Đề tài: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận ppt

Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö

Đề tài: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
GV hướng dẫn: 5
6
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ 6
1.1. Lý do chọn đề tài 6
1.2. Đối tượng nghiên cứu 6
1.3. Phương pháp nghiên cứu 6
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED MA TRẬN 7
2.1. Khái quát chung về LED 7
2.1.1. Lịch sử hình thành đèn LED 7
2.1.2. Khái niệm về LED 7
2.1.3. Hoạt động của đèn LED 7
2.1.4. Ưu nhược điểm của đèn LED 8
2.1.5. Ứng dụng của đèn LED 9
2.2. Phương pháp điều khiển đèn LED 9
2.2.1. Cơ sở lý thuyết 9
2.2.2. Giới thiệu chung về hệ thống 11
2.2.3. Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED 12
2.2.4. Nhiệm vụ của các khối 12
Sử dụng 74HC595để cấp nguồn cho các cột của ma trận 19
Hình 2.12. Ghép nối tiếp các IC 74HC595 20
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 21
3.1. Phân tích hệ thống 21
3.1.1. Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử 21
3.1.2. Phân tích hệ thống 22

3.2. Thiết kế tổng quan hệ thống 22
3.2.1. Thiết kế tổng quan phần cứng 22
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
3.2.2. Thiết kế phần cứng 23
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 31
4.1. Lưu đồ thuật toán 31
4.2. Phần mềm 33
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47
5.1. Kết Luận 47
5.2. Hướng phát triển 48
LỜI NÓI ĐẦU
******O()O******
Quảng cáo luôn là một trong các vấn đề đóng vai trò quan trọng trong sự phát
triển của một công ty, doanh nghiệp hay thậm chí là của một cửa hàng. Quảng cáo tốt
sẽ đem lại nhiều lợi ích to lớn. Cũng chính vì vậy mà không ngạc nhiên khi hàng năm
các doanh nghiệp đã đầu tư rất nhiều vào vấn đề này. Một trong những biện pháp được
ưa dùng hiện nay đó là sử dụng bảng quảng cáo bằng đèn LED, vì sự đơn giản, hiện
đại, bắt mắt, chi phí hợp lý cũng như tính hiệu quả của nó. Những bảng thông tin, cổng
chào hay những bảng LED quảng cáo với màu sắc sặc sỡ, bắt mắt, gây nhiều chú ý
chắc hẳn đã không còn xa lạ đối với người dân, nhất là người dân đô thị.
Quảng cáo bằng đèn LED hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều
ngành, nhiều lĩnh vực. Nó không chỉ giới hạn bởi việc hiển thị các dòng chữ, các biển
hiệu nhấp nháy mà còn có thể hiển thị các hình ảnh đồ họa, các hình ảnh đầy đủ màu
sắc và đặc biệt là có thể hiển thị được cả video. Nó cũng không chỉ giới hạn trong việc
quảng cáo trong nhà (indoor), bán ngoài trời (semi – outdoor ) mà còn có thể quảng
cáo ở cả ngoài trời, ngay giữa ban ngày với độ sáng và độ sắc nét cao.
Do vậy, em được thầy giáo Nguyễn Xuân Chiến giao cho đề tài:”Nghiên cứu
xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận ” làm đề tài thực tập tốt nghiệp.
Nhiệm vụ thiết kế :

Bảng ma trận LED hiển thị chữ 1 màu đỏ chạy hiệu ứng từ phải qua trái.
Hiển thị được đồng hồ kim có cả giờ,phút, giây.
Trong thời gian làm đồ án em luôn nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các
thầy cô giáo trong khoa Điện tử, đặc biệt là thầy Nguyễn Xuân Chiến và các bạn sinh
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
viên khác cùng với sự nỗ lực hết mình, em đã hoàn thành bản đồ án một cách tốt nhất.
Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế và thời gian có hạn nên bản đồ án của em hẳn vẫn
còn nhiều thiếu sót. Em kính mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo và các
bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn!

