tính toán điều khiển mạch LED CÔNG SUẤT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN THIẾT BỊ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1
GVHD : ThS. Trần Công Binh
Sinh viên : Lê Thái Hưng 41101469

TP. Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2014
1
LỜI CẢM ƠN
Đồ án này là kết quả của một quá trình không ngắn cũng không dài. Nhưng để
có thể đi hết quá trình và đạt được kết quả thì ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự
giúp đỡ của những người xung quanh. Do đó, chúng em xin được gởi lời cảm ơn chân
thành nhất đến những người đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.
Đầu tiên, xin được gởi lời cảm ơn đến Thầy Thạc sĩ Trần Công Binh đã gợi
ý,hướng dẫn em về đề tài đồ án này. Từ khi bắt đầu với rất nhiều sự thiếu sót về kiến
thức và kỹ năng nhưng cuối cùng nhờ sự hướng dẫn của thầy em đã hoàn thành được đồ
án này.
Đồng thời, xin được cám ơn các anh chị và những người bạn, đặc biệt là anh
Nguyễn Tùng Kha đã giúp đỡ em trong những tháng ngày thực hiện đồ án. Những chia
sẻ, giúp đỡ của anh đã giúp ích cho đồ án này rất nhiều.
Đặc biệt, xin được cảm ơn gia đình đã động viên và tạo điều kiện để đồ án được
thực hiện tốt nhất có thể.
TP.HCM, ngày 31 tháng 12 năm 2014
Lê Thái Hưng
2
MỤC LỤC:
3
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ ĐỀN LED CÔNG SUẤT

MỤC ĐÍCH : Đèn led là loại đèn có hiệu suất phát sáng cao,tuổi thọ cao,màu sắc trung
thực,không gây nguy hiểm cho con người và môi trường,nên đèn led có ứng dụng trong
dân dụng và công nghiệp ngày càng nhiều.Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiểu về loại đèn
này và vì sao lại chọn đèn led để điều chỉnh công suất trong đề tài mà em muốn nói tới.
1.1 Cơ Bản Về Cấu Tạo Và Hoạt Động Của Đèn Led
1.1.1 Cấu Tạo
Đèn led cấu tạo gồm 5 phần: phần tử phát sáng led, mạch in của đèn, bộ nguồn, bộ
phận tản nhiệt và vỏ.
1.1.1.1 Phần tử phát sáng
Bản chất của LED là một đi-ốt,nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất tạo ra
một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện từ, dòng điện truyền từ A-
nốt(kênh P) đến K-tốt (kênh N), khi điện từ lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh
4
Hình 1.1: Cấu trúc đèn LED
sáng, các bước sóng phát ra có màu tùy thuộc vào tạp chất trong chip bán dẫn. LED
phân thành ba loại chính theo dải công suất:cỡ nhỏ, cỡ trung bình, cỡ lớn.
1.1.1.2 Mạch in của đèn
Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn giữa LED với mạch in ảnh hưởng đến độ bền
của đèn, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam,nếu chất lượng của mạch in và
mối hàn không tốt dễ gây ra oxi-hóa đứt mạch in,không tiếp xúc làm cho đèn không thể
phát sáng sau một thời gian sử dụng.
Trong thực tế người ta có thể sử dụng mạch in thường, hoặc bằng gốm, gốm cho phép
tản nhiệt nhanh cho loại LED có công suất trung bình và lớn.
1.1.1.3 Bộ nguồn
Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện và điện áp ổn định
phù hợp với loại đèn đang sử dụng. Các linh kiện chế tạo bộ nguồn phải có tuổi thọ sử
dụng tương đương với tuổi thọ của LED. Với loại đèn công suất nhỏ nguồn đơn giản chỉ
là một nguồn áp kết hợp với một điện trở hạn dòng cho LED nhưng đối với LED công
suất trung bình và lớn cần tạo một nguồn dòng cho LED.
1.1.1.4 Bộ phận tản nhiệt

Phần tản nhiệt cho đèn LED được thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phát sáng xuống
nhiệt độ thấp nhanh nhất, bộ phận này đặc biệt quan trong khi thiết kế đèn LED công
suất lớn, nếu bộ phận tản nhiệt này có kết cấu không phù hợp thì phần tử LED sẽ nhanh
già, hiệu suất phát sáng sẽ giảm đi đáng kể.
5
Hình 1.2: Sơ đồ tản nhiệt của đèn LED
1.1.1.5 Vỏ
Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định và bền, vỏ đèn được chế tạo để có độ chống
thấm cao, đồng thời đảm bảo khả năng tỏa nhiệt nhanh chóng.
1.1.2 Nguyên Lý Hoạt Động Của Đèn LED
LED dựa trên công nghệ bán dẫn. Hoạt động của LED giống với nhiều loại đi-ốt 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
chuyển động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc đó khối p lại nhận thêm các điện tử (điện
tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả khối điện tích 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). 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 thành nguyển 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).
1.2 Đặc tính kỹ thuật
LED thường có điện thế phân cực cao hơn đi-ốt thông thường trong khoảng 1,5 đến
3V. Nhưng điện thế phân cực ngược của LED thì không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư
hỏng do điện thế ngược gây ra.
Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp tại lớp tiếp xúc p-n mà bước sóng
ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau).
Chúng ta nhận thấy khi nhiệt độ tiếp xúc lớp p-n lớn thì hiệu suất phát sáng, cũng như
tuổi thọ của LED sẽ giảm, vì thế LED thích ứng làm việc ở nhiệt độ thấp (đặc biệt dưới
o
o

