàng. Ma trận LED 8×8 là ma trận
LED gồm có 8 cột và 8 hàng. Ma trận LED này có hai loại: loại thứ nhất là cathode
chung (common cathode – hàng cathode, cột anode), loại thứ hai là anode chung
(common anode – hàng anode , cột cathode).
Đề tài sử dụng loại ma trận LED cathode chung (hàng cathode) vì dễ dàng tìm mua được
ma trận LED loại này trên thị trường linh kiện điện tử ở nước ta, đa dạng về kích cỡ và
màu sắc.
Ma trận LED 8x8 đơn giản chỉ là 64 con LED được sắp xếp với nhau theo dạng ma trận,
thành 8 hàng và 8 cột, tức là 16 chân.

Hình 13. Hình ảnh thực tế của ma trận LED 8x8
Ma trận LED Cathode chung bao gồm nhiều LED đơn bố trí thành hàng và cột trong
một vỏ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

14


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các tín hiệu điều khiển cột được nối với Anode của tất cả các LED trên cùng một cột.

Các tín hiệu điều khiển hàng cũng được nối với Cathode của tất cả các LED trên cùng
một hàng như hình:

Hình 14. Sơ đồ chân của ma trận LED 8x8 cathode chung

Hình 15. Sơ đồ chân của mơ đun ma trận 8x8 ngồi thực tế
Ngun lý hoạt động:
Khi có một tín hiệu điều khiển ở cột và hàng, các chân Anode của các LED trên cột
tương ứng được cấp điện áp cao, đồng thời các chân Cathode của các LED trên hàng
tương ứng được cấp điện áp thấp. Tuy nhiên lúc đó chỉ có một LED sáng, 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 một hàng và cột là sáng.
Trong trường hợp ta muốn cho sáng đồng thời một số LED rời rạc trên ma trận, để hiển
thị một ký tự nào đó, nếu trong hiển thị tĩnh ta phải 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
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

15


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ta không muốn 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 ma trận LED ta không thể sử dụng phương pháp
hiện 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 các LED khơng bị nháy, thì tần số qt nhỏ nhất cho
mỗi chu kỳ là khoảng 20hz (50ms). Trong lập trình điều khiển ma trận LED bằng vi xử

lý ta cũng phải sử dụng phương pháp quét như vậy.
Ma trận LED có thể là loại chỉ hiển thi được một màu hoặc hiển thị được 2 mày trên
một điểm (trong đề tài này ta dùng một màu) khi đó LED có số chân ra tương ứng: đối
với ma trận LED 8x8 hiển thị một màu, thì số chân ra là 16, trong đó 8 chân dùng để
điều khiển hàng và 8 chân cịn lại dùng để điểu khiển cột.
2.5.3 Mơ đun 4 ma trận LED 8x8 dùng IC MAX7219
Mô đun là tổ hợp 4 ma trận LED 8x8, với mỗi LED Matrix được điều khiển bởi một IC
MAX7219 ( tương tự như IC 74HC595). 4 IC MAX7219 được mắc nối tiếp và giao tiếp
với nhau bằng chuẩn SPI giúp tiết kiệm số chân cho vi điều khiển ( chỉ sử dụng 3 chân
để điều khiển ). Ngồi ra IC MAX7219 cịn được tích hợp Static RAM 8x8 từ đó việc
hiển thị trở nên mượt mà hơn, đồng thời Mơ đun cịn có thể mở rộng thêm bằng việc
mắc nối tiếp các mạch ma trận LED 8x8 lại với nhau.

Hình 16. Hình ảnh thực tế mặt trước và sau của mô đun 4 ma trận LED dùng IC
MAX7219
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

do an

16