ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LEDIMM PRO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Sự lưu ảnh của mắt:
Sự lưu ảnh của mắt tức là lưu ảnh trên võng mạc phải mất một khoảng thời
gian cỡ 0,1 s võng mạc mới hồi phục lại như cũ được. Trong khoảng thời gian 0,1s này
cảm giác ánh sáng chưa bị mất và người quan sát vẫn còn thấy hình ảnh của vật.
Trong phim ảnh người ta chiếu 25 ảnh trên một giây để người xem có cảm giác
các hoạt động trong phim là liên tục, gần nhất trong ti vi của chúng ta cũng chỉ
25 ảnh trên giây được quét bằng hai bán ảnh.
1.2. Sơ lược về mạng quang báo.
Quang báo là dùng ánh sáng để hiển thị theo mục đích của người tạo ra nó.
Với sự trợ giúp của các kỹ thuật vi mạch, vi xử lí, vi điều khiển, máy tính Hiện
nay có rất cách thực hiện quang báo như:
- Quang báo bằng máy tính kết hợp với bộ tương thích gồm mạch đệm hệ thống
đèn chiếu hay màn hình tinh thể, led, ma trận led, quang báo thực hiện theo cách
này rất tốn kém và cồng kềnh. Tuy nhiên nó có thể hiển thị được nhiều nội dung và
nội dung rất sinh động. Đặc biệt ở nó có thể thay đổi nội dung hiển thị một cách dễ
dàng nhanh chóng. Đặc biệt nó có thể kiểm soát được nội dung lớn. Loại này thích
hợp dùng ở các rạp hát lớn, các trung tâm quảng cáo và các buổi lễ.
- Quang báo mà nội dung của chúng có thể thay đổi được bằng cách nạp vào bộ nhớ
của mạch quang báo trực tiếp. Có thể nạp lại nội dung bằng máy vi tính hay các bộ
KIT vi xử lí. Loại này hiện nay được thực hiện nhiều vì nó gọn hơn so với loại thực
hiện trực tiếp bằng máy vi tính mà phần nội dung hiển thị cũng đa dạng. Chi phí thực
hiện nhỏ hơn so với loại thực hiện bằng máy vi tính. Tuy nhiên phần nội dung hiển thị
có phần hạn chế hơn.
- Quang báo không thể thay đổi nội dung hiển thị (nội dung được nạp chết trong bộ
nhớ). Đặc điểm của loại này là gọn rẻ tiền, thích hợp cho các hình thức trang trí hay
chỉ báo với nội dung nhỏ không thay đổi, hay ít thay đổi.
Có thể minh họa mạch quang báo có nội dung được lập trình trước bằng sơ đồ hình
sau:
1
Hình 1. 1 Sơ đồ khối mạch quang báo.

• Khối 1. Khối điều khiển.
Có thể dùng trực tiếp bằng máy vi tính, hoặc các bộ xử lý hay mạch điện. Tùy
vào tầm cỡ của mạch quang báo.
Trong các mạch quang báo thông thường, ta có thể xem khối này gồm khối tạo
địa chỉ cho bộ phận nhớ và tạo tín hiệu cho phép xuất ra hay không xuất ra của bộ hiển
thị.
Người ta có thể thực hiện các mạch dao động bằng IC 555, IC 4060, thạch anh
hoặc các mạch dao động khác như RC, LC … Nhưng các mạch dao động số thường
được ứng dụng trong vi mạch số vì nó dễ tương thích.
Ngoài ra người ta còn dùng các IC đếm như 7456, 74193, 4040, 4017, 74192,
… kết hợp với mạch điện rời để điều khiển.
• Khối 2 : Bộ nhớ.
Hiện nay có rất nhiều loại bộ nhớ như: RAM, ROM, … tùy thuộc vào mục đích
thiết kế mà người ta dùng loại SRAM, DRAM, ROM hoặc EPROM.
Tất cả ở đây đều là các bộ nhớ truy xuất được.
• Bộ hiển thị.
Bộ hiển thị là phần đèn hay các linh kiện quang điện dùng để hiện bằng ánh
sáng. Đi đôi với chúng là các mạch đệm. Mạch đệm làm tương thích ở ngõ ra của bộ
phận nhớ và ngõ vào của mạch hiển thị.
1.3 Giới thiệu các linh kiện thường được sử dụng trong hệ thống quang báo.
1.3.1. Khối nguồn.
Nguồn cung cấp ổn định cho mạch là 5V. Nguồn được lấy từ nguồn điện lưới
qua biến áp, ngõ ra của biến áp là 12V nguồn 12VAC được chỉnh lưu trước khi đưa
vào mạch ổn áp.
1
Dòng cần cung cấp cho mạch chúng ta khoảng 200mA.Ta cần phải chọn dạng
mạch ổn áp cho mạch.
Có nhiều loại ổn áp :
- Ổn áp song song và nối tiếp tuyến tính.
- Ổn áp song song và nối tiếp phi tuyến.