c).
6
Hình 1.3: nguyên lý hoạt động của đèn LED
1.3 Ưu, nhược điểm của đèn LED
Ưu điểm:
• Hiệu suất phát sáng cao (gấp 8 lần so với đèn dây tóc), ít tỏa nhiệt, tiết kiệm 50-
80% năng lượng so với đèn sodium thông thường và đèn thủy ngân cao áp
(TNCA).
• Tuổi thọ từ 50.000h đến 100.000h (mỗi ngày làm việc 10h, có tuổi thọ là 13-26
năm).
• Cấu tạo bên trong đèn LED rất chắc chắn, khó vỡ và rất bền.
• Đèn LED có khả năng phát ra ánh sáng có màu mong muốn, không cần kính lọc
màu như các phương pháp chiếu sáng cổ điển.
• Chỉ số màu không thay đổi theo thời gian, phản ánh màu sắc trung thực trong
đêm.
• Không có hơi thủy ngân, không phát ra các tia hồng ngoại và tia cực tím.
• Đèn LED phát sáng rất nhanh (0,01s), nhanh gấp 10 lần đèn nung sáng (0,1s),
nhanh gấp nhiều lần đèn huỳnh quang compact (bắt đầu phát sáng sau 0,5 đến
1s, nhưng chỉ đạt đầy đủ ánh sáng sau 30s hoặc lâu hơn).
• Cũng có thể điều chỉnh công suất LED.
Nhược điểm:
• Giá thành ban đầu cao.
• Phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường (ở nhiệt độ cao sẽ giảm lượng ánh sáng phát
ra, tuổi thọ đèn giảm).
• Nhạy cảm với điện áp (LED cần cung cấp điện áp lớn hơn điện áp ngưỡng và
dòng nhỏ hơn dòng định mức).
• Phải chọn màu đúng với lĩnh vực sử dụng.
1.4 Phân loại
Theo công suất LED được phân thành:
• LED nhỏ: kích thước từ 2-8 mm, thông thường có 2 chân cắm, dòng làm việc từ

1mA đến trên 20mA, rất đơn giản khi thiết kế không cần chế độ làm mát, thường
được dùng làm tín hiệu.
• LED trung bình: dòng làm việc có thể đạt đến 100mA, quang thông vài lumen.
Chúng thường dùng làm tấm (panel) chiếu sáng, chiếu sáng sự cố và các đèn sau
ô tô.
• LED công suất lớn: dòng làm việc từ vài trăm mA đến vài A, phát ra vài ngàn
lumen. Loại này cần phải tản nhiệt và được ứng dụng chiếu sáng trong mọi lĩnh
vực, thay thế cho đèn truyền thống (đèn nung sáng, đèn phóng điện).
7
Theo hình dạng LED được phân thành:
• LED hình trụ: do có vỏ bọc kín, nên không tỏa nhiệt, không sử dụng với ứng
dụng công suất cao, thường chỉ làm tín hiệu, chỉ thị dọc.
• LED dán (SMD): gắn trực tiếp lên mạch in.
• LED công suất (power led): có lượng ánh sáng phát ra lớn, được dán lên bề
mặt vật liệu cần tản nhiệt. Gồm một chip led hoặc nhiều chip led kết hợp thành
nhóm để tạo ra độ sáng lơn.
• LED C.O.B (chip on board): loại này dưới dạng bán dẫn, không cần vỏ bọc và
không cần kết nối. Ở đây từng con chip được đặt lên bề mặt PCB và sử dụng
dây kết nối với bề mặt PCB. Phía trên được phủ một lớp nhựa trong bảo vệ.
LED loại này có giá thành thấp, sử dụng rộng rãi.
8
Hình 1.4: LED công suất nhỏ (bên trái), LED công suất lớn (bên phải)
Hình 1.5: Các dạng LED hình trụ
Hình 1.6: LED công suất (bên trái); LED SMD (giữa); LED C.O.B (bên phải)
1.5 So sánh đèn LED với một số loại đèn khác trong mục đích dân dụng
Đặc điểm Đèn HQ compact Đèn LED
Quang hiệu phát sáng 20 ÷ 80 lm/W (trong khi
đèn nung sáng có quang
hiệu (5 ÷ 20 lm/W)
Tuổi thọ 10000h ÷ 20000h 50.000h ÷