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Giới.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Hà nội, Ngày… tháng 05 năm 2011
GV hướng dẫn:
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö

CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ
1.1. Lý do chọn đề tài
Điện – Điện tử là một trong những lĩnh vực rất phát triển và đánh giá được tốc độ
phát triển về kinh tế cũng như khoa học kĩ thuật của một đất nước. Việc phát triển, chế
tạo các lọai Chip, các lọai IC tích hợp thông dụng, có ứng dụng nhiều trong thực tế có
vai trò to lớn trong quá trình phát triển khoa học kĩ thuật liên quan đến kĩ thuật điện –
điện tử - tự động hóa. Ở Việt Nam công nghệ chế tạo các lọai Chip vi điều khiển, các
công nghệ tích hợp IC chưa được chú trọng phát triển, phần lớn còn ứng dụng và phụ
thuộc nhiều vào các công nghệ tiên tiến của các nước phát triển như: Mỹ, Nhật Bản …
đặc biệt là tập đoàn điện tử khổng lồ Intel…
Vì vậy việc học tập, tìm hiểu nghiên cứu lại những công nghệ phát triển của các
nước bạn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với người học và đóng vai trò không nhỏ
trong quá trình phát triển nền giáo dục của nước nhà.
1.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đồ án môn học nói riêng và các môn học chuyên ngành
Điện tử nói chung là các sinh viên theo học, tìm hiểu và nghiên cứu trong lĩnh vực
Điện tử, đồng thời là tất cả những người yêu thích chuyên ngành Điện tử, vì đây là
môn học cơ bản làm nền tảng, trang bị kiến thức cho người học để có thể tự tìm hiểu,
nghiên cứu các tài liệu học tập cho các môn học tiếp theo, đồng thời cũng cố kiến thức
các môn học đã được học trong thời gian theo học tại trường.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu đề tài của đồ án môn học : Nghiên cứu xây dựng Bảng
quảng cáo từ LED ma trận chủ yếu bằng thực nghiệm. Vì môn học có tính chất lý

thuyết, và liên quan mật thiết đến thực tế nên việc tìm kiếm tài liệu tiếng Việt liên
quan đến đề tài là rất khó khăn nên quá trình hòan thành đồ án môn học chủ yếu bằng
các tài liệu do giáo viên hướng dẫn cung cấp cùng sự giúp đỡ của bạn bè, các sinh viên
khóa trên và một số tài liệu trên mạng Internet.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED MA
TRẬN
2.1. Khái quát chung về LED
2.1.1. Lịch sử hình thành đèn LED
Cách đây 13 năm, đèn LED quả là không tưởng cho tới khi khoa học công nghệ
xuất hiện. Nó đã giải quyết mọi khó khăn còn vướng mắc. Kể từ đó, đèn LED đã tạo
nên cuộc cách mạng nhanh chóng. Chúng hiện đang được lắp đặt trong rất nhiều thiết
bị, bao gồm cả hệ thống chiếu sáng của bể bơi, đèn đọc…
Đèn LED đã có mặt từ những thập niên 60, nhưng mà hầu hết chỉ dùng hiển thị
thời gian của đồng hồ báo thức hay dung lượng pin của máy ghi hình. Một thời gian
dài, đèn LED đã không được dùng làm nguồn sáng bởi vì chúng chỉ cho ánh sáng đỏ,
xanh lá cây và vàng mà không cho ánh sáng trắng. Đến năm 1993, công ty hoá chất
Nichia của Nhật Bản cho ra đời loại đèn LED xanh dương, là sự kết hợp giữa ánh sáng
đỏ và xanh lá cây để cho ra ánh sáng trắng. Sự kiện này đã mở ra một lĩnh vực mới về
công nghệ LED. Đèn LED dựa trên công nghệ bán dẫn ngày càng tăng về độ chiếu
sáng, hiệu suất và tuổi thọ, giống như bộ xử lý của máy tính, phát triển ngày càng
nhanh và giá thành ngày càng
giảm theo thời gian.
Những năm 1960: Phát minh ra đèn Led ánh sáng đỏ.
Những năm 1970: Phát minh ra Led 7 đoạn.
Những năm 1980: Phát minh ra led xanh lá cây.
Những năm 1990: Phát minh ra led xanh dương là cơ sở để phát triển đèn led ánh sáng
trắng.
Những năm 2000: Thời điểm bùng nổ đèn Led chiếu sáng.

