Thiết kế thi công mách quảng báo ppsx

Phần II:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO
A, Thiết kế
I. Sơ đồ và chức năng từng khối của mạch quang báo
1.1. Sơ đồ khối
1.2. Chức năng các khối
a) CPU
Được sử dụng bởi IC 89C51.Với các ưu điểm nổi bật:
- Giá cả cạnh tranh
- Dễ tìm kiếm và thay thế trên thị trường
Trang

27
- Có tới 4Kbyte Rom, 128Byte Ram, 4port I/0 8bit, 2 bộ định thời 16bit,
giao tiếp nối tiếp, 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng, 64 KB không
gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng, một bộ xử lý thao tác trên các bit đơn.
Khối CPU có nhiệm vụ xử lý tất cả các hoạt động của chương trình:
- Điều khiển dữ liệu hiển thị
- Điều khiển xuất nhập dữ liệu
- Điều khiển truy xuất dữ liệu
- Điều khiển lưu giữ dữ liệu
b) RAM ( bộ nhớ ngoài )
- Với tính chất động của mạch quang báo, dữ liệu hiển thị thường xuyên
thay đổi cần được lưu trữ. Chính vì vậy 128Byte Ram của AT89C51 không đủ
để đáp ứng, cần mở rộng bộ nhớ dữ liệu ngoài. Trong đề tài sử dụng RAM
62C256 với 32Kbyte được chia thành các vùng nhớ phục vụ cho các mục đích
khác nhau.
c) Khối giao tiếp máy tính
Được giao tiếp theo chuẩn RS232:
- Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song
- Số dây kết nối ít

- Cho phép nối mạng
- Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính đang làm việc
- Có thể ghép nối với Vi điều khiển
d) Khối giao tiếp bàn phím PS2
Yêu cầu:
- Có kết cấu cơ khí chắc chắn
- Các tiếp điểm phải tiếp xúc tốt, nhạy
- Phím nhấn phải rõ ràng, gọn nhẹ
Trang

27
Trong đề tài sử dụng bàn phím PS2 vì dễ dàng kết nối, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật,
mỹ thuật, có đầy đủ các phím chức năng.
e) Khối hiển thị
Yêu cầu:
- Phải hiển thị rõ ràng
- Có khả năng hiển thị chữ tiếng Việt và tiếng Anh
Led Outdoor sáng đỏ với đặc tính kỹ thuật phù hợp yêu cầu nên đã được lựa
chọn
II. Chức năng cụ thể các khối:
2.1. Khối xử lý trung tâm (CPU)
2.1.1. Port 0
- Được sử dụng làm đường truy xuất địa chỉ thấp và đường dữ liệu cho
RAM 62C256. Ngoài ra còn sử dụng làm port mở rộng để điều khiển hàng trên
của bảng LED ma trận.
2.1.2. Port 1
- Được sử dụng làm đường bus dữ liệu cho hàng dưới của bảng LED.
2.1.3. Port 2
- Là đường địa chỉ cao của RAM 62C256. Ngoài ra còn được sử dụng điều
khiển RAM 62C256 và bộ ghi dịch.

2.1.4. Port 3
Được sử dụng tuỳ vào chức năng của từng chân:
- P3.0, P3.1: Giao tiếp với Port nối tiếp của máy tính thông qua
cổng RS 232.
- P3.2: Ngõ vào dữ liệu của bàn phím.
- P3.3: Ngõ vào ngắt của bàn phím. Hay ngõ vào xung CK từ bàn phím
vào Vi điều khiển.
Trang

27
- P3.4: Chân chốt bảng LED.
- P3.6, P3.7: Được sử dụng cho chức năng đọc và ghi RAM 62C256
2.2. Khối Ram
- Là loại Ram song song 32Kbyte có địa chỉ từ 0000H ->7FFFH được
dùng làm vùng nhớ lưu giữ và vùng nhớ truy suất.
- Nội dung các vùng RAM được chia như sau:
0000H – 2000H Vùng nhớ lưu giữ
2000H – 4000H Vùng nhớ hiển thị
4000H – 5000H Vùng lưu giữ Font 1
5000H – 6000H Vùng lưu giữ Font 2
2.3. Khối giao tiếp máy tính
Sơ đồ khối:
Người sử dụng muốn thay đổi nội dung hiển thị sẽ nhập thông tin trên máy tính,
nội dung muốn hiển thị này được gửi xuống Vi điều khiển thông qua cổng Com
(DB9) theo chuẩn giao tiếp RS232.
Trang