100.000h
Nhiệt độ màu 2700 ÷ 6400 (K) 3000 ÷ 10.000
(K)
Chỉ số diễn sắc 80 Từ 5 ÷ 110
Chứa chất độc hại Có (hơi thủy ngân) không
ảnh hưởng đến tuổi thọ đèn khi đóng
ngắt nhiều
Có không
Độ phát nhiệt ra môi trường Trung bình Thấp
Độ bền Dễ vỡ Rất chắc chắn
Chi phí đầu tư ban đầu Thấp cao
1.6 Khảo sát đèn LED dùng trong thiết kế
Đây là LED nhỏ: có kích thước từ 2 – 8 mm, có 2 chân cắm, dòng làm việc từ 1mA –
trên 20mA, rất đơn giản khi thiết kế không cần chế độ làm mát.
9
Để tài của em chỉ là để đèn LED phát sáng, nên em chỉ tập trung giới thiệu về cấu tạo,
nguyên lý hoạt động, đặc tính, ưu nhược điểm của đèn LED.
Ta biết rằng để đèn LED hoạt động ổn định thì nguồn dòng cấp trực tiếp phải ổn định,
nhưng trong pham vi để tài này em chỉ đủ dùng nguồn áp để cấp cho đèn LED, nếu có
thời gian phát triển thêm, em sẽ nghiên cứu sâu hơn.
KẾT LUẬN: đèn LED dùng cho chiếu sáng còn mới và đang có xu hướng phát triển
ngày càng rộng rãi, vì những ưu điểm vượt trội so với các loại đèn đang sử dụng trong
dân dụng và công nghiệp hiện nay. Trong tương lai không xa đèn LED có thể thay thế
các loại đèn hiện tại.
CHƯƠNG 2Tìm hiểu về vi điểu khiển và phương pháp điểu khiển
Tổng quan: để điều khiển đèn LED phát sàng ta có thể dùng rất nhiều vi điểu khiển
nhưng trong đề tài này em sẽ tập trung giới thiệu vi điểu khiển ATMEGA8.
Vậy tại sao em lại giới thiệu vi điều khiển ATMEGA8 vì những ưu điểm sau đây:
 ATMEGA8 (họ AVR) là một vi điều khiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản
hóa – RISC, so với các vi điều khiển 8 bits khác ATMEGA8 (họ AVR) có nhiều

đặc tính hơn hẳn, dễ sử dụng đặc biệt là về chức năng sau đây:
• Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất cứ linh kiện phụ nào khi sử
dụng ATMEGA8, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip.
• Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho ATMEGA8 rất đơn giản (STK500).
• Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc của ATMEGA8 được thiết kế rất
tương thích C.
• Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu rất lớn trên internet.
• Với một số chức năng như: có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz,
hoặc sử dụng xung clock nội lên đến 8 MHz, bộ nhớ Flash có thể lập
trình lại rất nhiều lần và dung lượng lớn, có SRAM (ram tĩnh) lớn, nhiều
ngõ vào ngõ ra theo 2 hướng, tích hợp điều chế xung PWM, các bộ
chuyển đổi Analog – Digital
Mục đích: trong phạm vi để tài em chỉ giới thiệu về cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển
ATMEGA8 và chức năng điểu khiển I/O (in/out), ngắt ngoài (interupt), để điểu khiển
đèn LED chớt tắt.
1.1 Cấu trúc bộ nhớ
Giới thiệu:
AVR có cấu trúc harvard là cấu trúc có đường Bus riêng cho bộ nhớ chương trình và
bộ nhớ dữ liệu. Bộ nhớ chương trình có độ rộng 16 bits và chỉ phục vụ cho instruction
registers, bộ nhớ dữ liệu có 8 bits và được kết nối với hầu hết có thiết bị ngoại vi,
register file.
10
I. Bộ nhớ chương trình: bộ nhớ chương trình của AVR là bộ nhớ Flash dung
lượng 128K bytes. Những địa chỉ đầu tiên của chương được dùng cho bảng
vector ngắt. Bộ nhớ chương trình còn có thể chia làm hai phần: phần loader
(boot loader program section) và phần ứng dụng (application program section)
• Phần boot loader chứa chương trình boot loader. Chương trình boot
loader là một phần mềm nhỏ nạp trong vi điều khiển và được chạy lúc
khởi động. Phần mềm này có thể tải vào trong vi điều khiển chương
trình người sử dụng và sau đó thực thi chương trình này. Mỗi khi reset