2.1.2. Khái niệm về LED
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có
khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED
được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.
2.1.3. Hoạt động của đèn LED
Hoạt động của đèn LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn. Khối bán dẫn loại p
chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa
các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối
n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết
quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích
điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến
lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa.
Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện
từ có bước sóng gần đó).
Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra
khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của
LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.
LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng
1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó, LED rất dễ
bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.
Loại LED điện thế phân cực thuận:
Đỏ: 1,4 - 1,8V.
Vàng: 2 - 2,5V.
Xanh lá cây: 2 - 2,8V.
2.1.4. Ưu nhược điểm của đèn LED
 Ưu điểm
+ Tuổi thọ cao: Hiện tại đèn LED cho ánh sáng trắng có tuổi thọ lên tới 50,000 giờ sử

dụng liên tục gấp 50 lần so với bóng đèn 60W thông thường. Nếu sử dụng 10 giờ mỗi
ngày, thì bóng có thể sử dụng trong 23 năm.
+ Lợi ích kinh tế: Đèn LED tiết kiệm 70-80% năng lượng so với các loại bóng đèn
thông thường.
+ Tốt cho thị lực của người sử dụng: Ánh sáng của đèn LED dịu mát, hiệu ứng chói
mắt thấp và hoàn toàn không nhấp nháy hư của bóng huỳnh quang, vốn bị coi là
nguyên nhân
gây ra bệnh đau nửa đầu và động kinh.
+ Ít ảnh hưởng tới môi trường: Do phần lớn năng lượng được chuyển hóa thành quang
năng, do đó hiệu ứng nhiệt của đèn LED rất thấp. Nó hoàn toàn không tỏa nhiệt vào
môi trường. Các nghiên cứu khoa học cho thấy một bóng LED trung bình tỏa ra một
lượng nhiệt 3,4 btu/h (tương đương với 1W), trong khi một bóng đèn dây tóc có độ
sáng tương đương tỏa ra nhiệt lượng khoảng 85 btu/h (tương đương với 25W). Ngoài
ra bóng đèn LED không chứa thủy ngân và do đó sẽ ít gây hại cho môi trường hơn khi
thải bỏ
+ Thời gian khởi động nhanh: Không giống với bóng đèn huỳnh quang, đèn LED gần
như bật sáng ngay lập tức khi được cấp điện.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
+ Bền vững đặc biệt: Do được làm từ chất liệu nhựa cao cấp nên đèn LED có thể chịu
đựng các lực va đập mạnh, hoặc các ảnh hưởng bởi thời tiết như mưa , nắng …
 Nhược điểm
+ Chi phí sản xuất cao, lắp đặt thi công phức tạp, tốn nhiều thời gian hơn các loại bóng
thông thường khác.
+ Toả nhiệt ở chân đèn, gây ảnh hưởng đến các bộ phận liền kề.
+ Chưa tiện dụng: Đèn LED vẫn là mặt hàng công nghệ cao phải mua từ đại lý của
hãng, bộ điều khiển của hãng nào chỉ chạy với đèn LED của đúng hãng đấy mà thôi.
2.1.5. Ứng dụng của đèn LED
+ Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng.
+ LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng

cáo, trang trí, đèn giao thông.
+ Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí
neon. Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết
kiệm năng lượng.
+ Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ
điện tử dân dụng.
+ Ðèn LED có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như đèn đọc, chiếu sáng bể bơi,
nhất là cho chiếu sáng quảng cáo ngoài trời tại những nơi khó thay lắp, do có tuổi thọ
cao hơn nhiều lần so với bóng đèn neon, đồng thời có nhiều mầu sắc phong phú như:
đỏ, xanh lá, xanh da trời, mầu hổ phách
Ở nước ta, đèn LED được ứng dụng để tiết kiệm năng lượng, phục vụ cho quảng
cáo, chiếu sáng đô thị. Ðiển hình là việc lắp đặt hệ thống đèn LED tại cầu sông Hàn và
Thuận Phước (TP. Ðà Nẵng).
2.2. Phương pháp điều khiển đèn LED
Theo yêu cầu của đồ án: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED đơn. Hiển
thị được dòng chữ chạy: “KHOA ĐIỆN TỬ”. Bảng hiển thị màu đỏ, với kích thước
16x64. Vì vậy ta chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thước mỗi modul là 16x32 LED
tương đương với một LED ma trận có kích thước 16x32. Sau đó ta điều khiển theo
nguyên tắc của LED ma trận.
2.2.1. Cơ sở lý thuyết
Dựa trên nguyên tắc như quét màn hình, ta có thể thực hiện việc hiển thị ma trận
đèn bằng cách quét theo hàng và quét theo cột. Mỗi LED trên ma trận LED có thể coi
như một điểm ảnh. Địa chỉ của mỗi điểm ảnh này được xác định đồng thời bởi mạch
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
giải mã hàng và giải mã cột, điểm ảnh này sẽ được xác định trạng thái nhờ dữ liệu đưa
ra từ bộ vi điều khiển AT 89C52. Như vậy tại mỗi thời điểm chỉ có trạng thái của một
điểm ảnh được xác định. Tuy nhiên khi xác định địa chỉ và trạng thái của điểm ảnh
tiếp theo thì các
điểm ảnh còn lại sẽ chuyển về trạng thái tắt (nếu LED đang sáng thì sẽ tắt dần). Vì thế

để hiển thị được toàn bộ hình ảnh của ma trận đèn, ta có thể quét ma trận nhiều lần với
tốc độ quét rất lớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt của đèn. Mắt người chỉ nhận biết
được tối đa 24 hình/s do đó nếu tốc độ quét rất lớn thì sẽ không nhận ra được sự thay
đổi nhỏ của đèn mà sẽ thấy được toàn bộ hình ảnh cần hiển thị.
Sơ đồ khối:
Dữ liệu
Hình 2.1. Sơ đồ khối dùng ma trận LED
Để thực hiện được quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau:
+ Các LED trên cùng một hàng sẽ được nối các chân dương với nhau.
+ Các LED trên cùng một cột sẽ được nối các chân âm với nhau như hình vẽ.
Ta có thể mô phỏng một ma trận LED đơn giản 4x4 như sau:
Hình 2.2. Sơ đồ thiết kế ma trận LED
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Giải mã
hàng
Ma trận đèn
LED
Giải mã cột
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời
cả 2 chân. Ví dụ để LED sáng thì điện áp 5v phải đưa vào chân dương và chân âm phải
được nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương. Với đề tài này,
chúng em chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thước mỗi modul là 16x32 LED để hiển
thị.
Ta có sơ đồ nguyên lý của ma trận LED 8x8:
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8
2.2.2. Giới thiệu chung về hệ thống
Với mục đích tìm hiểu về cách thiết kế và xây dựng một bảng quảng cáo điện tử
bằng đèn LED đơn giản chúng em xây dựng một hệ thống quang báo với sơ đồ khối
như sau:

Khối điều khiển hiển thị: có chức năng xử lý các dữ liệu mà máy tính truyền tới
để tạo ra các dữ liệu về mức logic cần cấp cho các LED trong từng cột đồng thời điều
khiển quá trình cấp nguồn cho led ma trận. Khối này được xây dựng bằng các thủ tục
xử lý dữ liệu trên vi điều khiển. Khi nhận được dữ liệu về chuỗi ký tự cần hiển thị thì
khối này sẽ tạo dữ liệu về mức logic cần cấp cho LED ma trận. Khi nhận được dữ liệu
về màu sắc,
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
hiệu ứng hiển thị thì khối này sẽ xác định thủ tục gửi dữ liệu cho các khối chốt dữ liệu
hàng và cột.
2.2.3. Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED
2.2.4. Nhiệm vụ của các khối
 Bộ vi điều khiển 89S52
Đây là nơi lưu giữ chương trình điều khiển chính và dữ liệu cho các mạch giải mã
hàng và cột. AT89C52 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công
suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được/lập trình được.
Chip này
được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao.
AT89S52 có các đặc trưng chuẩn sau: 8Kbyte Flash, 256 byte RAM, 32 đường xuất
nhập, ba bộ định thời/đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên và 6 nguyên nhân
ngắt, một port nối tiếp song công, mạch tạo dao động và tạo xung Clock trên Chip.
Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời/đếm, Port nối
tiếp và hệ thống ngắt hoạt động.
Mô tả các chân của IC 8952:
Hình2.4. Sơ đồ chân IC 89S52
- Vcc: Chân cung cấp điện.
- GND: Chân nối đất.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
- Port 0: Port 0 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều cực D hở. Port 0 còn được cấu hình

