THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẢNG QUANG BÁO CỠ NHỎ BẰNG GIAO TIẾP RS232

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
BẢNG QUANG BÁO CỠ NHỎ BẰNG GIAO TIẾP

RS232

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN HỮU TUYẾN VÀ VÔ TUYẾN

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ
TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................iv
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ SẢN PHẨM......................................................................2

1.1. Cơ sở lý thuyết....................................................................................................2
1.1.1. Tổng quan về giao tiếp RS232.....................................................................2
1.1.2. Phương pháp quét led matrix 8x8..............................................................4

1.2. Module chuyên dùng..........................................................................................5
1.2.1. Module RS232..............................................................................................5

1.3. Linh kiện chuyên dùng......................................................................................6
1.3.1. Vi điều khiển AT89C52...............................................................................6
1.3.2. IC dịch 74HC595..........................................................................................8
1.3.3. IC đệm dòng ULN2803..............................................................................10
1.3.4. Led matrix 8x8 1588AS.............................................................................12

1.4. Thiết kế sản phẩm............................................................................................13
1.4.1. Sơ đồ khối...................................................................................................13
1.4.2. Lưu đồ hoạt động.......................................................................................14
1.4.3. Sơ đồ nguyên lý..........................................................................................15
1.4.4. Mạch in PCB..............................................................................................16
1.4.5. Mô phỏng 3D..............................................................................................17
1.4.6. Bảng điều khiển hiển thị thông tin trên bảng quang báo........................17
1.4.7. Tính tốn....................................................................................................18
1.4.8. Code chương trình nạp..............................................................................18

CHƯƠNG 2 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.........................................24
2.1. Kết luận.............................................................................................................24
2.2. Hướng phát triển..............................................................................................24

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................25

ii

iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Hình dạng đầu kết nối DB-25 và DB-9.......................................................2
Hình 1.2. Cấu trúc frame truyền ( Mã ASCII )...........................................................3
Hình 1.3. Kết nối các thiết bị DTE và DCE bằng cáp thẳng.......................................3
Hình 1.4. Hình minh họa phương pháp quét led matrix 8x8.......................................4
Hình 1.5. Sơ đồ chân led matrix 8x8 1588AS Anot chung được dùng trong mạch....5
Hình 1.6. Module RS232 và sơ đồ kết nối MAX232 với RS232................................5
Hình 1.7. Vi điều khiển AT89C52.............................................................................7
Hình 1.8. Sơ đồ chân AT89C52.................................................................................8

Hình 1.9. Sơ đồ chân 74HC595..................................................................................8
Hình 1.10. Sơ đồ logic của 74HC595...........................................................................9
Hình 1.11. Hình ảnh thực tế IC 74HC595..................................................................10
Hình 1.12. Sơ đồ khối IC ULN2803...........................................................................11
Hình 1.13. Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dịng của ULN2803.........................................11
Hình 1.14. Hình ảnh thực tế IC ULN2803.................................................................11
Hình 1.15. Led matrix 8x8 1588AS............................................................................12
Hình 1.16. Sơ đồ khối.................................................................................................13
Hình 1.17. Lưu đồ hoạt động......................................................................................14
Hình 1.18. Sơ đồ ngun lý........................................................................................15
Hình 1.19. Mạch in PCB............................................................................................16
Hình 1.20. Mơ phỏng 3D............................................................................................17
Hình 1.21. Bảng điều khiển hiển thị thơng tin trên bảng quang báo được tạo và lập
trình bằng Phần mềm Visual Basic 6.0........................................................................17

iv

MỞ ĐẦU

I. Lý do chọn đề tài

- Bảng quang báo nhỏ có thể có giá trị thị trường cao, đặc biệt trong các

lĩnh vực quảng cáo, bán hàng…Với bảng quang báo cỡ nhỏ, mạch điều

khiển có thể được tối ưu hóa để quản lý một lượng nhỏ thông tin hoặc

hiển thị đơn giản, giúp dễ dàng quản lý và cập nhật nội dung. Bảng

quang báo cỡ nhỏ thường dễ dàng di chuyển và đặt ở nhiều vị trí khác

nhau, cung cấp tính linh hoạt trong việc trưng bày thơng tin.