vi điều khiển CPU sẽ nhảy đến thực thi chương trình boot loader trước,
chương trình boot loader sẽ dò xem có chương trình nào nào cần nạp
vào vi điều khiển hay không, nếu có chương trình cần nạp boot loader
sẽ nạp chương trình vào vùng nhớ ứng dụng, rồi thực thi chương trình
này. Ngược lại, boot loader sẽ chuyển tới chương trình ứng dụng có sắn
trong vùng nhớ ứng dụng để thực thi chương trình này.
• Phần ứng dụng là vùng nhớ chứa chương trình của người dùng. Kích
thước của phần boot loader và phần ứng dụng này có thể tùy chọn.
II. Bộ nhớ dữ liệu: bộ nhớ dữ liệu của AVR được chia làm hai phần chính là bộ
nhớ SRAM và EFPROM. Tuy cùng bộ nhớ dữ liệu nhưng hai bộ nhớ máy này
11
Hình 2.1: cấu trúc bộ nhớ AVR
tách biệt nhau và được đánh địa chỉ riêng. Về cơ bản bộ nhớ dữ liệu được chia
thành 5 phần.
• Phần 1: phần này bao gồm 32 thanh ghi register file, tất cả các thanh
ghi này đều là thanh ghi 8 bit.
• Phần 2: là phần nằm sau thanh register file, phần này bao gồm 64 thanh
ghi, được gọi là 64 thanh ghi nhập xuất.
• Phần 3: RAM tĩnh, nội (internal SRAM), là vùng không gian cho chứa
các biến trong lúc thực thi chương trình, vùng này tương tự các thanh
RAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ.
• Phần 4: RAM ngoại (external SRAM), các chip AVR cho phép người
sử dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất
chỉ tồn tại khi nào người sử dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip.
• Phần 5: EEPROM là một phần quan trọng của chip AVR, vì là ROM
nên bộ nhớ này không bị xóa ngay cả khi không cung cấp nguồn nuôi
cho chip, rất thích hợp cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu.
1.1 Hình dạng và cổng ra vào I/O (in/out)
 Hình dạng: ATmega8 loại đóng gói như sau đây là phổ biến nhất:
 Sơ đồ các chân

Tất cả các chân của Atmega8 được đánh số thứ tự từ 1 đến 28 như hình vẽ, chiều
của vi điều khiển được lấy theo đầu lõm hoặc chấm tròn trên vi điều khiển.
12
Hình 2.2: hình dạng thực tế vi xử lý Atmega8
Khi làm việc, các chân vi điều khiển có hai mức trạng thái là 0 và 1. Trạng thái 0
ứng với mức điện áp 0V còn trạng thái 1 ứng với mức điện áp + 5V.
Chức năng các chân trên vi điều khiển Atmega8 như sau:
• Chân 1 – RESET: bình thường chân 1 ở trạng thái 0, khi cấp nguồn điện
+ 5V vào chân RESET, trạng thái của nó từ 0 lên 1, và reset lại toàn bộ
hoạt động của vi xử lý, tương đương với việc ngắt nguồn vi xử lý rồi cấp
lại.
• Chân 7 – VCC: là chân cấp nguồn + 5V cho vi xử lý.
• Chân 8 và 22 – GND: là hai chân nối với nguồn âm. Khi thiết kế mạch
phải cho hai chân này nối chung với nhau và nối xuống nguồn âm.
• Chân 9 – XTAL1 và 10 – XTAL2: là hai chân nối thạch anh. Thạch anh
là một linh kiện có tác dụng ra xung clock.
• Chân 20 – AVCC: là chân cấp nguồn cho khối chuyển đổi ADC.
• Chân 21 – AREF: điện áp tham chiếu. Chân AREF được sử dụng khi cần
dùng chức năng ADC của vi xử lý.
• Chân 4 – INT0 và 5 – INT1: là hai chân ngắt ngoài, để tác động khi có
ngắt ngoài.
• Các chân từ 14 19: được nhóm chung thành một cổng, gọi là PORT B,
từng chân trong PORTB được ký hiệu PB0, PB1, ,PB5 ứng với chân từ
14 đến 19. Các chân này có thể đảm nhiệm các chức năng khác nhau, tùy
theo thiết lập của người khi lập trình.
13
Hình 2.3: Cấu trúc chân của Atmega8
• Các chân từ 23 đến 28: được nhóm chung thành một cổng, gọi là PORT
C, từng chân trong PORT C được ký hiệu PC0,PC1, ,PC5 ứng với các
chân từ 23 đến 28. Các chân này có thể đảm nhiệm các chức năng khác