làm bus địa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ
liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài. Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập
trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình.
- Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.
Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mức cao
bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm
nhiệm vụ
là các port nhập, các chân của port 1 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên
ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong.
- Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.
Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được sử dụng như là
các ngõ
vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp
do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 2 tạo ra
byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và
trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit.
- Port 3: Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong. Khi các
logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo lên mức cao bởi các
điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm
vụ port nhập, các chân của port 3 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên
ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 3 còn được sử dụng làm
các chức năng khác của AT89C52:
P3.0 gõ vào Port nối tiếp.
P3.1 gõ ra Port nối tiếp.
P3.2 gõ vào ngắt ngoài 0.
P3.3 gõ vào ngắt ngoài 1.
P3.4 gõ vào bên ngoài của bộ định thời 1.
P3.5 gõ vào bên ngoài của bộ định thời 0.
P3.6 điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.
P3.7 điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.

- RST: Ngõ vào Reset. Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ dao
động đang hoạt động sẽ Reset AT89S52.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 2.5. Mạch Reset tự động khi khởi động máy
Với bài này em thực hiện Reset bằng cách nối chân 9 của 89S51 với nguồn 5V .
- ALE: ALE là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable)
cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài. Chân này
cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình (PROG) trong thời gian lập trình cho
FlashC.
Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng 1/6 tần số
của
mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên ngoài
vàtạo xung Clock. Tuy nhiên cần lưu ý là một xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kì
truyxuất của bộ nhớ dữ liệu ngoài.
Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá bằng
cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8E(h). Khi bit này
được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnh MOVX hoặc MOVC. Ngược
lại chân này sẽ đượckéo lên mức cao. Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte
thấp của địa chỉ sẽkhông có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi
chương trình ngoài.
- XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào đến
mạch tạo xung Clock bên trong chip.
- XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động. Để tạo mạch dao
động cho vi điều khiển 89C52 hoạt động, chúng em chọn mạch tạo dao động như hình
vẽ dưới đây, với các giá trị của linh kiện là: C1 = C2 =30pF.
Thạch anh dao động có tần số 12MHz.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Chú ý: C1, C2 = 30 pF ± 10 pF for Crystals

= 40 pF ± pF for Ceramic Resonators
Hình 2.6. Kết nối của mạch dao dộng
 Mạch giải mã hàng
Dùng IC 74LS138 (3 đầu vào, 8 đầu ra) để giải mã cho các cột của các ma trận
LED. Do mỗi thời điểm chỉ có một IC giải mã được làm việc nên ta phải thiết kế mạch
phân kênh để chọn IC làm việc.Ví dụ dùng chân P2.3 & P2.4 của vi điều khiển 89C52
để làm đầu vào cho mạch phân kênh.

Hình 2.7. Sơ đồ chân IC 74LS138
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 2.8. Sơ đồ chân IC 74L
Ta có bảng 1: bảng trạng thái cho mạch phân kênh như sau:

H = HIGH Level
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
L = LOW Level
X = Don’t Care
G2 = G2A + G2B
Hình 2.9. Bảng trạng thái phân kênh
Theo nguyên tắc quét ma trận led thì tại mỗi thời điểm ta chỉ cấp nguồn cho
một hàng của ma trận do đó có thể dùng 74LS138 để cấp nguồn cho các hàng của ma
trận . Các đầu vào ( A,B,C) của 74LS138 sẽ được nối với các chân của IC đệm tăng
dòng, các đầu ra của 74LS138 được nối với các cột của ma trận led thông qua một
cổng phủ định ( hoặc các bộ đệm dòng cấp nguồn cho hàng ), còn các chân G
1
được
nối với dương nguồn,G
2A