Và có các IC ổn áp như các họ 78XX (ổn áp dương), 79XX (ổn áp âm),…
Vì dòng tiêu thụ cho mạch nhỏ nên bỏ đến hiệu suất của mạch ổn áp, thường dùng IC
ổn áp 7805 cho mạch.
7805 là IC ổn áp dương. Đối với IC này người ta dùng tụ thoát 0,33
µ
F khi không
cần thiết cho ổn định, có thể dùng tụ 0,1
µ
F ở ngõ ra để cải thiện đáp ứng quá độ của
ổn áp. Các tụ này phải được đặt trên hay càng gần các IC ổn áp cùng tốt.
Hình 1. 2. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
Hình 1.2. Hình ảnh IC 7805
1.3.2. Khối điều khiển
Khối điều khiển có thể tạo ra từ vi điều khiển, bộ tạo dao động, bộ đếm hoặc
các IC số
1.3.2.1. Vi điều khiển:
1
Trong thực tế người ta hay dùng một số loại vi điều khiển như AT89C51,
AT89C52, ATMEGA 16, ATMEGA 32, ATMAGA 128
Vi điều khiển AT89C51
Hình 1.4. Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51
Đặc tính kỹ thuật của vi điều khiển AT89C51
√ 4 KB ROM bên trong.
√ 128 Byte RAM nội.
√ 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.
√ Giao tiếp nối tiếp.
√ 64 KB vùng nhớ mã ngoài
√ 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.
√ Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn).
√ 210 vị trí nhớ có thể định vị bit.

√ 4 μs cho hoạt động nhân hoặc chia.
Chức năng hoạt động của từng chân (pin) được tóm tắt như sau :
√ Từ chân 1÷ 8 Port 1 (P1.0, . . ., P1.7) dùng làm Port xuất nhập I/O để
giao tiếp bên ngoài.
√ Chân 9 (RST) là chân để RESET cho 8051. Bình thường các chân này
ở mức thấp. Khi ta đưa tín hiệu này lên cao (tối thiểu 2 chu kỳ máy). Thì những
1
thanh ghi nội của 8051 được LOAD những giá trị thích hợp để khởi động lại hệ
thống.
Từ chân 10÷17 là Port3 (P3.0, P3.1, . . ., P3.7) dùng vào hai mục đích :
dùng là Port xuất / nhập I/O hoặc mỗi chân giữ một chức năng cá biệt được tóm
tắt sơ bộ như sau :
• P3.0 (RXD) : Nhận dữ liệu từ Port nối tiếp.
• P3.1 (TXD) : Phát dữ liệu từ Port nối tiếp.
• P3.2 (INT0) : Ngắt 0 bên ngoài.
• P3.3 (INT1) : Ngắt 1 từ bên ngoài.
• P3.4 (T0) : Timer/Counter 0 nhập từ bên ngoài.
• P3.5 (T1) : Timer/Counter 1 nhập từ bên ngoài.
• P3.6 (WR) : Tín hiệu Strobe ghi dữ liệu lên bộ nhớ bên ngoài.
• P3.7 (RD) : Tín hiệu Strobe đọc dữ liệu lên bộ nhớ bên ngoài.
√ Các chân 18,19 (XTAL2 và XTAL1) được nối với bộ dao động thạch
anh 12 MHz để tạo dao động trên CHIP. Hai tụ 30 pF được thêm vào để ổn định
dao động.
√ Chân 20 (Vss) nối đất (Vss = 0).
√ Từ chân 21÷28 là Port 2 (P2.0, P2.1, . . ., P2.7) dùng vào hai mục
đích: làm Port xuất/nhập I/O hoặc dùng làm byte cao của bus địa chỉ thì nó
không còn tác dụng I/O nữa. Bởi vì ta muốn dùng EPROM và RAM ngoài nên
phải sử dụng Port 2 làm byte cao bus địa chỉ.
√ Chân 29 (PSEN) là tín hiệu điều khiển xuất ra của 8051, nó cho phép
chọn bộ nhớ ngoài và được nối chung với chân của OE (Outout Enable) của

EPROM ngoài để cho phép đọc các byte của chương trình. Các xung tín hiệu
PSEN hạ thấp trong suốt thời gian thi hành lệnh. Những mã nhị phân của
chương trình được đọc từ EPROM đi qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh
ghi lệnh của 8051 bởi mã lệnh.
Chân 30 (ALE : Adress Latch Enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra của
8051,
nó cho phép phân kênh bus địa chỉ và bus dữ liệu của Port 0.
√ Chân 31 (EA : Eternal Acess) được đưa xuống thấp cho phép chọn bộ
nhớ mã ngoàiđối với 8031.
1
Đối với 8051 thì :
• EA = 5V : Chọn ROM nội.
• EA = 0V : Chọn ROM ngoại.
• EA = 21V : Lập trình EPROM nội.
√ Các chân từ 32÷39 là Port 0 (P0.0, P0.1, . . . , P0.7) dùng cả hai mục
đích : Vừa làm byte thấp cho bus địa chỉ, vừa làm bus dữ liệu, nếu vậy Port 0
không còn chức năng xuất nhập I/O nữa.
√ Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V.
Vi điều khiển ATMEGA 16
Hình 1.5. Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA 16
Vi điều khiển ATMEGA 128
• Khả năng thực thi cao, công suất tiêu thụ thấp, bộ vi xử lý 8 bit
• Bộ vi xử lý với cấu trúc RISC :
 Có thể tính toán 16 triệu lệnh trên 1s ở tần số 16MHz
 Tạo ra đầy đủ các trạng thái
 32 thanh ghi với mục đích làm việc và điều khiển thiết bị ngoại vi
 Bộ nhớ chương trình không đổi và bộ nhớ dữ liệu :
1
 Bộ nhớ dữ liệu chương trình là 128K Bytes với chu kì tẩy xóa cho
bộ nhớ là 10 000 lần