nhau, tùy theo thiết lập của người khi lập trình.
• Các chân từ 2 đến 6 và 11 đến 13: được nhóm chung thành một cổng, gọi
là PORT D, từng chân trong PORT D được ký hiệu từ PD0,PD1, ,PD7
ứng với các chân từ 2 đến 6 và 11 đến 13. Các chân này có thể đảm
nhiệm các chức năng khác nhau, tùy theo thiết lập của người lập trình.
Các Port B,D đều là 8 bit, Port C 7 bit, tương ứng với 23 đường vào ra. Các cổng
vào và ra của AVR là cổng hai chiều có thể dịnh hướng, tức có thể chọn hướng của
cổng là hướng vào hay hướng ra. Tất cả các cổng vào ra của AVR đều có tính năng
đọc –chỉnh sửa-ghi khi sử dụng chúng như là các cổng vào ra số thông thường .
Điều này có nghĩa là khi ta thay đổi hướng của một chân nào đó thì nó không làm
ảnh hưởng tới các hướng của chân khác. Tất cả các chân của các cổng đều có điện
trở kéo lên (pull-up) riêng, ta có thể cho phép hay không cho phép điện trở kéo lên
này hoạt động.
Điện trở kéo lên là một điện trở được dùng khi thiết kế các mạch điện tử logic. Nó
có một đầu được nối với nguồn điện áp dương( thường là Vcc hay Vdd) và đầu còn
lại được nối với tín hiệu lối ra/ vào của một mạch logic chức năng. Điện trở kéo lên
có thể được lắp đặt tại các lối vào của các khối mạc logic để thiết lập mức logic lối
vào của khối mạch khi không có thiết bị ngoài nối vào. Ngoài ra, điện trở kéo lên
cũng có thể lắp đặt tại các lối ra của khối mạch khi lối ra không thể nối nguồn để tạo
dòng, ví dụ các linh kiện logic TTL có cực góp hở. đối với họ logic lưỡng cực với
nguồn nuôi 5V dc thì giá trị của điện trở kéo lên thường nằm trong khoảng 1000 đến
5000 ohm, tùy thwo các yêu cầu cấp dòng trên toàn dãi hoạt động của mạch. Với
logic CMOS và logic MOS chúng ta có thể sử dụng các điện trở có giá trị lớn hơn
nhiều, thường từ vài ngàn đến một triệu Ohm do dòng rò rỉ (leakage) cần thiết ở lối
vào là rất nhỏ.
Khi khảo sát các cổng như là các cổng vào ra số thông thường thì tính
chất của các cổng là tương tự nhau, nên ta chỉ cần khảo sát một cổng nào đó trong
số 3 cổng của vi điều khiển là đủ.
Mỗi một cổng vào ra của vi điều khiển được liên kết với 3 thanh ghi: PORTx,
DDRx, PINx (x là chỉ số cho PORT B,C,D). Ba thanh ghi này sẽ được phối hợp với

nhau để điều khiển hoạt động cảu cổng, chẳn hạn thiết lập cổng thành lối vào có sử
dụngnđiện trở pull-up,…vv
a/ Thanh ghi DDRx
14
Các bit DDxn để truy cập cho địa chỉ xuất nhập DDRx. Bit DDxn trong thanh ghi
DDRx dùng để điều khiển hướng dữ liệu của các chân của cổng này. Khi giá trị
logic “0” vào bất kì bit nào của thanh ghi này thì nó sẽ trở thành lối vào, còn ghi “1”
vào bit đó thì nó trở thành lối ra.
b/ Thanh ghi PORTx
Các bit PORTxn để truy cập tại địa chỉ xuất nhập PORTx. Khi PORTx được ghi giá
trị 1 khi các chân có cấu tạo như cổng ra thì điện trở kéo là chủ động ( được nối với
cổng). Ngắt điện trở kéo ra, PORTx được ghi giá trị 0 hoặc các chân có dạng như
15
Hình 2.4: cấu trúc thanh ghi DDRx
Hình 2.5: Thiết lập các chân I/O của vi xử lý
Hình 2.6: cấu trúc thanh ghi PORTx
cổng ra. Các chân của cổng là 3 trạng thái khi điều khiển 1 điều kiện reset là tích
cực thậm chí xung đổng hồ không hoạt động.
c/ Thanh ghi PINx
Các bit PINxn để truy cập tại địa chỉ xuất nhập PINx. PINx là các cổng chỉ để đọc,
các cổng này có thể đọc trạng thái logic của PORTx. PINx không phải là thanh ghi,
việc đọc PINx cho phép ta đọc giá trị logic trên các chân của PORTx
DDRxn PORTxn PUD I/O Pull-up Chú thích
0 0 X Ngõ vào Không Cao trở
0 1 0 Ngõ vào Có Như một
nguồn dòng
0 1 1 Ngõ vào Không Cao trở
1 0 X Ngõ ra Không Ngõ ra thấp
1 1 x Ngõ ra không Ngõ ra cao
2.1 Ngắt ngoài (interupt)

Ngắt ngoài là cách rất hiệu quả để thực hiện giao tiếp giữa người dùng và chip. Trên
chip Atmega8 có 2 ngắt ngoài tên là INT0 và INT1 tương ứng với 2 chân số 4 và số 5.
Có 3 thanh ghi liên quan đến ngắt ngoài đó là MCUCR, GICR và GIFR. Cụ thể các
thanh ghi này sẽ trình bày dưới đây.
Thanh ghi điều khiển MCU – MCUCR (MCU Control Register) là thanh ghi xác lập
chế độ ngắt ngoài.
16
Hình 2.7: cấu trúc thanh ghi PINx
Hình 2.8: Cấu trúc cho các cổng
Giả sử chúng ta kết nối các ngắt ngoài trên Atmega8 như hình trên, các button dùng
tạo ra ngắt. Có 4 khả năng có thể xảy ra khi chúng ta nhấn và thả các button. Nếu không
nhấn, trạng thái các chân INT là HIGH do điện trở kéo lên, khi vừa nhấn 1 button sẽ có
chuyển mạch trạng thái từ HIGH sang LOW gọi là cạnh xuống (Falling Edge), khi
button được nhấn và giữ trạng thái các chân INT xác định là LOW và cuối cùng khi thả
các button, trạng thái chuyển từ LOW sang HIGH gọi là cạnh lên (Rising Edge).
Thanh ghi MCUCR chứa các bits cho phép chúng ta chọn 1 trong 4 trạng thái nêu trên
cho các ngắt ngoài. Dưới đây là cấu trúc thanh ghi MCUCR từ datasheet của Atmega8.
MCUCR là một thanh ghi 8 bits nhưng đối với hoạt động ngắt ngoài, chúng ta chỉ
quan tâm đến 4 bits thấp của nó. Bốn bits thấp là các bits interrupt sense control (ISC)
trong đó 2 bits gồm ISC11:ISC10 dùng cho INT1 và 2 bits ISC01:ISC00 dùng cho
INT0. Hãy nhìn vào bảng tóm tắt bên dưới để biết chức năng của các bit trên, đây là
bảng chân trị của 2 bit ISC11,ISC10. Bảng chân trị cho các bit ISC01:ISC00 cũng tương
tự.
17
Hình 2.9: Kết nối ngắt ngoài với Atmega8
Hình 2.10: cấu trúc thanh ghi MCCUCR
Ví Dụ: nếu muốn set cho INT1 là ngắt cạnh xuống trong khi INT0 ngắt cạnh lên, hãy
đặt dòng lệnh MCUCR = 0x0B trong chương trình.
Thanh ghi điều khiển ngắt chung – GICR (Genaral Interrupt Control Register), GICR
là một thanh ghi 8 bit nhưng chỉ có 2 bit cao (bit 6 và bit 7) là được sử dụng cho điều

khiển ngắt, cấu trúc như thanh ghi như dưới.
Bit 7 – INT1 gọi là bit cho phép ngắt 1 (Interrupt Enable), set bit này bằng 1 nghĩa là
bạn cho phép ngắt INT1 hoạt động. Tượng tự, bit 6 - INT0 điều khiển ngắt INT0.
Thanh ghi cờ ngắt chung – GICR (Genaral Interrupt Control Register) có 2 bit INTF1
và INTF0 là các bit trạng thái của 2 cờ ngắt INT1 và INT0. Nếu có sự kiện ngắt phù
hợp xảy ra trên chân INT1, bit INTF1 được tự động set lên 1 (tương tự cho trường hợp
INTF0), chúng ta có thể sử dụng các bit này để nhận ra ngắt, tuy nhiên điều này không
cần thiết nếu chúng ta cho phép ngắt tự động. Vì vậy nên thanh ghi này thường không
được quan tâm khi lập trình ngắt ngoài. Cấu trúc thanh ghi GIFR được trình bày bên
dưới.
18
Hình 2.11: bảng INT1 sense control
Hình 2.12: cấu trúc thanh ghi GICR
Hình 2.13: cấu trúc thanh ghi GIFR
Thanh ghi trạng thái – SREG (STATUS REGISTRY)
Nằm trong vùng nhớ I/O và là một trong những thanh ghi quan trọng nhất của AVR.
Thanh ghi SREG chứa 8 bit cờ (flag) chỉ trạng thái của bộ xử lý, tất cả các bit này đều
bị xóa sau khi reset, các bit này có thể đọc và ghi bởi chương trình. Chức năng của từng
bit được mô tả như sau:
• Bit 0 – C (Carry Flag: cờ nhớ): là bit nhớ trong các phép đại số hoặc logic.
• Bit 1 – Z (Zero Flag: cờ 0): cờ này được set nếu kết quả phép toán đại số hay
phép logic bằng 0.
• Bit 2 – N (Negative Flag: cờ âm): cờ này được set nếu kết quả của phép toán
đại số hay phép logic là số âm.
• Bit 3 – V (Two’s complement Overflow Flag: cờ tràn của bù 2)
• Bit 4 – S (Sign Bit: bit dấu); bit S là kết quả phép giữa 1 cờ N và V, S = N xor
V.
• Bit 5 – H (Half Carry Flag: cờ nhớ): cờ H là cờ nhớ trong 1 vài phép toán đại
số và phép logic, cờ này hiệu quả với các phép toán với số BCD.
• Bit 6 – T (Bit Copy Storge): được sử dụng trong 2 instruction BLD (Bit Load)

và BST (Bit Storage).
• Bit 7 – I (Global Interrupt Enable): cho phép ngắt toàn bộ, bit này được set lên
1 nếu chương trình có sử dụng ngắt.
Sau khi đã xác lập các bit sẵn sàng cho việc ngắt ngoài, việc sau cùng chúng ta cần làm
là set bit 1, tức là bit cho phép ngắt toàn cục, trong thanh ghi trạng thái chung của chip
(thanh ghi SREG). Các chân PD2, PD3 là các chân ngắt nên phải set chân này là Input.
Quá trình thiết lập ngắt ngoài được trình bày dưới đây.
19
Hình 2.14: cấu trúc thanh ghi SREG
CHƯƠNG 3Phương pháp điều khiển
Nội dung đề tài đặt ra: chớp tắt đèn LED theo một nút nhấn bên ngoài (tác động vào
chân ngắt thông qua một nút nhấn).
3.1 Phân tích đề tài
Đầu tiên: để cho khi nạp thì LED sáng, khi bắt đầu cấp điện đèn LED sẽ thay đổi
sáng/tắt theo chu kỳ 0,5s.
Khi người dùng tác động vào nút nhấn điều khiển thì đèn LED sẽ thay đổi sáng tắt
theo chu kỳ 3s.
Khi người dùng tác động nút nhấn lần nữa thì đèn LED sẽ quay lại sáng/tắt theo chu
kỳ 0,5s.
3.1.1 Xây dựng thuật toán điều khiển

20
Hình 2.15: Thiết lập ngắt ngoài
Bắt đầu
Thay đổi đèn LED
sáng tắt theo chu kỳ
0,5/3s
Kích hoạt
ngắt ngoài
Sáng/tắt theo chu kỳ

0,5s
Chương trình chínhNgắt ngoài
Ý tưởng thuật toán:
Chu kỳ nháy được đặt bằng một biến x, trong chương trình, x có giá trị bằng 500
(0,5s) hoặc bằng 3000 (3s).
Khi ngắt ngoài được thực hiện, chương trình ngắt sẽ gán cho giá trị x = 3000 (nếu
hiện thời giá trị x = 500), hoặc gán giá trị x = 500 (nếu giá trị hiện thời của x = 3000).
Chương trình chính sẽ thực hiện điều khiển LED sáng tắt theo chu kỳ x.
3.1.2 Định tính
Với đề tài này: ta có được một nguồn AC 12V, ta chọn vi điều khiển là Atmega8, nên
cần nguồn 5V DC để cấp cho vi điều khiển và đèn LED, vì thế ta phải chỉnh lưu mạch
từ 12 V AC sang 5V DC.
Với mạch chỉnh lưu ta dùng IC LM7805 vì IC này sẽ cho ra nguồn 5V DC với mức ổn
định cao.
Khi đã có nguồn DC cấp cho vi điều khiển Atmega8 xong ta sẽ đi thiết kế nút nhấn và
mạch điều khiển đèn LED.
CHƯƠNG 4Tính toán và chọn giá trị linh kiện
4.1 tính toán các giá trị để xây dựng mạch chỉnh lưu AC – DC
• sơ đồ thiết kế mạch nguồn 5V DC:
21
Hình 4.1: Sơ đồ thiết kế mạch nguồn AC-DC
Bo nguồn trên gồm:
• cầu diode làm nhiệm vụ chỉnh lưu từ AC sang DC.
• Tụ C1 dùng để ổn áp
• Tụ C2, C5 dùng để lọc nhiễu
• Tụ C3 dùng để dập dao động tự kích
• IC LM7805 dùng để cho ra nguồn + 5V
• Trong mạch dùng LED làm chỉ thị khi có nguồn với điện trở hạn dòng R3.
Domino cấp nguồn vào là 12V AC, sau khi qua cầu diode chúng ta có dòng điện dạng
xung đơn pha. Ta cần cho dòng điện dạng xung này nạp vào một tụ hóa lớn, dùng tụ hóa

lớn làm kho chứa điện, nó vừa có tác dụng ổn định điều kiện cấp điện cho tải (ổn áp
bằng tụ hay ổn dòng bằng cuộn cảm được gọi là cách ổn định thụ động, ổn áp bằng
transistor hay IC được gọi là ổn áp tích cực). Sau đó dùng IC LM7805 để cấp nguồn 5V
cho IC lập trình. Trên đầu ra của IC LM7805 phải gắn một tụ hóa nhỏ (khoảng 10uF
đến 100uF) để tránh hiện tượng mạch phát sinh dao động tự kích, khi xuất hiện dao
động mức áp DC trên đường nguồn sẽ nhấp nhô, lúc vọt lên lúc tuột xuống. Để lọc bỏ
các tín hiệu nhiễu tần cao trên đường nguồn DC ta nên dùng tụ gốm nhỏ khoảng 0.1uF
(104).
4.2 Tính toán các thông số linh kiện
• Ta chọn MBA (220 – 10V AC). Vì điện áp chịu được của LM7805 là nhỏ hơn
40V.
• thông số LM7805
Vi ngõ ra từ (4,75V; 5,25V), dòng làm việc từ (0,5mA; 1A). Dòng điện đỉnh là
2,2A.
Công suất tiêu tán cực đại khi không dùng tản nhiệt là 2W.
Công suất tiêu tán cực đại khi có tản nhiệt là 15W.
Do với nội dung đề tài này thì LED chỉ chớp tắt trong một thời gian ngắn nên
không cần dùng tản nhiệt.
• Tính toán các giá trị tụ điện (tụ hóa)
Chọn tụ sao cho điện áp đầu ra sau cầu diode có độ gợn nhỏ r nhỏ hơn 10%
Ta có
Sau khi chỉnh lưu thì điện áp trung bình trên tải
2.
Vm
Vdc
π
=
Vdc = 0,636.Vm
Với Vm là biên độ điện áp thứ cấp.
Dòng I = 0,5A Vdc = 0,636.10.sqrt(2) = 8,1 V