được nối đất, G
2B
nối với chân cho phép đầu ra của IC đệm
tăng dòng .Thông qua việc gửi tín hiệu từ vi điều khiển tới các chân đầu vào của
74LS138 ta có thể chọn được hàng cần cấp nguồn .
Khi mở rộng ma trận ta tăng thêm số lượng IC để cấp nguồn cho tất cả các
hàng, các IC này có thể cùng nối chung hoặc riêng chân điều khiển. Hoặc chỉ sử dụng
một IC nhưng cấp nguồn đồng thời cho tất cả các ma trận, khi đó một chân của IC sẽ
được nối với các hàng của các ma trận khác nhau
 Mạch giải mã cột
Điều khiển cấp nguồn cho cột dùng 74HC59
Chức năng của 74HC59
74HC595 là bộ ghi dịch 8 bít gồm có :
1 đầu vào cho phép (OE )
1 đầu vào chọn thanh ghi dịch (
MR
)
1 đầu vào dữ liệu nối tiếp (DS)
1 đầu vào cấp xung cho thanh ghi dịch (SH_CP)
1 đầu vào cấp xung cho thanh ghi chứa (ST_CP)
8 đầu ra 3 trạng thái ( Q1 đến Q7 và Q7’)
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình2.10. Sơ đồ chân 74HC595
Bảng2 : Chức năng hoạt động của 74HC595
Đầu vào Đầu ra
Chức năng
SH_CP ST_CP
OE
MR

DS Q7’ Qn
X X L L X L kđ
MR mức thấp dữ liệu chỉ dịch
trong thanh ghi dịch đầu ra
không đổi trạng thái
X
↑
L L X L L
Xóa thanh ghi dich nạp dữ liệu
vào thanh ghi chứa
X X H L X L Z
Xóa thanh ghi dịch đầu ra ở
trạng thái trở kháng cao
↑
X L H H Q6’ kđ
Dịch chuyển trạng thái cao vào
thanh ghi dịch, giá trị trước đó
của bít thứ 6 trong thanh ghi
dịch được chuyển sang đầu ra
Q7’
X
↑
L H X kđ Qn’
Nội dụng của thanh ghi dịch
được chuyển sang thanh ghi
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
chứa và chuyển sang đầu ra
↑
↑

L H X Q6’ Qn’
Dịch chuyển nội dung của
thanh ghi dịch đồng thời nội
dung của thanh ghi dịch cũ
được chuyển vào thanh ghi
chứa và các đầu ra song song
Sử dụng 74HC595để cấp nguồn cho các cột của ma trận
Khi dùng 74HC595 để cấp nguồn cho ma trận led ta nối các đầu ra song song
của 74HC595 với các chân cấp nguồn cho các cột của ma trận. Đồng thời phải sử dụng
3 chân của vi điều khiển để nối với các chân DS,SH_CP,ST_CP của 74HC595. Các
bit dữ liệu mã hóa mức logic cần cấp cho các cột của 1 hàng ma trận sẽ được truyền
liên tiếp DS của 74HC595. Để đồng bộ bit thì vi điều khiển mỗi khi xuất 1 bit tới chân
DS sẽ phát một xung có sườn dương vào chân SH_CP. Sau khi truyền xong hết dữ
liệu, để các led trên cột sáng thì ta phải chuyển dữ liệu trong thanh ghi dịch vào các
đầu ra của 74HC595 bằng cách cấp 1 xung sườn dương vào chân ST_TP. Chú ý để IC
có thể hoạt động và đẩy dữ liệu ra các chân đầu ra thì chân
OE
phải nối đất, chân
MR

nối dương nguồn.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 2.11. Ghép nối 74HC595 với vi điều khiển để cấp nguồn cho hàng của
ma trận
Khi mở rộng ma trận led ta ghép nhiều 74HC595 nối tiếp nhau: các chân SH_CP
được nối chung với 1 nguồn cấp xung, các chân ST_CP cũng được nối chung với
nhau, đầu ra Q7’ của IC phía trước được nối với đầu vào DS của IC tiếp theo. Khi đó
dữ liệu sẽ được dịch đồng bộ từ IC này sang IC khác và đầu ra của các IC cũng được
chốt đồng bộ.