27
Giao diện giao tiếp máy tính với Matrận LED:
2.4. Khối giao tiếp bàn phím

- Bàn phím được dùng để nhập dữ liệu từ bên ngoài, tuỳ thuộc vào người
sử dụng muốn hiển thị nội dung như thế nào. Sự kiện cho phép bàn phím xâm
nhập điều khiển bảng Led ấn phím Enter.
Trang

27
2.5. Khối hiển thị
- Được ghép nối bởi 4 modul 16x32 tạo lên một bảng đèn quang báo với
độ phân giải là 16 hàng và 128 cột.
- Khối ma trận được kết nối với khối chốt hàng và khối giải mã cột vì vậy
khi hiển thị cột nào đó thì chỉ cần tích cực mức một.
- Mỗi Led có thể sáng nếu ta cấp cho nó một điện áp 1,7V – 2V với dòng
tối đa 15mA. Vì Ma trận Led có hàng và cột tích cực ở mức cao với tín hiệu điều
khiển lấy trực tiếp từ Vi điều khiển có dòng ra rất thấp. Do đó, để đủ dòng cấp
cho Led sáng bình thường ta phải thiết kế thêm mạch khuếch đại công suất.
a) Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị:
Trang

27
Dữ liệu hàng
Dữ liệu cột
Xung dịch
Trang
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị
27
Hỡnh 2.2. Sơ đồ lắp đặt bảng quang báo
Trang
27
b) Hoạt động:
- Khi tín hiệu hàng nhận điện áp 5V làm C2383 dẫn bão hoà kích mở cho

H1061 dẫn. Lúc này điện áp 5V qua trở hạn dòng R2 đi qua Led, để Led sáng thì
cathode của Led phải ở mức thấp. Vì vậy dữ liệu cột của 74LS164 phải ở mức
cao đồng thời có xung dịch đưa đến làm đầu ra QA ở mức cao, đầu ra QA này
khi qua URL2803 sẽ xuống mức logíc 0 làm cho Led sáng.
c) Tính toán:
Như chúng ta đã biết tại mỗi thời điểm chỉ có một cột duy nhất được cấp
mức cao vào Anode và mức thấp vào Kathode. Gọi thời gian quét đủ hết 128 cột
là một chu kỳ T.
Thời gian mỗi cột hoạt động chỉ chiếm:
%78,0
128
%100.1
=
Do đó dòng trung bình qua nó chỉ chiếm 0,78% so với dòng tức thời qua nó. Ta
chọn dòng trung bình qua LED là ITB = 15mA. Do đó dòng tức ITT thời qua
LED sẽ là:
AmA
mA
I
TT
92,11920
%78,0
15
===
Như vậy để bảng quang báo đủ độ sáng để mắt bình thường nhìn thấy thì phải
cấp cho bảng một dòng > = 1,92A. Để đảm bảo cho điều này chúng ta thiết kế
cho mạch thúc công suất như sau:
Đầu ra VĐK ở mức lôgic 0 tương ứng với mức điện áp ra khoảng 0 – 0,4V
ở mức Lôgíc 1 tương ứng với mức điện áp khoảng 4,6 – 5V.
Trong một cột có 16 LED sẽ có thời điểm cả 16 LED cùng sáng, có thời điểm

một vài LED được sáng cũng có thời điểm không có LED nào được sáng. Vì
vậy việc thiết kế cấp nguồn cho các LED sáng đủ và ổn định là rất quan trọng.
Trang

27
Qua quá trình tìm hiểu và lựa chọn chúng em chọn bộ nguồn của máy làm
nguồn cung cấp cho bảng quang báo.
Bộ nguồn có các thông số sau:
Đầu vào Đầu ra
Điện áp 115 – 230V (AC) 5V (DC)
Dòng điện 4 – 8A 20A
Công suất 350W
Hình 2.1 với T1 và T2 mắc darlington.
Gọi hệ số khuếch đại dòng của T1 là
1
β
, T2 là
2
β
, hệ số khuếch đại của
mạch darlington là
β
. Do vậy ta có biểu thức:
2.1
βββ
=
Như hình vẽ tín hiệu lôgic từ chân VĐK được đưa tới cực B của T1. Tín hiệu từ
chân IC 74HC164 được đưa tới chân ULN2803, trong bản thân IC này cũng
được mắc darlington và đảo mức lôgic. Do vậy để LED sáng thì tín hiệu từ VĐK
và 74HC164 đều ở mức lôgíc 1.