22
8,1
16,2
0,5
Udc
Rt
I
= = =
(Ω)

1
10%
4 3. . .
r
R f C
= ≤

1 1
890,97
4 3. . . 4 3.16,2.100.0,1
C
R f r
= = =
(µF)
Vì không có tụ 890,97 (µF) nên ta chọn tụ hóa 1000 µF
Chọn tụ lọc nhiễu là tụ gốm 104 vì tụ nay có tần số lọc cao.
Sau khi điện áp được ổn áp qua IC LM7805 được điện áp 5V, ta cần có tụ 100μF để
tránh hiện dao động tự kích sẽ làm điện áp DC nhấp nhô lên xuống. Và cuối cùng là có
tụ gốm thường là 104 để lọc nhiễu tần số cao trên nguồn DC.
 Sau khi có nguồn 5V DC cấp cho vi xử lý Atmega8(L) ta chỉ còn việc đi thiết kế

các nút nhấn và mạch chớp tắt LED.
Ta có tra theo datasheet của Atmega8(L), khi cấp nguồn 5V thì dòng làm việc
max I
max
là 15mA.
• sơ đồ mạch điều khiển đèn LED chớp tắt:
thiết kế nút nhấn:
ta cần thiết kế 2 nút nhấn, một nút nhấn reset khi bắt đầu cấp nguồn cho
mạch và một nút nhấn để điều khiển ngắt ngoài.
Nút nhấn gồm có 1 công tắc, một nguồn DC, một điện trở hạn dòng và một
tụ gốm để nạp và xả điện.
23
Hình 4.2: Sơ đồ nút nhấn
Theo đặc tính của tụ điện thì tốc độ nạp xả giảm nhiều theo thời gian, và
thường tụ chỉ nạp đầy đến 63,2%. Thời gian nạp đến 63,2% đó gọi là thời
hằng.
T = R.C
Dựa vào công thức trên ta có thể chọn R, C theo thời gian tác động mong
muốn.
Trong đề tài này em chọn R = 4,7K và C = 22pF để tốc độ nạp xả của tụ
nhanh dẫn đến thời gian tác động nhanh.
Thiết kế mạch điều khiển LED:
Để điều khiển đèn LED sáng tắt:
Ta không nối trực tiếp đèn LED với chân của vi xử lý mà thông qua một
mạch công suất, có thể hiểu mạch công suất như một relay trong các mạch dân
dụng.
Bình thường khi chân 14 của vi xử lý nối với chân B của transistor ở trạng
thái 0 (0V), thì transistor sẽ đóng, tức là E với C không thông nhau, nguồn sẽ
không cấp xuống cho đèn LED và đèn LED sẽ tắt.
Ngược lại khi chân 14 nối với chân B của transistor ở trạng thái 1 (5V), thì

transistor sẽ mỡ làm cho chân E và C thông nhau, dòng sẽ dẫn từ nguồn 5V qua
trở xuống đèn LED làm cho LED sáng.
Có nhiều linh kiện điện tử có thể thay thế như một relay, điển hình là các
transistor. Dưới đây là hình thể hiện nguyên lý hoạt động của mạch.

Mạch thiết kế thực tế:
24
+5V
+5V
Vi xử lý
C
B
Transistor
E
LED
GND GND
Hình 4.3: sơ đồ nguyên lý mạch công suất
Ta có: điện áp cấp cho vi xử lý là 5V và dòng chịu tối đa của vi xử lý là 15mA
Suy ra Z
t
để hạn dòng cho LED là: Z
t
= U/I = 5/0,015 = 333,33 (Ω)
Chọn điện trở 330 (Ω)
Chọn thạch anh 8MHz.
Sau khi thiết kế ra mạch điều khiển LED nhiệm vụ còn lại là đưa các chân vi xử
lý ra ngoài để sử dụng khi cần thiết như các chân:
MOSI (chân 17), MISO (chân 18), SCK (chân 19), RESET (chân 1), để làm
nhiệm vụ mạch nạp cho vi xử lý.
OC1A (chân 15), OC1B (chân 16) để làm chức năng điều rộng xung.

ADC0 (chân 23), ADC1 (chân 24) để làm chức năng chuyển đổi ADC.
CHƯƠNG 5sơ đồ mạch thực tế và lập trình cho vi xử lý
5.1 sơ đồ mạch thực tế
mạch thiết kế trong capture:
tất cả các linh kiện gồm có: một Domino, 1 cầu diode, 1 tụ hóa 1000uF/50V, 1 tụ
hóa 100uF/50V, 2 tụ gốm 104, 1 IC LM7805, 2 tụ gốm 22pF, 2 điện trở 4,7k,2 nút
nhấn, 1 transistor C1815(E C B),1 vi xử lý Atmega8(L), 2 đèn LED, 2 trở 1k, 1
header 6 và cuối cùng là 1 header 10.
25
Hình 4.4: sơ đồ mạch nguyên lý thực tế.