- Vì những lý do đó đã hướng nhóm em đến : Thiết kế và thi công mạch

điều khiển bảng quang báo cỡ nhỏ bằng giao tiếp RS232.

II. Ý tưởng thiết kế

- Tích hợp tính năng điều khiển từ xa bằng hữu tuyến, cho phép người

dùng thay đổi nội dung và hiển thị thông tin từ xa .

- Nhập nội dung hiển thị bằng giọng nói.

- Đốn được suy nghĩ để hiển thị ra nội dung.

III. Mục tiêu của sản phẩm

- Điều khiển bảng quang báo bằng máy tính thơng qua giao tiếp RS232.

- Điều chỉnh nội dung hiển thị ( hiển thị text ).

- Hiển thị nội dung bằng Led matrix 8x32.

- Hướng hiển thị nội dung tùy chỉnh ( Chạy chữ ngược, xuôi ) .

1

CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ SẢN PHẨM

1.1. Cơ sở lý thuyết
1.1.1. Tổng quan về giao tiếp RS232

Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều
nhất là 2 thiết bị , tốc độ truyền nhận dữ liệu 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với
một số thiết bị đặc biệt.

Hình 1.1 Hình dạng đầu kết nối DB-25 và DB-9

Trong chuẩn RS232, bit 1 được biểu diễn bằng điện thế có giá trị từ -3 V đến -
25 V, và bit 0 có giá trị điện thế từ +3 V đến +25 V. Vì nguyên do này, để kết nối bất
kỳ RS232 nào đến hệ thống vi điều khiển chúng ta phải sử dụng bộ chuyển đổi điện thế
như là chip MAX232 để chuyển đổi các mức logic TTL (transistor-transistor logic)
sang mức điện thế RS232 và ngược lại.

Trong giao tiếp TTL quy định rằng 5V tương đương với logic "1" và 0V tương
đương với logic "0".

 Cấu trúc frame truyền :
- Mỗi ký tự được đặt giữa bit start và stop, đây được gọi là thiết lập khung

dữ liệu (frame).
- Trong khung dữ liệu, bit start luôn luôn là 1 bit nhưng bit stop có thể là 1

hoặc 2 bit.
- Bit start luôn luôn là 0 (mức thấp) và bit stop là 1 (mức cao).

2

Hình 1.2. Cấu trúc frame truyền ( Mã ASCII )

RS232 hoạt động với chế độ giao tiếp hai chiều trao đổi dữ liệu với nhau. Hai
thiết bị sẽ được kết nối với nhau gồm DTE( thiết bị đầu cuối) xử lý dữ liệu số và DCE (
thiết bị truyền dữ liệu)
Nguồn DCE đưa ra yêu cầu được tạo bởi RTS và CTS ở bộ nguồn DTE, xóa
đường dẫn dữ liệu và đưa ra tín hiệu để gửi dữ liệu.

Hình 1.3. Kết nối các thiết bị DTE và DCE bằng cáp thẳng.
3

1.1.2. Phương pháp quét led matrix 8x8
- Để làm sáng được 1 LED, chúng ta cần cấp điện áp VCC và GND vào 2 chân.
- Đầu tiên điều khiển 8 con LED thứ nhất theo hàng ngang hoặc theo cột dọc. Sau
đó tắt hết đi -> điều khiển tiếp 8 con LED tiếp theo -> tắt đi -> điều khiển tiếp 8
con tiếp theo …… cứ như thế cho đến hết 64 con LED thì lặp lại. Tốc độ bật tắt
là rất nhanh, mắt người do có sự lưu ảnh ở mắt sẽ tự ghép lại thành 1 hình ảnh
hồn chỉnh.
- Khoảng thời gian mà bạn bật sáng 8 con LED đầu tiên cho tới khi bật sáng 8
con LED cuối cùng là 1 chu kì quét. Lấy nghịch đảo sẽ có được tần số quét.
Theo tham khảo và thực tiễn, thì tần số để quét đi quét lại hết 1 tấm matrix là
60Hz thì mắt người nhìn sẽ thấy ổn.

