Thiết kế và thi công led cube 5x5x5 dùng vi điều khiển AT89S52

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG LED CUBE 5X5X5 DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52
GVHD: ThS. VŨ THẾ ĐẢNG
SVTH: VÕ QUANG LỘC
Lớp: DF10DT44
Bình Dương, tháng 5 năm 2012
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Cấu trúc
I. Tổng quan
II. Cơ sở lý thyết
III. Giới thiệu về linh kiện
IV. Thiết kế phần cứng
V. Lưu đồ & Thiết kế phần mềm
I. Tổng Quan
-
Vi điều khiển là một lĩnh vực khá lý thú đối với các bạn sinh viên chuyên ngành Điện
tử nói chung.
-
Cùng với sự phát triển của ngành điện tử thì nhiều họ Vi điều khiển được các hãng sản
xuất chíp cho ra đời như: AT89, AVR của Atmel, PIC của Microchip…
-
Cùng với sự phát triển đó nhiều ứng dụng về nó đã được ra đời như: Mạch báo chuông
tiết học, Điều khiển động cơ, mạch ứng dụng vi điều khiển điều khiển Led đơn được sử
dụng nhiều trong ngành quảng cáo LED…
-
Ngày nay các ứng dụng về 3D ngày càng rộng rãi, vì thế việc nghiên cứu tìm hiểu led
3D đặt nền móng và giúp cho chúng ta hiểu hơn về công nghệ 3D.
I. Tổng Quan
II. Cơ sở lý thuyết
1.1 Giới thiệu Led Cube 5x5x5

-
LED CUBE được tạo thành từ 125 bóng led, xếp thành 5 lớp, mỗi lớp 25 bóng.
-
Chúng ta không dùng 125 mối nối để thắp sáng từng bóng mà thay vào đó, ta mắc
chung các chân anode của 25 bóng trên 1 lớp lại với nhau và mắc chung 5 chân
cathode để tạo thành cột (có 25 cột)
II. Cơ sở lý thuyết
1.2 Nguyên lý hoạt động Led Cube 5x5x5
-
Để cho 1 led bất kỳ bật sáng, ta nối chân anode chung của lớp với điểm có điện thế
cao, và nối điện thế thấp cho chân cathode của bóng led nào cần thắp sáng.
-
Việc cấp điện thế cao cho các lớp được thực hiện bởi 5 transistor PNP được phân cực
ở vùng bão hòa và vùng ngưng dẫn tương ứng với mức logic 0 và 1
II. Cơ sở lý thuyết
1.2 Nguyên lý hoạt động Led Cube 5x5x5
III. Giới thiệu về linh kiện
Tên linh kiện
Chức năng
Chip Atmel 89S52 Được lập trình dùng để điều khiển các hiệu ứng của khối led cube
Thạch anh 12Mhz
Tạo dao động cho vi điều khiển
Tụ điện 33pF hoặc 22pF
Tụ điện 10uF
Được sử dụng trong mạch Reset
Nút nhấn 4 pin
Điện trở 10kΩ
Điện trở mảng 4,7 kΩ
Dùng để kéo nguồn cho port 0
IC ổn áp 7805

Được dùng trong mạch ổn áp nguồn ra 5V cấp cho vi điều khiển
Tụ điện 100uF
Led đục cao 5mm màu xanh dương Được dùng để tạo thành khối led
Led đục cao màu xanh đỏ Dùng để báo tín hiệu nguồn
Transistor Khuếch đại từ ngõ ra vi điều khiển cấp cho các lớp của khối led
Jack cắm 8 và cáp bẹ 8 Dùng để kết nối từ bo mạch chính vào khối led
Jack nguồn và Adapter Cấp nguồn vào cho bo mạch chính
IV. Thiết kế phần cứng
R 1 1 2 2 0
+ 5 V
D 2
L E D
R 1 6 2 2 0
K H O ÁI N G U O ÀN
R 1 8 2 2 0
R 3 6 2 2 0
U 2
L M 7 8 0 5
1
2
3
V I
G N D
V O
Q 1
P N P B C E
K H O ÁI X Ö Û L Y Ù T R U N G T A ÂM
J 6
C O N 2
1

2
R 3 3 1 K
R 1 4 2 2 0
M A ÏC H Ñ I E ÀU K H I E ÅN L E D C U B E 5 X 5 X 5
R 2 3 2 2 0
R 2 5 2 2 0
R 2 8 2 2 0
R 3 0 1 K
R 1 2 2 2 0
C 3
3 3 P
Q 3
U 1
A T 8 9 S 5 2
9
1 8
1 9
2 0
2 9
3 0
3 1
4 0
1
2
3
4
5
6
7
8

2 1
2 2
2 3
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8
1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
3 9
3 8
3 7
3 6
3 5
3 4
3 3
3 2
R S T
X T A L 2
X T A L 1
G N D
P S E N
A L E / P R O G

E A / V P P
V C C
P 1 . 0 / T 2
P 1 . 1 / T 2 - E X
P 1 . 2
P 1 . 3
P 1 . 4
P 1 . 5
P 1 . 6
P 1 . 7
P 2 . 0 / A 8
P 2 . 1 / A 9
P 2 . 2 / A 1 0
P 2 . 3 / A 1 1
P 2 . 4 / A 1 2
P 2 . 5 / A 1 3
P 2 . 6 / A 1 4
P 2 . 7 / A 1 5
P 3 . 0 / R X D
P 3 . 1 / T X D
P 3 . 2 / I N T 0
P 3 . 3 / I N T 1
P 3 . 4 / T 0
P 3 . 5 / T 1
P 3 . 6 / W R
P 3 . 7 / R D
P 0 . 0 / A D 0
P 0 . 1 / A D 1
P 0 . 2 / A D 2
P 0 . 3 / A D 3

P 0 . 4 / A D 4
P 0 . 5 / A D 5
P 0 . 6 / A D 6
P 0 . 7 / A D 7
C 1
C
L E D
R 9 2 2 0
+ 5 V
C 2
3 3 P
J 4
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8
R E S E T
C 5
2 2 u F
R 3 2 2 0
+ 5 V
R 7 2 2 0
R 2 6 2 2 0
R 2 9 2 2 0
X 2

R 3 1 1 K
+ 5 V
R 1 9 2 2 0
R 2 1 2 2 0
X 1
R 1
R E S I S T O R S I P 9
12
3
4
5
6
7
8
9
D 1
L E D
J 3
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8 R 1 0 2 2 0
X 2
R 3 5
1 0 K

R 1 7 2 2 0
R 2 4 2 2 0
R 2 2 2 0
X 1
R 8 2 2 0
Q 2
R 1 5 2 2 0
L E D
J 2
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8
Y 1
C R Y S T A L
+ 5 V
R 4 2 2 0
R 2 7 2 2 0
R E S E T
Q 5
R 3 4 1 K
R 2 0 2 2 0
R 2 2 2 2 0
K H O ÁI R E S E T
+ 5 V

R 5 2 2 0
R 3 2 1 K
K H O ÁI T A ÏO
D A O Ñ O ÄN G
R 1 3 2 2 0
Q 4
+ 5 V
J 1
1
2
3
4
5
6
7
8
S W 3
K H O ÁI B A ÙO T Í N H I E ÄU
Các Khối chức năng
-
Khối xử lý trung tâm
-
Khối nguồn
-
Khối tạo dao động
-
Khối Reset
-
Khối báo tín hiệu
IV. Thiết kế phần cứng

-
Khối xử lý trung tâm: có chức năng xử lý và đưa ra các tín hiệu tại ngõ ra của vi
điều khiển để điều khiển khối led cube
IV. Thiết kế phần cứng
R 1 1 2 2 0
R 1 6 2 2 0
R 1 8 2 2 0
X 1
Q 1
P N P B C E
R 3 3 1 K
X 2
R 1 4 2 2 0R 2 3 2 2 0
R 2 5 2 2 0
R 2 8 2 2 0
R 3 0 1 K
R 1 2 2 2 0
L E D
Q 3
U 1
A T 8 9 S 5 2
9
1 8
1 9
2 0
2 9
3 0
3 1
4 0
1

2
3
4
5
6
7
8
2 1
2 2
2 3
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8
1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
3 9
3 8
3 7
3 6
3 5
3 4
3 3

3 2
R S T
X T A L 2
X T A L 1
G N D
P S E N
A L E / P R O G
E A / V P P
V C C
P 1 . 0 / T 2
P 1 . 1 / T 2 - E X
P 1 . 2
P 1 . 3
P 1 . 4
P 1 . 5
P 1 . 6
P 1 . 7
P 2 . 0 / A 8
P 2 . 1 / A 9
P 2 . 2 / A 1 0
P 2 . 3 / A 1 1
P 2 . 4 / A 1 2
P 2 . 5 / A 1 3
P 2 . 6 / A 1 4
P 2 . 7 / A 1 5
P 3 . 0 / R X D
P 3 . 1 / T X D
P 3 . 2 / I N T 0
P 3 . 3 / I N T 1
P 3 . 4 / T 0

P 3 . 5 / T 1
P 3 . 6 / W R
P 3 . 7 / R D
P 0 . 0 / A D 0
P 0 . 1 / A D 1
P 0 . 2 / A D 2
P 0 . 3 / A D 3
P 0 . 4 / A D 4
P 0 . 5 / A D 5
P 0 . 6 / A D 6
P 0 . 7 / A D 7
R 9 2 2 0
J 4
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8
R 3 2 2 0
R 7 2 2 0
R 2 6 2 2 0
+ 5 V
R 2 9 2 2 0
R 3 1 1 K
R 1 9 2 2 0
R 2 1 2 2 0

R 1
R E S I S T O R S I P 9
12
3
4
5
6
7
8
9
J 3
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8 R 1 0 2 2 0
R 1 7 2 2 0
R 2 4 2 2 0
R 2 2 2 0
R 8 2 2 0
Q 2
K H O ÁI X Ö Û L Y Ù T R U N G T A ÂM
R 1 5 2 2 0 J 2
C O N 8
1
2

3
4
5
6
7
8
+ 5 V
R 4 2 2 0
R 2 7 2 2 0
Q 5
R 3 4 1 K
R 2 0 2 2 0
+ 5 V
R 2 2 2 2 0
+ 5 V
R 5 2 2 0
R 3 2 1 K
R 1 3 2 2 0
Q 4
R E S E T
J 1
1
2
3
4
5
6
7
8
U 2

L M 7 8 0 5
1
2
3
V I
G N D
V O
J 6
C O N 2
1
2
C 5
2 2 u F
K H O ÁI N G U O ÀN
+ 5 V
IV. Thiết kế phần cứng
-
Khối nguồn: có chức năng ổn áp nguồn vào 5V qua ic ổn áp 7805 để nuôi vi điều
khiển.
X 2X 1
C 3
3 3 P
C 2
3 3 P
K H O ÁI T A ÏO
D A O Ñ O ÄN G
Y 1
C R Y S T A L
IV. Thiết kế phần cứng
- Khối tạo dao động: thường được nối với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho

Vi điều khiển
-
Khối Reset: sẽ Reset vi điều khiển, khi reset thì tín hiệu phải ở mức cao ít nhất 2
chu kỳ máy.
C 1
C
R E S E T
K H O ÁI R E S E T
R 3 5
1 0 K
+ 5 V
S W 3
IV. Thiết kế phần cứng
- Khối báo tín hiệu: có chức năng báo nguồn và tín hiệu khi có tín hiệu điều khiển
khối led.
D 2
L E D
R 3 6 2 2 0
D 1
L E D
K H O ÁI B A ÙO T Í N H I E ÄU
+ 5 V
L E D
IV. Thiết kế phần cứng
V. Lưu đồ &
Thiết kế phần mềm
Kết luận
-
Đề tài tuy không mới nhưng thông qua đề tài này em đã vận dụng được những kiến thức đã học
vào thực tế, từ đó rút ra được nhiều kinh nghiệm cho bản thân thông qua quá trình thực hiện đề

tài.
-
Kết quả thu được gần như đáp ứng được yêu cầu đề ra.
-
Khối led cube được thiết kế được bao trong vỏ hộp bằng mica tạo thêm tính thẩm mỹ cho khối
led.
-
Tuy nhiên cũng có nhiều khó khăn và hạn chế trong quá trình thực hiện.

Thời gian là vấn đề khó khăn lớn nhất

Vấn đề lập trình cũng là một đề cần được quan tâm nhiều hơn
Chân thành cám ơn
quý thầy cô và các bạn