 Bộ nhớ EEPROM là 4 K bytes với chu kỳ tẩy xóa là 100 000 lần
 Có 4 K Bytes bộ nhớ SRAM nội
 Có thể lựa chọn mở rộng không gian bộ nhớ ngoài lên 64 K Bytes
 Có chế độ khóa để bảo mật chương trình
 Giao tiếp SPI trong lập trình trong hệ thống
• Giao tiếp JTAG (theo chuẩn IEEE 1149.1) :
 Có khả năng quét danh giới theo chuẩn JTAG
 Mở rộng khả năng Debug trên chíp
 Bộ nhớ chương trình, EEPROM, các cầu chì, khóa các bit thông
qua giao tiếp JTAG
• Các ngoại vi :
 Hai bộ Timer/Counter 8 bit hoạt động riêng rẽ và có chế độ so sánh
 Hai bộ Timer/Counter mở rộng 16 bit hoạt động riêng rẽ, chế độ so
sánh và chế độ lưu trữ
 Bộ đếm thời gian thực với tần số dao động riêng
 Hai kênh PWM 8 bit
 Sáu kênh PWM với khả năng thay đổi được từ 2 đến 16 bit
 Khối so sánh đầu ra
 Tám kênh ADC 10 bit
 Hai khối giao tiếp USART có thể lập trình
 Giao tiếp nối tiếp SPI master/slave
 Watchdog và Timer có thể lập trình nhờ xung nhịp trên chip. Tự
động reset khi treo máy
 Khối so sánh tương tự trên chip
• Các đặc trưng đặc biệt của vi điều khiển :
 Có nguồn ngắt bên trong và mở rộng
 Có khả năng lựa chọn xung clock bằng phần mềm
1
 Có sáu chế độ nghỉ : Idle, ADC noise Reduction, Power–save,
Power–down, Standby, Standby mở rộng

 Có khả năng định cỡ xung dao động thời gian thực bên trong
• Các cổng vào ra :
 Gồm 53 chân có thể lập trình
 Chip có 64 chân
 Giải điện áp làm việc từ 4.5 V – 5.5 V
 Dải tốc độ từ 0 – 16 MHz
Atmega128 là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit tiêu thụ điện năng thấp dựa
trên kiến trúc RISC. Công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một
chu kì nhịp xung, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây
ở tần số 1 Mhz. Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá mức
độ tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí. Phần cốt lõi của AVR kết
hợp tập lệnh phong phú về số lượng với 32 thanh ghi làm việc đa năng. Toàn bộ
32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phép
truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kì xung nhịp. Kiến trúc đạt được có
tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC thông thường.
Atmega128 cung cấp những đặc tính sau: 128 K bytes bộ nhớ chương trình, 4K
bytes bộ nhớ EEPROM, 4K bytes SRAM, 52 chân với mục đích vào ra thông
thường, 32 thanh ghi làm việc với mục đích thông thường, bộ đếm thời gian
thực (RTC), 4 bộ Timer/Counter với chế độ so sánh và PWM, 2 USARTs, 8
kênh ADC 10 bit với khả năng lựa chọn đầu vào và lập trình được hệ số khuếch
đại, Watchdog timer có khả năng lập trình nhờ bộ tạo dao động bên trong, giao
tiếp SPI, bộ giao tiếp kiểm tra lỗi theo chuẩn IEEE 1149.1, chỉ dùng để debug hệ
thống và chương trình trên chip và khả năng lựa chọn 6 chế độ tiết kiệm năng
lượng. chế độ Idle ngừng hoạt động của CPU trong khi cho phép SRAM,
Timer/Counter, cổng SPI, hệ thống ngắt tiếp tục gọi hàm, chế độ power-down
tiết kiệm lượng thanh ghi nhưng ổn định cho xung giao động, ko hoạt động các
hàm khác cho đến khi có ngắt tiếp theo hoặc reset phần cứng. Ở chế độ power-
save, Timer không đồng thời tiếp tục hoạt động, mà cho phép người sử dụng
dùng một Timer cơ sở trong khi các thiết bị đang ở chế độ nghỉ. Chế độ giảm
nhiễu cho ADC ngừng CPU và các module vào ra ngoại trừ timer và ADC, để

giảm nhiễu xuống thấp nhất trong quá trình biến đổi ADC. Ở chế độ standby
1
thạch anh dao động đang chạy trong khi các thiết bị khác ở chế độ nghỉ. Ở chế
độ standby mở rộng bộ dao động chính và timer không đồng bộ tiếp tục chạy.
Mô tả các chân vi điều khiển ATMEGA 128:
• VCC : chân nguồn +5V
• GND: chân đất
• Port A
• Port B
• Port C
• Port D
• Port E
• Port F
• Port G
• Reset : dùng để reset lại hệ thống
• XTAL1 và XTAL2 : là hai chân để tạo dao động ngoài khi nối với
thạch anh
• AVCC là chân nguồn cho cổng F và dùng để biến đổi ADC. Khi
kết nối với VCC thì quá trình biến đổi ADC là chính xác hơn
• AREF là chân điện áp so sánh phục vụ cho quá trình biến đổi ADC
• PEN là chân enable cho chế độ giao tiếp SPI
1
Hình 2.1 : Sơ đồ chân của Atmega128
1
Hình 2.2: Sơ đồ khối bên trong của Atmega 128
1.3.2.2. Dao động và đếm.
1
• Flip-flop.
Sử dụng rộng rãi trong các mạch đếm nhớ nói chung nó đóng vai trò quan trọng
trong kỹ thuật số.