T1 có tác dụng kích dòng cho T2 do đó ta chọn T1 là C2383. Sau khi dòng
đã được khuếch đại một lần qua T1 thì T2 lại khuếch đại lên một lần nữa, do đó
T2 phải chịu được dòng lớn hơn. Vì vậy ta chọn T2 là loại transistor công suất
H1061.
Như tính toán ở trên ta có dòng tức thời qua LED là ITT = 1,92A
Chọn điện trở hạn dòng cho LED
Ω=
−
= 6,1
92,1
25
2
A
VV
R
do đó ta chọn giá trị R2=10
Ω
công suất là 2W
Chọn hệ số khuếch đại cho T1:
351 =
β
Chọn hệ số khuếch đại cho T2:
1002 =
β
Trang

27
Như vậy ta có hệ số khuếch đại dòng của mạch darlington là:
350035.100 ==
β

Ta lại có:
1
1
1 B
BE
B
C
I
II
I
I
−
==
β

mA
A
I
I
E
B
55,0
3501
92,1
1
1
≈=
+
=⇒
β

Như vậy:
Ω==
−
8363
10.55,0
6,4
1
3
V
R
Ta chọn điện trở mắc mào cực B của transistor mắc vào T1 là: 10
ΩK

III. Sơ đồ board mạch quang báo
Trang

27
1.1. Sơ đồ mạch in của Mainboard
a) Sơ đồ nguyên lý mạch Main
b) Sơ đồ sắp xếp linh kiện của Mainboard
Trang

27
c) Sơ đồ mặt trên (Top) của Mainboard
Trang

27
d) Sơ đồ mặt dưới (Bottom) của Mainboard
Trang

27
1.2. Sơ đồ mạch khuếch đại dòng
Trang

27
a) Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại dòng
b) Sơ đồ sắp xếp linh kiện của mạch khuếch đại dòng
Trang

27
c) Sơ đồ mặt dưới (Bottom) của mạch khuếch đại dòng
Trang

27
1.3. Sơ đồ mạch ghi dịch
a) Sơ đồ nguyên lý mạch ghi dịch
b) Sơ đồ sắp xếp linh kiện của mạch ghi dịch
Trang

27
c) Sơ đồ mặt trên (Top) của mạch ghi dịch
d) Sơ đồ mặt dưới (Bottom) của mạch ghi dịch
Trang

27
B, Thi công
Trang

27
Thi công mạch nhằm hoàn tất quá trình thiết kế, qua đó kiểm chứng lại

thực tế về lý thuyết thiết kế. Đây là công việc cuối cùng của việc thiết kế mạch.
Mạch được thiết kế gồm 3 khối mạch rời nhau: Khối Main, khối khuếch đại
dòng, khối ghi dịch.
I. Làm board mạch
Được thực hiện sau khi thiết kế và vẽ mạch xong.
Phương án 1:
In mạch thủ công: Sau khi bo mạch xong ta tiến hành in mạch lên Decan
sau đó dùng bàn là là lên fip đồng. Dùng bút lông chuyên dụng tô những phần
mạch chưa in lên fip đồng, rồi ăn mòn mạch bằng dung dịch FeCl3 hoặc dung
dịch axit. Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền thích hợp với những mạch có độ
phức tạp không cao. Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm đã tiến hành làm thử
và thấy phương pháp này đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, vì vậy để tiết kiệm chi phí
và vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chúng em đã lựa chọn phương pháp làm mạch
thủ công.
Phương án 2:
Dùng đến các máy chuyên gia công mạch in, đây là cách thi công mạch có
độ chính xác cao, ít hư hỏng, thi công được mạch nhiều lớp với đường mạch có
kích thước rất nhỏ, đạt độ thẩm mỹ cao. Tuy nhiên phương án này khá tốn kém
II. Kiểm tra
Đây là công việc quan trọng vì sau khi ăn mòn mạch xong có thể xảy ra
chạm chập, đường mạch bị đứt. Kiểm tra xong ta lắp ráp linh kiện lên board
mạch rồi tiền hành hàn, vì mạch in có các lỗ khoan khá gần nhau nên khi hàn rất
dễ bị chạm mạch, hàn lâu có thể làm hỏng linh kiện do sức nóng của mỏ hàn.
Chúng ta có thể dùng đế IC, đây là giải pháp an toàn cho linh kiện đồng thời nếu
có hư hỏng việc sửa chữa cũng dễ dàng.
Trang

27
Kiểm tra bằng phần mềm
Sau khi hoàn tất công việc, chúng ta viết một số chương trình đơn giản để

kiểm tra các Port, chương trình truy suất Ram.
III. Hình ảnh sản phẩm:
IV. Lưu đồ thuật toán:
2.1. Lưu đồ chính:
Trang

27


2.2. Lưu đồ ngắt bàn phím:
Trang

27
2.3. Lưu đồ giải mã dữ liệu bàn phím:
Trang

27
2.4. Lưu đồ ngắt nối tiếp:
Trang

27