Hình 2.12. Ghép nối tiếp các IC 74HC595
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.1. Phân tích hệ thống
3.1.1. Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử
Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử dựa theo nguyên lý hoạt động của các màn
hình, đó là sử dụng phương pháp quét hình theo từng dòng.Mỗi dòng gồm nhiều điểm
ảnh, mỗi điểm ảnh có thể có một hoặc vài đèn, màu sắc khác nhau. Mỗi đèn được biểu
diễn thông qua một bit dữ liệu, bit 1 tương ứng với đèn sáng, bit 0 tương ứng với đèn
tắt.
Tại một thời điểm, không phải tất cả các dòng trên màn hình đều sáng nhưng do
tốc độ quét nhanh và sự lưu ảnh trên võng mạc tạo cho người nhìn thấy hình ảnh liên
tục. Trong quá trình quét, mạch điều khiển sẽ đưa dữ liệu ra Module hiển thị, chính dữ
liệu này sẽ quyết định điểm ảnh nào sáng, điểm ảnh nào tắt, màu sắc của điểm ảnh là
gì. Các điểm ảnh này sẽ tạo ra hình ảnh trên bảng điện tử.
Hình 3.1. Nguyên tắc tạo ảnh trên ma trận LED
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
3.1.2. Phân tích hệ thống
Trong đồ án này, bảng điện tử có kích thước 16x64 cm, ta chia làm 16x64 điểm
ảnh, mỗi điểm ảnh là một đèn LED, ta chia làm 2 Module, mỗi Module có kích thước
16x32 điểm ảnh.
Để hiển thị một hình ảnh ta phải quét hết 16 dòng. Nếu thời gian quét một dòng là
1ms, thì để quét xong một hình ảnh ta phải mất 16ms. Nếu thời gian trễ cho một hình
ảnh là 34ms thì thời gian hiển thị của hình ảnh đó là 50ms. Như vậy, ta có thể hiển thị
được 1000/50 = 20 hình/s.

Chất lượng hình ảnh phụ thuộc vào tốc độ dòng quét, tỉ lệ thời gian sáng và
thời gian tối của từng dòng. Thời gian quét dòng phụ thuộc vào thời gian đẩy dữ liệu

ra và thời gian trễ sáng cho dòng đó. Độ trễ sáng của dòng có ảnh hưởng đến mức độ
sáng tối cũng như màu sắc của hình ảnh, vì vậy, để tạo ra nhiều mức sáng tối và tăng
số màu hiển thị thì phải có khả năng thay đổi độ trễ sáng của dòng.
3.2. Thiết kế tổng quan hệ thống
3.2.1. Thiết kế tổng quan phần cứng
Phần cứng bảng điện tử gồm có: Module điều khiển, Module quét dòng, Module
quet cột và các Module hiển thị. Module điều khiển lấy dữ liệu đưa ra bảng điện tử,
đồng thời đưa các tín hiệu điều khiển tới Module quét dòng để điều khiển việc quét
dòng. Module quét dòng dựa vào các tín hiệu từ Module điều khiển để đưa tín hiệu
chọn dòng ra Module hiển thị, quyết định dòng nào sáng, dòng nào tối. Các Module
hiển thị nhận dữ liệu và tín hiệu điều khiển từ Module điều khiển và Module quét
dòng, thông qua các IC chuyên dụng để điều khiển các đèn sáng tối, tạo ra hình ảnh
trên bảng điện tử.
Sơ đồ khối tổng quan phần cứng như sau:
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 3.2. Sơ đồ khối tổng quan phần cứng
Vì hệ thống được thiết kế theo mô hình của hệ thống tự động, nên chương trình
điều khiển phải đáp ứng tất cả những công việc đặt ra của hệ thống, khi khởi động hệ
thống chương trình điều khiển thực hiện quét xâu văn bản cần hiển thị, nạp dữ liệu
nhận được vào bộ đệm của bảng điện tử, sau đó thể hiện thông tin lên bảng điện tử,
công việc đó được lặp đi lặp lại nhiều lần.
3.2.2. Thiết kế phần cứng
Như đã mô tả , phần cứng của bảng điện tử gồm có Module điều khiển, Module
quét dòng, và các Module hiển thị.
Module điều khiển lấy dữ liệu đưa ra bảng điện tử, đồng thời đưa các tín hiệu điều
khiển tới Module quét dòng để điều khiển việc quét dòng.
Module quét dòng dựa vào các tín hiệu từ Module điều khiển để đưa tín hiệu chọn
dòng ra Module hiển thị, quyết định dòng nào sáng, dòng nào tối.
Các Module hiển thị nhận dữ liệu và tín hiệu điều khiển từ Module điều khiển và