Hình 1.4. Hình minh họa phương pháp quét led matrix 8x8 ( quét hàng hiển thị chữ A )

4

Hình 1.5. Sơ đồ chân led matrix 8x8 1588AS Anot chung được dùng trong mạch.
1.2. Module chuyên dùng
1.2.1. Module RS232
Là mạch chuyển mức tín hiệu giữa chuẩn RS232 và TTL dùng IC MAX232. Mạch
được thiết kế nhỏ gọn với Cổng COM 9 chân để dễ dàng kết nối máy tính .Giúp chúng

ta có thể kết nối ln truyền thông nối tiếp với vi điều khiển mà không cần thêm các
ngoại vi nào khác.

Hình 1.6. Module RS232 và sơ đồ kết nối MAX232 với RS232
5

 Thông số kĩ thuật:
- IC điều khiển : MAX232
- Điện áp hoạt động: 3V - 5V DC
- Các chân giao tiếp UART TTL : TX, RX, GND, VCC
- Khoảng cách truyền xa nhất là 15m.
- Tốc độ truyên dữ liệu là 20kbps
1.3. Linh kiện chuyên dùng
1.3.1. Vi điều khiển AT89C52
- AT89C52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất. Các sản phẩm

AT89C52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển. Việc xử lý trên byte và các
toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất
dữ liệu nhanh trên RAM nội. Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên chip dùng
cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm
tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển.
- AT89C52 có 8Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong để lưu chương trình, vì
vậy Vi điều khiển có khả năng nạp xóa chương trình bằng điện lên đến 1000
lần. Dung lượng RAM 128 byte, AT89C52 có 4 Port xuất/nhập 8 bit, có 2 bộ
định thời 16 bit. Ngồi ra AT89C52 cịn có khả năng giao tiếp dữ liệu nối tiếp,
có thể mở rộng khơng gian nhớ chương trình và nhớ dữ liệu ngồi lên đến
64Kbyte.

6

Hình 1.7. Vi điều khiển AT89C52
 Thông số kỹ thuật :
- Họ vi điều khiển 8 bit
- Điện áp cung cấp: 4-6V
- Tần số hoạt động : 24 Mhz
- Bộ nhớ : 8 Kb Flash, 256 Bytes SRAM
- Timer/Counter : 3 bộ 16 bit
- 32 chân I/O lập trình được
- 8 nguồn ngắt khác nhau
- Kiểu chân : PDIP40

7

Hình1.8. Sơ đồ chân AT89C52
1.3.2. IC dịch 74HC595

- 74HC595 là một thanh ghi dịch (shift register) hoạt động trên giao thức nối tiếp
vào song song ra (Serial IN Parallel OUT).

- Nó nhận dữ liệu nối tiếp từ vi điều khiển và sau đó gửi dữ liệu này qua các chân
song song.

- Có thể tăng 8 chân đầu ra bằng cách sử dụng chip đơn. Cũng có thể kết nối song
song nhiều hơn 1 thanh ghi dịch.Giả sử đã kết nối ba thanh ghi dịch với bộ vi
điều khiển, các chân đầu ra được tăng lên 8 x 3 = 24.
Sơ đồ chân của 74HC595 như sau:

8

Hình 1.9. Sơ đồ chân 74HC595.

Hình 1.10. Sơ đồ logic của 74HC595.
Bảng 1.1. Chức năng các chân của 74HC595

Chân Ký hiệu Chức năng
1 Q1 Ngõ ra dữ liệu song song
2 Q2 Ngõ ra dữ liệu song song
3 Q3 Ngõ ra dữ liệu song song
4 Q4 Ngõ ra dữ liệu song song
5 Q5 Ngõ ra dữ liệu song song
6 Q6 Ngõ ra dữ liệu song song
7 Q7 Ngõ ra dữ liệu song song
8 GND
9 Q7’ Mass (0V)
10 MR\ Ngõ ra dữ liệu nối tiếp
Đưa về trạng thái ban đầu (tích cực mức thấp)
11 SH_CP Ngõ vào xung clock. Một quá trình chuyển từ mức
thấp đến mức cao ở chân này sẽ dịch dữ liệu trong
12 ST_CP thanh ghi dịch một nhịp.
Ngõ vào. Quá trình chuyển từ mức thấp sang mức
cao ở Latch clock sẽ chốt dữ liệu được dịch trong

9

thanh ghi dich vào bộ chốt.
Ngõ ra cho phép (tích cực mức thấp). Khi chân này

ở mức thấp thì tín hiệu từ bộ chốt được đưa ra đầu

13 OE\ ra. Khi nó ở mức cao thì các đầu ra song song ở

trạng thái trở kháng cao. Đầu ra nối tiếp không bị

14 DS ảnh hưởng bởi chân này.
Dữ liệu vào nối tiếp

15 Q0 Dữ liệu ra song song

16 Vcc Nguồn

Hình 1.11. Hình ảnh thực tế IC 74HC595.
1.3.3. IC đệm dòng ULN2803

Đây là IC gồm 8 transistor NPN ghép Darlington gắn mạch điện tử trong dãy
này của chuỗi là một bộ lý tưởng để giao tiếp với mạch điện dạng số mức logic thấp
như: TTL, CMOS hoặc PMOS/NMOS. ULN2803 được thiết kế để phù hợp với
chuẩn TTL.

10

Hình 1.12. Sơ đồ khối IC ULN2803.
 Vài chỉ số kĩ thuật của IC ULN2803:
- Dòng điện ngõ vào khoảng 25mA
- Điện áp ngõ vào khoảng 0.5V – 30V
- Dòng ra tới 500 mA/ 50 V
- Đệm 8 kênh riêng biệt
- Đầu ra đảo.

Hình 1.13. Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dòng của ULN2803.

Hình 1.14. Hình ảnh thực tế IC ULN2803.

1.3.4. Led matrix 8x8 1588AS
- LED ma trận 8x8 có tổng cộng 64 LED đơn được căn chỉnh. Bằng cách lập trình
từ nhiều ngôn ngữ khác nhau, ta có thể lập trình để đèn LED ma trận chạy chữ,
số hoặc ký hiệu tùy theo yêu cầu.
 Thông số kỹ thuật :
- Điện áp hoạt động: 3.7V - 5.3V
11

- Màu led: Đỏ
- Điều khiển: Anot chung
- Kích thước: 38mmx38mm
- Đường kính led: 3.7 mm

-
Hình 1.15. Led matrix 8x8 1588AS

12

1.4. Thiết kế sản phẩm
1.4.1. Sơ đồ khối

Hình 1.16. Sơ đồ khối
13

1.4.2. Lưu đồ hoạt động

Hình 1.17. Lưu đồ hoạt động
14

1.4.3. Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý
 Khối điều khiển gồm mạch nguồn, vi xử lí và mạch giao tiếp máy tính :
- Khối nguồn: tạo ra điện áp một chiều ổn định 5V để cung cấp cho các khối và

linh kiện trong hệ thống.
- Khối vi xử lí ( AT89C52 ) : tạo ra tín hiệu điều khiển khối LED ma trận để hiển

thị các ký tự như chương trình đã định trước.
- Khối giao tiếp máy tính ( Module RS232 ) : sử dụng ic max232 nhận tín hiệu

truyền từ máy tính vào vi điều khiển.
15

 Khối hiển thị LED ma trận nhận tín hiệu từ khối vi xử lý, giải mã để chuyển ra
khối hiển thị - là 4 led ma trận 8x8 ghép lại, hiển thị các ký tự được truyền từ
máy tính .

 Module hiển thị dùng 4 ma trận led ghép lại với nhau thành 8 hàng và 32 cột.
Các ma trận led được nối chung hàng. Module sử dụng IC chốt dịch 74HC595
và IC đệm dòng ULN2803.

 Các chân Clock và Latch của IC 74HC595 được mắc song song với nhau. 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.

 Các đầu ra của IC chốt dịch 74HC595 được mắc vào các cổng vào của IC đệm
dòng ULN2803, các đầu ra của ULN2803 sẽ được nối trực tiếp với các chân cho

phép cột của các LED ma trận trong module hiển thị.

1.4.4. Mạch in PCB

Hình 1.19. Mạch in PCB

16