Flip – Flop là phần tử có khả năng lưu trữ một trong hai trạng thái là [0] hay
[1].
FF có từ 1 đến một vài đầu vào điều khiển, có hai đầu ra luôn luôn ngược nhau
là Q và Q. Tuỳ từng loại FF do chế tạo có thể còn có đầu vào xóa (thiết lập “0” –
Clear), đầu vào thiết lập “1” (PRESET). Ngoài ra FF còn thường hay có đầu vào đồng
bộ (clock). Sơ đồ khối của FF được cho ở hình dưới.
Sơ đồ khối của flip-flop
- Trigger JK
Sơ đồ khối của flip-flop JK
Bảng chân lý của flip-flop JK
- Trigger D:
1
Sơ đồ khối của flip-flop D
Bảng trạng thái
D Q Q’
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
- Trigger T
Sơ đồ khối của flip-flop T
Bảng chân lý

• Mạch dao động
Mạch dao động ta có thể thực hiện được bằng:
+ Mạch dao động thạch anh.
Tinh thể thạch anh (Quartz Crytal) là loại đá trong mỏ trong thiên nhiên,
chính là đioxyt silicium (SiO
2
).
Tinh thể thạch anh dùng trong mạch dao động là một lát mỏng được cắt ra từ
tinh thể. Tùy theo mặt cắt mà lát thạch anh có đặc tính khác nhau. Lát thạch anh có
diện tích từ nhỏ hơn 1 cm
2
đến vài cm
2
được mài rất mỏng, phẳng (vài mm) và hai mặt
thật song song với nhau. Hai mặt này được mạ kim loại và nối chân ra ngoài để dễ sử
dụng.
Hình 1.6. Tinh thể thạch anh
1
D Q’
0
1
0
1
⇒
Q
T
T – FF
Đặc tính của tinh thể thạch anh là điện áp, theo đó khi ta áp một lực vào hai mặt
của lát thạch anh thì sẽ xuất hện một điện thế xoay chiều giữa hai mặt. Ngược lại dưới
tác dụng của một điện thế xoay chiều, lát thạch anh sẽ rung ở một tần số không đổi và

như vậy sẽ tao ra một điện thế xoay chiều có tần số khhong đổi. Tần số rung của lát
thạch anh phị thuộc vào kích thước của nó đặc biệt là độ dày mặt cắt.
Ta có thể dùng mạch dao động thạch anh để thay thế mạch nối tiếp LC, mạch sẽ
dao động ở tần số Fs. Còn nếu thay thế mạch song song LC mạch sẽ dao động ở tần số
Fp. Do thạch anh có điện cảm Ls lớn, điện dung nối đất rất nhỏ lên thạch anh sẽ quyết
định tần số dao động của mạch, linh kiện bên ngoài không làm thay đổi tần số dao
động (dưới 1/1000).
Mạch dao động thạch anh như mạch cộng hưởng nối tiếp còn gọi là mạch
Pirece.
Hình 1.7. Mạch dao động thạch anh
Ta thấy dạng mạch giống như mạch dao động Clapp nhưng thay cuộn dây và tụ
điện bằng thạch anh. Dao động Pirece là loại dao động thông dụng nhất của thạch anh.

+ Dùng IC LM 555
IC LM555 là một thiết bị hết sức ổn định cho sự dao động và tạo ra độ chính
xác định thời. Lần đầu tiên được giới thiệu bởi tập đoàn Segnetics với gồm hai loại
1
làSE555 và NE555 vào năm 1971.Sự kết nối các chân và chức năng của từng chân:
nhìn thấy ở hình dưới:
Hình 1.8. IC LM555
Hình 1.9. Sơ đồ chân của IC LM555
Chân 1(Nối đất_Ground)
Chân đất phần lớn có điện thế cung cấp là âm, cái mà thường nối với mạch
thông thường khi họat động từ nguồn dương cung cấp.
Chân 2(Chân khởi hành_Trigger)
Chân này là chân ngõ vào cái là nguyên nhân làm ngõ ra cao hay bắt đầu chu kỳ
định thời.Chân khởi hành xuất hiện khi ngõ vào chân khởi hành đi từ điện áp trên 2/3
điện áp cung cấp đến một điện áp thấp hơn 1/3 của nguồn cung cấp.Ví dụ như khi ta
1
cung cấp một nguồn 12V, điện áp ngõ vào chân khởi hành phải bắt đầu từ trên 8V di

chuyển xuống một nguồn áp thấp 4V để bắt đầu chu kỳ định thời. Hành động này thì ở
mức nhạy cảm và điện áp chân khởi hành có thể thay đổi rất chậm. Để tránh khởi hành
lại, điện áp chân khởi hành phải trở vềmột áp trên 1/3 nguồn cung cấp trước khi kết
thúc chu kỳ định thời trong kiểuđơn ổn. Dòng ngõ vào chân khởi hành là khoảng
0,5µA.
Chân 3 (Đầu ra_Output)
Chân đầu ra của 555 di chuyển đến một mức cao là 1,7V thấp hơn nguồn cung
cấp khi chu kỳ định thời bắt đầu. Ngõ ra trở
Về bản chất thì IC 555 là một mạch kết hợp giữa 2 con Opamp, 3 điện trở, 1
con transistor và 1 bộ flipflop. 2 con Opamp có tác dụng so sánh điện áp , transistor để
xả điện, bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điệp áp VCC thành 3 phần. Cấu
tạo này tạo lên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Opamp 1 và
điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Opamp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3
VCC, chân s=1 và FF được kích, khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC chân R của
FF=1 và FF được Reset.
+ Dùng IC 4060: IC 4060 Đều là các vi mạch họ CMOS
Thời gian trễ: 30-100ns
Công suất tiêu tán:0.01 mW(1mW khi tần số làm việc 1 MHz)
Khả năng tải 50
Mức logic : Mức [0] = 0 V ; Mức [1]=điện áp cung cấp
Nguồn cung cấp:V
DD
=3-15 V
+ IC 4060: có chức năng vừa tạo dao động vừa đếm 14 tần, nhưng chỉ có 10 ngõ ra và
ngõ ra nhảy cóc tại Q
10
(Q
10
không có ngõ ra) 3 đầu ra có bộ dao động là R
s

, R
tc
, C
tc
dùng để mắc mạch RC hoặc thạch anh để chọn các tần số dao động mong muốn từ
người thiết kế. Hoặc có thể sử dụng nguồn xung clock từ bên ngoài đưa vào chân R
s
,
tín hiệu sẽ được cải thiện trước khi đưa đến bộ đếm và khi chân MR lên mức cao thì
tất cả bộ đếm bị reset về 0.
1
Hình 1.10. Sơ đồ chân IC 4060
1
b) 4518 là vi mạch học CMOS, có hai bộ đếm BCD bên trong. Bộ đếm hoạt động ở
mức cao nếu đưa xung clock vào ngõ vào Cpo, và bộ đếm hoạt động ở mức thấp nếu
đưa xung clock vào trong của Cpo. Ngõ ra được đếm trước khi xuất ra ngoài. Chân
MR tác động ở mức cao. Mỗi bộ đều có chân MR riêng và trước các bộ đếm khối
schmitt- trigger hoạt động làm giảm thời gian tăng hay giảm của xung clock, nó tăng
khả năng tải mạch của phát xung clock
Sơ đồ chân:
1.3.2.2.Bộ nhớ:
a. Cơ sở về bộ nhớ:
Các bộ nhớ có thể chia thành hai loại tổng quát, ROM và RAM. ROM là read -
only Memory (bộ nhớ chỉ đọc ra), và RAM là Random - access Memory (bộ nhớ
truy xuất ngẫu nhiên). Nói chung ROM chứa các dữ liệu một cách cố định và không
thể thay đổi. Chỉ có thể đọc từ ROM ra mà không thể ghi vào nó. ROM luôn luôn có
mặt trong các máy tính và không bị mất đi khi tắt nguồn nuôi. Vì vậy nó được coi là
bộ nhớ không thay đổi (nonvolatile). Còn RAM thì lại khác, nó có thể đọc ra và cũng
có thể ghi vào. Nhờ vậy mà dữ liệu có thể cất giữa tạm các dữ liệu rồi sau đó lại lấy
các dữ liệu đó ra. Dữ liệu này cũng có thể thay đổi bất hỳ lúc nào. RAM là bộ nhớ thay

đổi (volatile), nghĩa là nó bị mất hoặc bị xóa khi mất nguồn nuôi, RAM có thể xem
như quyển sổ ghi chép, bạn có thể đọc các điều ghi chép của mình, và đôi khi có thể
thay đổi lại các điều đã ghi chép đó. Trái lại lại ROM giống như sách giáo trình. Nói
chung các thông tin trong đó chỉ có thể đọc ra chứ không thể ghi vào hoặc hay đổi.
Khái niệm truy xuất ngẫu nhiên có nghĩa là bất kỳ một vị trí nhớ nào cũng có
thể được mở ra hoặc được gọi ra ở bất kỳ lúc nào, các thông tin không cần đọc ra hay
ghi vào một cách tuần tự. Về thực chất, cả ROM lẫn RAM đều truy xuất ngẫu nhiên.
Chỉ có điều khác nhau cơ bản RAM là bộ nhớ vừa có thể đọc ra vừa có thể ghi vào.
Phù hợp nhất, có lẽ nên chọn RAM làm “bộ nhớ đọc/ ghi”.
1
V
DD
MR
9
0
2B
0
2B
0
1B
0
0B
CP
1B
CP
OB

HEF 4518B
CP
OA

CP
1A
0
0A
0
1A
0
2A
0
3A
MR
A
V
SS
16
15 14
13 12 11 10 9
1
2 3
4 5 6 7 8
- RAM:
RAM là loại bộ nhớ thay đổi được, dữ liệu có thể ghi vào hoặc đọc ra. Bất kỳ
một phần tử nhớ nào của RAM cũng có thể lựa chọn ra được ở bất cứ lúc nào, và
không giống như ROM, các nội dung dữ liệu của nó cũng có thể thay đổi bất kỳ lúc
nào. RAM được chia thành hai loại tĩnh và động. RAM tĩnh (static), SRAM lưu giữ
số liệu mãi mãi nếu như nguồn nuôi không bị mất. SRAM thực chất là một hàng flip-
flop, trong đó mỗi flip-flop là một phần tử nhớ đại diện cho một bit như đã được trình
bày trên hình 2-6(a). RAM động (DRAM - Dynamic RAM) là một loại RAM được
“làm tươi” (refresh) tức là phải được nạp lại các dữ liệu đang được lưu trữ theo từng
chu kỳ. “Làm tươi” bằng cách thực hiện thao tác đọc hoặc ghi chép lại. Cũng có thể

“làm tươi” bằng các thao tác đặc biệt khác. Do mật độ phân tử nhớ rất cao nên gía tiền
của DRAM tính theo dung lượng bit trở nên khá rẻ so với SRAM, mặc dù phức tạp và
công chế tạo cao hơn. DRAM được chế tạo bằng các MOSFET nhưng tác dụng như
các tụ điện (hình (b)). Nếu các tụ điện không được nạp điện nhắc lại theo chu kỳ thì
các số liệu nhớ sẽ bị mất do sự rò điện. Các DRAM yêu cầu phải được “làm tươi” theo
chu kỳ khoảng 2 đến 4 ms. Thực hiện làm tươi thực chất là nạp thêm năng lượng cho
tụ điện để lưu giữ logic 1 và duy trì sự phóng điện của tụ để lưu giữ logic 0.
- ROM
ROM (read only Memory) bộ nhớ chỉ được đọc ra. Chỉ có thể đọc dữ liệu ra mà
không ghi vào nó, vì vậy nó được coi như bộ nhớ không thay đổi (nonvolative) tức là
không bị mất dữ liệu khi ngắt nguồn nuôi. Nói chung là có ba loại ROM. ROM mặt nạ
(Maskable ROM) là loại ROM do nhà máy nạp sẵn các thông tin, dữ liệu. Khi đã có
được chương trình hóa như vậy rồi thì các bít dữ liệu không thể thay đổi được nữa.
ROM có thể nạp chương trình (PROM – Programmable ROM) là loại ROM mà người
ta sử dụng có thể nạp chương trình bằng một thiết bị đặt biệt gọi là thiết bị “diode”
PROM. Khi đã được chương trình hóa thì dữ liệu trong PROM cũng giống như đối với
ROM không thể thay đổi. PROM có thể xoá hay còn gọi là EPROM (erasable PROM)
là loại ROM mà người sử dụng có thể nạp chương trình vào và các dữ liệu trong nó
xoá bằng một thiết bị đặc biệt: xoá bằng tia cực tím.
- SRAM
SRAM là loại bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, chỉ lưu dữ liệu khi có nguồn điện cung
cấp. Nếu ngắt nguồn thì tất cả dữ liệu trong bộ nhớ sẽ mất. Khi cấp nguồn trở lại
SRAM, dữ liệu vẫn được lưu trữ mà không cần thêm xử lý refresh nào. Dữ liệu chỉ cần
được ghi 1 lần và sẽ được giữ lại cho đến khi đọc ra hoặc ngắt nguồn. SRAM khác
nhau ở số lượng các thành phần nhớ khác nhau; các thành phần nhớ khác nhau do các
cell bộ nhớ có cấu tạo khác nhau.
1
Cấu trúc cơ bản của một SRAM bao gồm một hoặc nhiều mảng vuông của các Cell bộ
nhớ cùng với các mạch hỗ trợ giải mã địa chỉ và thực hiện các yêu cầu đọc/ghi. Các
mạch hỗ trợ được thêm vào có thể thực hiện các chức năng đặc biệt như xử lý burst và

còn có thể hiện diện trên chip.
Hình 1.11. Sơ đồ khối cơ bản của một SRAM đồng bộ
* Mảng bộ nhớ (memory array)
Các mảng bộ nhớ SRAM được sắp xếp theo các hàng và các cột của các cell bộ nhớ
(memory cell), theo thứ tự được gọi là wordline và bitline. Trong SRAM IBM, các
wordline được làm từ polysilicon trong khi các bitline là metal. Mỗi cell bộ nhớ có
một vị trí hoặc địa chỉ duy nhất được định nghĩa bằng sự giao nhau của hàng và cột.
Số mảng trên một chip nhớ được xác định bởi tổng kích thước bộ nhớ, tốc độ bộ nhớ
xử lý, layout với các yêu cầu kiểm tra và số đường I/O dữ liệu trên chip.
* Cell bộ nhớ (memory cell)
Một Cell bộ nhớ SRAM là một Flip-flop "bền vững kép" (tạm dịch từ "a bi-stable flip-
flop" theo IBM). Các cell (tế bào) cấu tạo nên SRAM có 4 hoặc 6 Transistor, thường
thấy là 6 transistor. Dựa trên số lượng transistor cấu tạo cell mà ta gọi là 4-T SRAM
hay 6-T SRAM.
1
Nhiều SRAM trên thị trường sử dụng cell có cấu trúc 4 transistor với một tải
polysilicon. Các SRAM này phù hợp cho hệ thống hiệu suất trung hoặc cao. Cấu trúc
này có dòng rò (leakage current) phụ thuộc cao nên có dòng standby cao. Thiết kế có
cấu trúc 4 transistor còn dễ bị ảnh hưởng bởi các bức xạ khác. Với cấu trúc 6
transistor, tuy rằng số lượng transistor sử dụng nhiều hơn nhưng lại có ưu điểm hơn
hẳn như tính ổn định cao, có dòng rò và dòng standby thấp. Cấu trúc 6 transistor được
chứng minh là tốt hơn nhưng phải tránh sử dụng quá vùng diện tích chip thực tế yêu
cầu.
- DRAM
Hình 1.11. Hình ảnh DRAM
DRAM - Dynamic RAM - có nghĩa là RAM động . DRAM yêu cầu cứ sau một thời
gian nhất định thì cần có một chu kỳ lệnh để làm tươi lại bộ nhớ (refresh). Refresh ở
đây có nghĩa là làm cho bộ nhớ vấn lưu trữ thông tin trước, nếu không có chu kỳ
refresh này thì thông tin chứa trong nó sẽ mất. DRAM khác với SRAM (Static RAM)
ở chỗ cần chu kỳ Refresh đó.

- EPROM
EEPROM (tiếng anh: Electrically Erasable Programmable Read-
Only Memory) là một chip nhớ không bay hơi thường dùng trong các máy tính và các
thiết bị di động để lưu trữ một lượng dữ liệu thấp thay đổi nội dung được. EEPROM
thuộc loại "bộ nhớ không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện" (non-volatile storage).
Có thể nói EEPROM là công nghệ mới nhất của ROM mà điều khác biệt cơ bản là
chúng có khả năng xoá được bằng phương pháp lập trình mà chúng không cần đến các
thiết bị chuyên dụng như các thế hệ trước của nó. Bằng cách sử dụng EEPROM (hoặc
flash ROM) người ta có thể dễ dàng xoá bỏ các chương trình được nạp trên nó của
các bo mạch chủ trong máy tính cá nhân mà không cần thêm một thao tác cơ học nào
khác kể cả tháo vỏ máy tính. EEPROM còn giúp các thiết bị khác (bo mạch mạng, bo
mạch đồ hoạ, wireless access points, bộ định tuyến hoặc trong điện thoại, thiết bị giải
trí số cá nhân ) có thể nâng cấp firmware mà không cần thay đổi chip nhớ, việc mà
trước kia người ta thường thực hiện gắn chip trên các đế để có thể thay thế sau này
bằng cách gỡ bỏ chúng và thay bằng chip khác.
1
Hình 1.12. Hình ảnh EPROM
1.4 Khối hiển thị.
1.4.1. Mặt chỉ thị tinh thể lỏng
Mặt chỉ thị tinh thể lỏng còn gọi là LCD, Viết tắt từ Liquid Crystal Display. Ngày
nay LCD loại mới có đời sống từ 10.000 đến 100.000 giờ thay thế dần các mặt chỉ
thị loại LED, Plasma hay huỳnh quang. LCD có những lợi điểm:
- rất ít tốn điện; ca. 10 µW
- chữ số hiện rõ ràng dễ đọc ở nơi có nhiều ánh sáng
- cấu trúc phẳng dẹp có độ bền cơ học cao.
- có thể điều khiển trực tiếp bằng các linh kiện TTL hay CMOS
- có thể chỉ thị những dấu hiệu phức tạp.
LCD cũng có những bất lợi sau:
- đời sống tương đối ngắn so với LED.
- khi trời tối chỉ có thể đọc được với ánh đèn từ bên ngoài.

- thời gian tắt và mở tương đối chậm.
Với những tính chất như trên, LCD đươc dùng làm mặt chỉ thị cho đồng hồ,
máy tính con, máy đo digital, các đồng hồ trong xe hơi, trò chơi trẻ em LCD là linh
kiện thụ động, nó không phát sáng, càng dễ đọc hơn khi chung quanh càng sáng. Ngày
nay đã có LCD mau. Thời gian tắt mở của LCD loại mới cũng cải tiến nhanh hơn để
dùng làm mặt TiVi.
Một trong những nhược điểm của LCD là nhiệt độ là việc tương đối hẹp. Dưới
0 độ một ít với tính chất vật lí của tinh thể lỏng, LCD đã bị “đóng băng”, nhưng với
nhiệt độ dương LCD làm việc trở lại.
Quá 60
0
LCD cũng không làm việc. Tuy nhiên hiện nay có một số hãng sản
xuất được loại LCD với nhiệt độ làm việc tới 90
0
và tới -60
0
.
1.4.2. Điôt phát sáng -Led (light - emitting diode)
1.4.2.1. Đại cương và lớp chuyển tiếp pn
1
LED là linh kiện phổ thông của quang điện tử. LED cho lợi điểm như tần số
hoạt động cao, thể tích nhỏ, công suất tiêu hao bé, không rút địện mạnh khi bắt đầu
hoạt động (như bóng đèn rút điện 10 lần nhiều hơn lúc mới cháy). LED không cần
kính lọc mà vẫn cho ra màu sắc. Sự phát minh ra ánh sáng của LED trên nguyên tắc
hoàn toàn khác với bóng đèn điện, ở đấy vật chất bị đun nóng và photon được phóng
thích.
Những điều kiện tiên quyết để ngày hôm nay người ta có thể sản xuất khoảng
30x10
9
LED mỗi năm là kết qủa của việc nghiên cứu cơ bản vật lý bán dẫn, nhất là sau

khi transitor được phát minh.
Điốt phát quang có cấu trúc với lớp chuyển tiếp pn và cũng có đặc trưng kỹ
thuật như các điốt thông thường: chiều dẫn điện và chiều không dẫn điện. Tuy nhiên
LED có mức ngưỡng điện áp chiều dẫn điện cao (từ 1,6V - 3V) và có điện áp nghịch
tương đối thấp (khoảng 3V . . .5V).
Đặc tính V-A của led
Ví dụ :với cơ chế tái hợp trực tiếp giữa vùng dẫn và vùng hóa trị của GaAs cho ta :
λ =
h c
W
nm
.
∆
= 900
(2.1.1)
Với h = hằng số Planck = 4,16.10
-15
eVs
(eV = electron Volt)
c = vận tốc áng sáng = 3.10
8
m/s
∆
W = 1,38 eV cho GaAs
1
I
V
break
down
V

γ
V
Vật liệu Năng lượng
EV
Độ dài sóng
bức xạ
nm
Vùng bức xạ Loại tái hợp
Germanium
Silizium
Galium-Arsenid
Galium-Arsenid-
Phosphid
Galium-Phosphid
silizium-Nitrit
Gallium-Nitrit
0,66
1,09
1,43
1,91
2,24
2,5
3,1
-
-
910
650
560
490
400

-
-
Hồng ngoại
Đỏ
Xanh lá cây
Xanh da trời
Tím
gián tiếp
gián tiếp
trực tiếp
trực tiếp
gián tiếp
gián tiếp
gián tiếp

b. Một số điốt phát sáng
* Đại cương
Hầu hết những nguyên tố dùng để chế tạo diốt phát sáng đều là những ở nhóm
III và V của bảng phân loại tuần hoàn. Đó là GaAs, Gap và loại hỗn hợp “ternarrius”
với 3 nguyên tố GaAsP.
Loại LED phát sáng dùng để làm linh kiện quang báo, chiếu sáng …, trong khi
đó loại diốt phát ra tia hồng ngoại dùng để truyền tín hiệu trong các bộ ghép quang (op
- coupler), đọc tín hiệu, bộ phận truyền tin quang học với tần số biến điệu tới Mhz.
- Điôt GaAs
Tùy theo sự pha tạp mà bức xạ do sự tái hợp trong GaAs có cực đại giữa 880 và 940
nm trong hồng ngoại gần, mắt không thể nhìn thấy được. Gallium-Arsemid là một vật
liệu bán dẫn lý tưởng cho điện phát quang. Sự tái hợp giữa vùng dẫn và vùng hóa là
trực tiếp.
- Điôt GaAsP.
Diôt GaAsP với sự tái hợp trực tiếp và năng lượng lớn hơn 1,7 eV cho ta ánh

sáng nhìn thấy được. Diôt ánh sáng đỏ và vàng được chế tạo, hàm lượng của Phosphor
trong tinh thể lên đến 85% với diôt phát ra ánh sáng màu vàng.
- LED xanh da trời, xanh lá cây và các loại LED cực sáng.
LED với vật liệu silic và polime
Trước đây người ta chế tạo led phát ánh sáng xanh da trời với SiC. Tuy nhiên
với vật liệu này người ta gặp rất nhiều khó khăn, như đường kính cột tinh thể SiC chỉ
chiếm đến 15 mm. Như thế không thể sản xuất nhiều LED trên cùng một phiến bán
dẫn để giá thành hạ.Với dòng điện 20mA, LED với vật liệu SiC cho ta cường độ sánh
chỉ 0,9med. Gần đây hãng Nichia (NHẬT BẢN) đã chế tạo thành công và bán rộng rãi
trên thị trường loại LED xanh da trời cực sáng với vật liệu GaN. LED loại này có độ
1
dài sóng 450nm (peak wavelength), công suất từ 1,2 đến 1,5 mW, cường độ chiếu sáng
từ 1 đến 2 ed. Loại này mang kí hiệu NLPB 300/310/320 (φ = 3mm); NLPB
500/510/520(φ=5mm). Ngoài ra LED xanh lá cây mang kí hiệu NSPG500 có độ dài
sóng 525nm, công suất phát từ 1 đến 2 mW và có cường độ chiếu sáng từ 3 đến 6 ed.
Ứng dụng của LED đang được phát triển cho việc chiếu sáng đèn kiểm soát
giao thông, hệ thống pin mặt trời Với đèn dây tóc bình thường 95% công suất điện
được biến thành nhiệt, chỉ có 5% dùng để chiếu sáng, các đèn tiết kiệm có gia hiệu
suất lên năm lần, tuy nhiên dễ bể và khi bể thuỷ ngân thoát ra ngoài rất độc. Với hiệu
suất chiếu sáng từ 200 đến 500lm/W, không dễ bể, đời sống trên 10.000 giờ LED cực
sáng có thể dùng làm đèn chiếu sáng tốt. Với 6 LED vàng, một LED xanh lá cây và
một LED xanh da trời kết hợp với nhau ta có ánh sáng gần như ánh sáng trắng.
Từ đầu năm 1993, hãng Hewleett Packard đã bán trên thị trường thế giới loại
LED màu vàng cực sáng với vật liệu AlInGaP. Với dòng điện 20 mA các loại LED mã
số HLMT - CLXX/CHXX/DLXX/DHXX có cường độ chiếu sáng từ 1,5 đến 6,5 cd
với độ dài sáng 590 nm (màu hổ phách) và 615 nm (đỏ - cam). Trong một số công việc
các loại LED cực sáng này dùng để thay thế các laser bán dẫn đắt tiền. Ngoài ra nó còn
được dùng để làm đèn tín hiệu giao thông, đèn chớp trên xe hơi, thay thế bóng đèn
điện thoại loại thông thường . . .
Với độ rộng vùng cấm không thích hợp, silic trong quá khứ đã không thể dùng

làm vật liệu chế tạo LED được. Nhưng từ năm 1990 một nhóm nghiên cứu người Anh
(Royal British Radar Establishment) đã nhận thấy silic loại xốp (porous silicon) có thể
phát sáng được sau quá trình quang hóa với HF và được chiếu tia cực tím. Người ta
giải thích hiện tượng này với nguyên lý bất định của Werner Heisenberg.
Ngoài ra người ta còn tìm thấy với vật liệu Poly - (p - para) - Phenylen -
Vinylen (PPV) có thể dùng để chế tạo linh kiện phát sáng được gọi là LEP (Light
EmttingPolymere) hay OLED với vật liệu hữu cơ. Ứng dụng gần nhất của LED polime
đó là mặt phát sáng sau các màn tinh thể lỏng. Hãng Philips đã đạt mật độ chiếu sáng
cho LED polime đến 1600 cd/m
2
. Ngoài ra loại transitor trường với vật liệu bán dẫn
polime đang được phát triển để tổ hợp chung trên cùng một ma trận điểm LED polime.
LED polime có ưu điểm hơn hẳn LCD là thời gian đóng/mở chỉ vài µs góc nhìn
đạt đến 180
0
và nhiệt độ hoạt động đến - 40
0
.
1