Module quét dòng, thông qua các IC chuyên dụng để điều khiển các đèn sáng tối, tạo
ra hình ảnh trên bảng điện tử.
Sau đây là thiết kế chi tiết từng module.
a. Module hiển thị
Module này có nhiệm vụ nhận dữ liệu và các tín hiệu điều khiển đưa tới từ
Module điều khiển để xác định điểm ảnh nào sẽ sáng hay tắt, sáng màu gì trên mỗi
dòng được quét.
Hệ thống sử dụng bảng hiển thị Led ma trận anode chung có kích thước 16x32
LED. Các ma trận này được nối với nhau thành 16 dòng và 32 cột. Module hiển thị sử
dụng các ma trận LED.Trong một Module 16x32 ta chia làm 4 phần nhỏ, mỗi phần có
kích thước 4x32 LED. Sau đây chúng em trình bày sơ đồ nguyên lý của một bảng hiển
thị có kích thước 16x32 Led.
Sơ đồ nguyên lý của một Module ma trận LED như sau:
Error: Reference source not found Tại mỗi điểm là một đèn LED. Mỗi đèn có hai
cực dương và âm. Cực dương sẽ dùng để điều khiển quét dòng. Do đó tất cả các đèn
trên cùng một dòng có chung cực dương (Li). Các đèn trên cùng một cột có chung cực
âm .
Dữ liệu và các tín hiệu điều khiển được đưa ra Module hiển thị theo kiểu đẩy nối
tiếp. Các IC điều khiển led trên Module hiển thị sẽ dựa vào các tín hiệu điều khiển để
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
quyết định đẩy dữ liệu đến các Module hiển thị tiếp theo hoặc chốt dữ liệu để hiển thị
ra bảng điện tử.
Trên cơ sở đó, mỗi module hiển thị cần phải có các tín hiệu chính sau :
SHIFT(CLOCK) :Xung đồng hồ để dịch 1 bit dữ liệu vào từ (và ra khỏi) thanh ghi
dịch.
DATA :Xuất tín hiệu điều khiển ra khuếch đại công suất 74HC245.
OE : Chân cho phép đầu ra
A, B : Chân xuất tín hiệu ra hàng
LATCH : Chốt dữ liệu ra thanh ghi dịch để cập nhật các điểm ảnh trên cột.

Sau đây là sơ đồ nguyên lý của Moule hiển thị led:
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý của một Moule hiển thị led
Hệ thống sử dụng các IC điều khiển led 74HC595.
Sơ đồ chân của IC này như sau:
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö

Hình 3.6. Sơ đồ chân của IC 74HC595
Mỗi module hiển thị kích thước 16x32 được điều khiển bởi 16 IC 74HC595. Mỗi
IC này có các tín hiệu vào ra như sau :
SRCLK(SHIFTM): Xung đồng hồ vào Module.
SDI : Tín hiệu dữ liệu vào thanh ghi dịch.
SDO : Dữ liệu ra từ thanh ghi dịch.
RCLK(LATCHM): Tín hiệu cho phép chốt dữ liệu từ thanh ghi dịch.
QA, ,QH : Các chân ra từ bộ thanh ghi dịch 8 bit sau khi đã được chốt
Ngoài ra còn một số thành phần khác :
Sử dụng 1 IC 74HC245 làm IC đệm dữ liệu và khuếch đại tín hiệu (tăng dòng). Sơ đồ
chân của IC này như sau:
Hình 3.7. Sơ đồ chân của IC 74HC245
Hoạt động của Module này như sau: Các bít dữ liệu cho các Led trên Module
được đưa đến chân SDI của IC 74HC595 trên Module điều khiển Led tương ứng , đầu
ra SDO của IC trước được nối với đầu vào SDI của IC tiếp theo.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp