Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế sảm phẩm LED-SPIN có tính thương mại dùng trong quảng cáo và giải trí

Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
LED - SPIN
Sinh viên thực hiện: NGYỄN VŨ HUẤN
Lớp ĐT7 – K50
Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN PHAN KIÊN
Hà Nội, 5-2010
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
LED – SPIN
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VŨ HUẤN
Lớp ĐT7 – K50
Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN PHAN KIÊN
Cán bộ phản biện: TS.
Hà Nội, 5-2006
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VŨ HUẤN Số hiệu sinh viên: 20052421
Khoá: 50 Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: Viễn thông
1. Đầu đề đồ án:
Led - spin
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Dựa vào các loại linh kiện LED có sẵn trên thị trường để nghiên cứu, tìm hiểu và thiết kế hệ thống quảng cáo LED spin
…………………………………… …………………………………………… …… ……………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………….
… ……………………… …………………………………………………………………………………….
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Tìm hiểu về LED - SPIN
- Tìm hiểu về AVR
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch….
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
……………………………………………………………………………………………………………………… ….
…………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………….
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: Ts. NGUYỄN PHAN KIÊN
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….……………
7. Ngày hoàn thành đồ án: 20/5/2010……………………………………………………………… ………
Ngày 20 tháng 5 năm 2010
Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày 2 tháng 5 năm 2010
Cán bộ phản biện
Đồ án tốt nghiệp


Điện tử - Viễn thông
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VŨ HUẤN . Số hiệu sinh viên: 20051412
Ngành: VIỄN THÔNG Khoá: 50
Giảng viên hướng dẫn: Ts. NGUYỄN PHAN KIÊN
Cán bộ phản biện:
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
Thiết kế sảm phẩm LED-SPIN có tính thương mại dùng trong quảng cáo và giải trí
2. Nhận xét của cán bộ phản biện:











Ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông

LỜI NÓI ĐẦU

Led-light Emitting diode hay còn gọi là đi ốt phát quang, đã trở lên phát triển hơn
rất nhiều do sự phát triển của công nghệ. Nó cùng với những bước phát triển của
công nghệ điện tử đã tạo ra vô số sản phẩm thương mại đáp ứng nhu cầu trong cuộc
sống ngày càng cao của con người. Trong các lĩnh vực sản xuất yêu cầu hàm lượng
khoa học và đầu tư cao như sản xuất TV, máy tính, điện thoại, in ấn kỹ thuật số
đèn led và công nghệ vi điều khiển ngày càng nhận được sự quan tâm mang tầm cỡ
quốc gia như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc. Nó hứa hẹn đem lại không chỉ một cuộc cách
mạng trong lĩnh vực chiếu sáng. Tuy nhiên không phải vì thế mà các nền khoa học
kỹ thuật ở các nước yếu kém hơn lại không thể chú ý tới chúng được. Ứng dụng của
Led và vi điều khiển có thể áp dụng cho mọi cấp độ cao thấp của trình độ khoa học
và tiền của đầu tư.
Ngay cả trong đời sống kỹ thuật của những con người yêu khoa học và có giới hạn
về trình độ cũng như tài chính vẫn được họ ứng dụng hết sức thành công. Tiêu biểu
là trong lĩnh vực quảng cáo và giải trí. Bằng sự kết hợp giữa vi điều khiển và led
chúng ta có thể tạo ra vô khối những sản phẩm mang tính thương mại khá cao.
Led-Spin mà đề tài em phát triển cũng là một trong những sản phẩm hoàn toàn
mang tính thương mại. Nói là thương mại bởi xét về mặt chi phí và hiệu quả sản
phẩm đem lại là rất khả quan. Sản phẩm có tính độc đáo và óc tính mới lạ, nó không
giống những biển quảng cáo thông thường đã có mặt trên thị trường từ rất lâu. Nó
tạo cho người xem sự tò mò đáng kể, một điều tối quan trọng trong lĩnh vực quảng
cáo và giải trí. Led-spin là một dãy led được xếp trên một trục quay động cơ có gắn
vi điều khiển để điều chỉnh các led. Với cách lập trình nhấp nháy cùng với hiệu ứng
lưu ảnh trên võng mạc khi dãy led quay tròn mà tạo ảnh như ta mong muốn.
Những
hình ảnh mà nếu ta biết tích hợp trên nó nhiều thứ nữa thì nó sẽ thành một sản phẩm
tốt.

Đồ án tốt nghiệp


Điện tử - Viễn thông
Em

xin

chân

thành

cảm

ơn

thầy

giáo

TS. Nguyễn Phan Kiên, các thầy

cô

giáo
đã hướng dẫn,

giúp

đỡ

em

trong quá trình thực tập và làm đồ án tốt nghiệp.
Tuy
nhiên do còn hạn chế về mặt kiến thức và thời gian
do

vậy

mặc

dù

đã

rất

cố

gắng
nhưng

cũng

không

tránh

khỏi

thiếu

xót.

Em

rất

mong

nhận

được

sự

góp

ý

và

bổ
sung

của

các

thầy

cô

giáo để sản phẩm Led-Spin của em có thể hoàn thiện hơn
nữa.



Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Nội dung chính cua đồ án thực hiện nghiên cức thiết kế Led-spin, nó giống như
một sản phẩm led ma trận về nguyên lý điều khiển nhưng lại có tính chất độc đáo
riêng nhằm tận dụng ưu thế đấy cho quảng cáo. Đó là một dãy led được điều khiển
nhấp nháy sao cho khi nó quay sẽ tạo ra hiệu ứng lưu ảnh trên võng mạc ở những
điểm tạo ảnh. Vi điều khiển được dùng cho mạch là dòng AVR, việc cấp nguồn cho
dãy led do IC gi dịch 74HC595. Dữ liệu mã hóa cấp nguồn cho các hàng trong cột
được gửi ra bộ ghi dịch thông qua việc sử dụng SPI của vi điều khiển. Ngoài chức
năng hiển thị chữ thông thường, trên mạch sẽ tích hợp thêm một số ứng dụng hiển
thị thời gian thực và hiển thị nhiệt độ thực. Chức năng hiển thị thời gian thực do IC
DS1307 đưa về AVR xử lý và chức năng hiển thị nhiệt độ do tín hiệu tương tự từ
cảm biến LM35 đưa về AVR, tại đây tìn hiệu tương tự được biến đổi sang dạng số
thông qua ADC tích hợp sẵn trên AVR để phục vụ mã hóa và hiển thị. Kết quả sản
phẩm thực tiễn Led-Spin đã đáp ứng được mọi yêu cầu đề ra ban đầu như hiển thị
thông tin chữ, hiển thị nhiệt độ và hiển thị thời gian thực.
Kết luận: Đồ án đã hoàn toàn tạo ra một sản phẩm hoàn thiện về chức năng, hình
dáng bên ngoài và mang tính thương mại đủ sức dùng cho lĩnh vực quảng cáo, đặc
biệt sản phẩm khá mới mẻ và độc đáo với người dùng.
Project abstract
The main task of the project was a study of desining led-spin, which is similar to a

commercial product of matrix led about operating principle and it has typical
features that are used for advertising. This product concludes lines of leds that are
controled to flash and the led-lights can produce afterimage on the retina while it
spins.
A family of microcontrollers AVR was used to handle the operation of the led-
Spin system. 74HC595 IC provides power for led-lighs and digitized data provides
power for a line of each led column and sent to 74HC595 IC through using SPI of
the microcontroller system. The mother board also integrates the two functions of
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
real time and temperature display beside displaying letters. Specifically, real time
display is implemented by a DS1307 IC that sends signal to AVR to process and as
well as the process of data of real temperature of the environment that is conducted
by a LM35 sensor that also sends signal to AVR, two type of the signals are
changed into digitized data by using ADC integrated on AVR, which is used to
digitize and display the data.
The resulf of the product Led-Spin met the proposals that include diplaying
information and real time and the atmosphere temperature.
To conclude: the design created a complete product that could be dessiminated as
a commercial product with special fetures such as spining with colour flash light
and different shape of word display that is suitable for electric advertising boards.
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Mục lục
Mục lục 9
Danh sách các bảng 11
Phần mở đầu 12
Chương 1 : Giới thiệu chung 14

1.1. Quảng cáo và giải trí bằng hình ảnh 14
1.2. Quảng cáo giải trí bằng led 15
. Hoạt động 15
. Tính chất 16
. Ưu điểm 16
. Ứng dụng 17
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết về vi điều khiển 18
2.1 Sự phát triển của kỹ thuật vi điều khiển 18
2.1.1. Từ vi xử lý đến vi điều khiển 18
2.1.2. Các dòng vi điều khiển 19
2.2. Giới thiệu về vi điều khiển họ AVR16 21
2.2.1. Một số đặc trưng 21
2.2.2. Kết luận chọn AVR 24
2.2.3. Sơ bộ về vi điều khiển Atmega16 27
2.2.4. CPU 28
2.2.5. Bộ nhớ 40
2.3. AVR và IC ghi dịch 74HC595 45
2.3.1. Chức năng của 74HC595 45
2.3.2. Sử dụng 74HC595để cấp nguồn cho các hàng của ma trận 47
2.3.3. Truyền dữ liệu cấp nguồn cho hàng sử dụng SPI 48
2.3.4. Kết luận 49
3.1. Nguyên lý hoạt động 50
3.2. Sơ đồ khối chức năng 50
3.3. Nhiệm vụ và các phương án thực hiện khối chức năng 51
3.3.1. Khối công suất 52
3.3.2 Khối cảm biến thời gian và nhiệt độ 52
3.3 3. Khối hiển thị bằng led 75
3.3.4. Khối truyền động 76
Chương 4. Thực hiện thiết kế chi tiết và ngôn ngữ lập trình 79
4.1. Thiết kế chi tiết sản phẩm 79

4.1.1. Thiết kế mạch công suất 79
4.1.2. Thiết kế mạch led-spin 80
4.2. Ngôn ngữ lập trình 83
4.2.1. Ngôn ngữ C cho codevisionAVR 83
4.2.2. Lập trình cho Led-Spin 83
Kết luận 96
Tài liệu tham khảo 97
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Danh sách các hình vẽ
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Danh sách các bảng
Bảng 2-1- Bảng thông tin các dòng vi điều khiển họ 89CXX 20
Bảng 2-2- Bảng thông tin các dòng vi điều khiển 89SXX 20
Bảng 3-3- Bảng giá trị số ngõ ra khi giải mã 65
Bảng 3-4- Bảng chọn điện áp tham chiếu 69
Bảng 3-5- Bảng chế độ chuyển đổi 71
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Phần mở đầu
- Quảng cáo là hình thức tuyên truyền, giới thiệu thông tin về sản phẩm, dịch vụ,
công ty hay một ý tưởng nào đó. Quảng cáo là hoạt động truyền thông phi trực tiếp
giữa người với người mà người muốn truyền đạt phải thông qua các phương tiện
truyền thông để đưa thông tin tác động đến người nhận thông tin. Lịnh sử của
quảng cáo đã trải qua cả ngàn năm trước công nguyên. Chính vì thế với bề dày lịch
sử của nó cùng với bước đột phá trong khoa học kỹ thuật thời đại ngày nay mà

quảng cáo đã trở thành một phần quan trọng bậc nhất trong cuộc sống thông tin của
con người. Nó cũng đã đã trở thành một môn học của các ngành kinh tế và là những
sản phẩm của ngành kỹ thuật. Nói là như vậy bởi ngày hôm nay khi đi đâu ra đường
chúng ta cũng thấy một hình thức đơn giản nhất của quảng cáo bằng hình ảnh chính
là những tấm biển hiệu điện tử.
- Chỉ với bộ vi điều khiển cùng những linh kiện điện tử led nhỏ bé, những thông tin
quảng cáo được hiện ra hết sức rõ ràng và hiệu quả về mặt kinh tế. Vẫn là những
con led và bộ Vi điều khiển đó khi được biến tấu đi một chút dựa theo hiện tượng
vật lý đơn giản “Sự lưu ảnh trên võng mạc’’. Từ đó sản phẩm Led-spin được em
thiết kế nhằm tạo sự thay đổi độc đáo trong việc kết hợp led với vi điều khiển thông
thường.
- Chương 1 giới thiệu chung về quảng cáo và giải trí bằng hình ảnh đèn led
- Chương 2 là cơ sở lý thuyết về vi điều khiển, ban đầu là những bước phát triển
đầu tiên của dòng vi xử lý cho tới dòng AVR hiện nay mà đồ án đang sử dụng làm
mạch led-spin. Trong chương này em cũng đi khá kỹ về các đặc điểm của Vi điều
khiển với đầy đủ về bộ nhớ, thanh ghi và các chế độ ngắt chế độ giao tiếp với IC ghi
dịch phục vụ trong đồ án.
- Chương 3 là chương nghiên cứu chi tiết về led-spin và cách tạo ra sản phẩm.
- Chương 4 đi vào thiết kế chi tiết từng khối riêng biệt của led-spin cùng với
chương trình lập trình dùng cho vi điều khiển.
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
- Đồ án đã hoàn thành có thể điều khiển hiển thị các chữ và hình ảnh đơn giản cùng
với khả năng tích hợp thêm việc hiển thị thời gian thực và nhiệt độ thực tại nơi đặt
sản phẩm led-spin.
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Chương 1 : Giới thiệu chung

1.1. Quảng cáo và giải trí bằng hình ảnh
Dùng hình ảnh, đó là cách thông dụng và nhanh nhất để thông tin quảng cáo và
giải trí tới được với mọi người. Ngày nay khi mà lĩnh vực giải trí và quảng cáo phát
triển mạnh và có nhu cầu ở mọi nơi mọi lúc mọi nơi thì hoàn toàn có thể tham gia
vào một vai trò nào đó tỏng quảng cáo. Có thể là người có nhu cầu cần quảng cáo
hay là người có khả năng tạo ra các giá trị phục vụ trong quản cáo.
Trên thế giới, quảng cáo hiện nay đã phát triển tới những trình độ cao, tuy nhiên ở
Việt Nam - do còn nhiều hạn chế về mức độ phát triển thương mại và thông tin
truyền thông nên đa số các sản phẩm quảng cáo vẫn còn ở trình độ thấp. Các sản
phẩm quảng cáo để có thể đến với khách hàng tiềm năng cần phải được truyền tải
qua cac phương tiện truyền thông, như: báo in, tạp chí, đài phát thanh, truyền hình,
báo điện tử.
Các loại hình quảng cáo phổ biến hiện nay :
 Truyền hình.
 Internet.
 Báo chí.
 Phát thanh.
 Quảng cáo trực tuyến.
 Quảng cáo qua bưu điện.
 Quảng cáo trên các phương tiện vận chuyển.
 Quảng cáo qua các trang vàng.
 Quảng cáo trên tờ rơi, áp phích, pano hay băng rôn.
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
 Quảng cáo trên bao bì sản phẩm.
 Quảng cáo qua các thư gửi trực tiếp.
 Quảng cáo truyền miệng.
 Quảng cáo bằng đèn LED.
1.2. Quảng cáo giải trí bằng led

Trong các loại hình quảng cáo đề cập đến ở trên thì quảng cáo bằng đèn LED là
một loại hình quảng cáo được sử dụng rộng rãi bởi nhiều công ty, cửa hàng bởi tính
đơn giản, hiện đại cũng như hữu dụng của nó. Ta hãy cùng tìm hiểu đèn LED là gì,
hoạt động ra sao và tại sao nó lại được sử dụng cho mục đích quảng cáo và xu
hướng phát triển của quảng cáo bằng đèn LED.
 . Hoạt động
Hoạt động của 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).
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).
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
 . Tính chất
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 3 V. 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.
 . Ưu điểm
- Tiết kiệm năng lượng
Không những tiết kiệm điện năng so với việc sử dụng bóng đèn chiếu sáng truyền

thống như đèn Sợi đốt, đèn Halogen, đèn Huỳnh quang, đèn Compact,….mà còn
nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống điều hòa không khí do lượng nhiệt phát ra
môi trường rất thấp khi làm việc.
- Tiện dụng .
100% phù hợp thay thế cho đèn Sợi đốt, đèn Halogen, đèn Huỳnh quang, đèn
Compact, lắp đặt dễ dàng.
- Thân thiện môi trường
Giảm lượng khí thải CO2, tối thiểu hoá lượng rác thải ra môi trường do đèn LED
có tuổi thọ rất cao và không sử dụng thuỷ ngân.
- An toàn cho người sử dụng
Giảm nguy cơ cháy nổ, nâng cao hiệu suất làm việc của điều hoà không khí do đèn
LED phát nhiệt rất thấp trong quá trình làm việc.
- Chất lượng ánh sáng thân thiện với con người
Tối thiểu hoá tia cực tím và bức xạ hồng ngoại, không nhấp nháy,không gây nhức
mỏi mắt.
- Tuổi thọ cao
Sử dụng bền lâu, tuổi thọ trung bình dài gấp 10 đến 20 lần các loại bóng đèn chiếu
sáng thông thường
- Đa dạng.
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Led là loại thiết bị phát quang cực kỳ đa dạng và chủng loại, màu sắc, kích thức
đáp ứng theo nhiều chức năng của sản xuất và chiếu sáng.
 . Ứng dụng

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.
Hình 1.1 Đèn led
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết về vi điều khiển
2.1 Sự phát triển của kỹ thuật vi điều khiển
2.1.1. Từ vi xử lý đến vi điều khiển
Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính toán,
xử lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu
quả đối với các bài toán và hệ thống lớn.Tuy nhiên đối với các ứng dụng nhỏ, tầm
tính toán không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân
nhắc. Bởi vì hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi hỏi các khối
mạch điện giao tiếp phức tạp như nhau. Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ
liệu và chương trình thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập và
điều khiển trở lại, các khối này cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện được
công việc. Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường
về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi. Hệ thống được tạo ra khá
phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độ
người thiết kế. Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để
áp dụng cho các hệ thống nhỏ.
Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ và một số
mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi là
Microcontroller-Vi điều khiển. Vi điều khiển có khả năng tương tự như khả năng
của vi xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản hơn nhiều.
Vi điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần nắm
vững một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện

dành cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực
tiếp với các thiết bị bên ngoài. Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành
cho người sử dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị
giới hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương
trình bị giới hạn). Thay vào đó, Vi điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
lý, việc sử dụng đơn giản, do đó nó được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có
chức năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp.
Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ, các robot có
chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v
Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một chip
tương tự như các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ MCS-48. Độ phức tạp,
kích thước và khả năng của Vi điều khiển tăng thêm một bậc quan trọng vào năm
1980 khi intel tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51 và là
chuẩn công nghệ cho nhiều họ Vi điều khiển được sản xuất sau này. Sau đó rất
nhiều họ Vi điều khiển của nhiều nhà chế tạo khác nhau lần lượt được đưa ra thị
trường với tính năng được cải tiến ngày càng mạnh.
2.1.2. Các dòng vi điều khiển
Hiện nay có rất nhiều họ Vi điều khiển trên thị trường với nhiều ứng dụng khác
nhau, trong đó họ Vi điều khiển họ MCS-51 được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới
và ở Việt nam.
Vào năm 1980 Intel công bố chíp 8051(80C51), bộ vi điều khiển đầu tiên của họ
vi điều khiển MCS-51. Nó bao gồm 4KB ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất
nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. Tiếp theo sau đó là sự ra đời của chip
8052,8053,8055 với nhiều tính năng được cải tiến
Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại Vi điều khiển họ MCS-51 nữa, thay
vào đó các nhà sản xuất khác như Atmel, Philips/signetics, AMD, Siemens,
Matra&Dallas, Semiconductors được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các

chip của họ MSC-51. Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng
như ở Việt Nam hiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel với nhiều chủng loại vi
điều khiển khác nhau.
Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip Vi điều
khiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sản
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở Atmel
mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình tương tự
như nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là
89C51,89C53,89C55. Vi điều khiển Atmel sau này ngày càng được cải tiến và được
bổ sung thêm nhiều chức năng tiện lợi hơn cho người dùng.
Bảng 2-1- Bảng thông tin các dòng vi điều khiển họ 89CXX
Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp
89C51 128 byte 4 Kbyte song song
89C52 128 byte 8 Kbyte song song
89C53 128 byte 12 Kbyte song song
89C55 128 byte 20 Kbyte song song
Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường dòng Vi
điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả năng
nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người sử dụng.
Bảng 2-2- Bảng thông tin các dòng vi điều khiển 89SXX
Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp
89S51 128 byte 4 Kbyte nối tiếp
89S52 128 byte 8 Kbyte nối tiếp
89S53 128 byte 12 Kbyte nối tiếp
89S55 128 byte 20 Kbyte nối tiếp
Tất cả các Vi điều khiển trên đều có đặc tính cơ bản giống nhau về phần mềm
(các tập lệnh lập trình như nhau), còn phần cứng được bổ sung với chip có mã số ở

hai số cuối cao hơn, các Vi điều khiển sau này có nhiều tính năng vượt trội hơn Vi
điều khiển thế hệ trước. Các Vi điều khiển 89Cxx như trong bảng 1 có cấu tạoROM
và RAM như 98Sxx trong bảng 2, tuy nhiên 98Sxx được bổ sung một số tính năng
và có thêm chế độ nạp nối tiếp.
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại sách hướng dẫn về Vi điều khiển với
nhiều loại khác nhau như 8051, 89C51, 89S8252, 89S52 v.v các sách này đều
hướng dẫn cụ thể về phần cứng cũng như cách thức lập trình. Chương trình phần
mềm dành cho các Vi điều khiển này là như nhau. Các Vi điều khiển 89Sxx được
cải tiến từ dòng 89Cxx.
Chương trình viết dành cho 89Cxx đều chạy được với 89Sxx, 89Sxx rẻ hơn 89Cxx
89Sxx có chế độ nạp nối tiếp với mạch nạp đơn giản có khả năng nạp ngay trên bo
mạch mà không cần tháo chip vi điều khiển sang mạch khác để nạp chương trình và
nhiều tính năng cải tiến khác.
Ngoài ra còn rất nhiều các dòng vi điều khiển khác nữa:
 Vi điều khiển PIC
 Vi điều khiển MCUs của Philips
Các loại vi điều khiển chuyên dụng của các hãng sản xuất khác: Các loại vi điều
khiển này được sử dụng chuyên dụng theo chức năng cần điều khiển.
2.2. Giới thiệu về vi điều khiển họ AVR16
2.2.1. Một số đặc trưng
 Được chế tạo theo kiến trúc RISC hiệu suất cao mà điện năng tiêu thụ thấp
 Tập lệnh gồm 131 lệnh, hầu hết đều chỉ thực thi trong 1 chu kì xung nhịp.
 Bộ nhân hai chu kì.
 32 x 8 thanh ghi làm việc đa dụng.
 Hoạt động tĩnh
 16 MIPS với thông lượng 16MHz
 8KB Flash ROM lập trình được ngay trên hệ thống :

 Giao diện nối tiếp SPI có thể lập trình ngay trên hệ thống.
 Cho phép 1000 lần ghi/xóa.
 Bộ EEPROM 512 byte, cho phép 100.000 lần ghi/xóa
 16 Kbyte bộ nhớ chương trình in-System Self-programmable Flash.
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
 Chu kì ghi/xóa (Write/Erase) :10.000 Flash/ 100.000 EEPROM.
 Độ bền dữ liệu 20 năm ở 85°C và 100 năm ở 25°C
 Bộ nhớ SRAM 512 byte.
 Bộ biến đổi ADC 8 kênh, 10 bit.
 32 ngõ I/O lập trình được.
 Bộ truyền nối tiếp bất đồng bộ vạn năng UART.
 Vcc=2.7V đến 5.5V.
 Tốc độ làm việc: 8 MHz đối với Atmega16L, 16MHz đối với Atmega16
tối đa .
 Tốc độ xử lí lệnh đến 8 MIPS ở 8 MHz nghĩa là 8 triệu lệnh trên giây.
 Bộ định thời gian thực (RTC) với bộ dao động và chế độ đếm tách biệt
 2 bộ Timer 8 bit và 1 bộ Timer 16 bit với chế độ so sánh và chia tần số
tách biệt và chế độ bắt mẫu.
 4 kênh điều chế độ rộng xung PWM.
 Có đến 13 interrupt ngoài và trong.
 Bộ so sánh Analog.
 Bộ lập trình Watch dog timer.
 6 chế độ ngủ : Idle, ADC Noise
Reduction, Power-save, Power-
down, Standby và Extended
Standby.
 Giao tiếp nối tiếp Master/Slave
SPI.

Hình 2.1-a- Sơ đồ chân Atmega16
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Hình 2.1-b- Sơ đồ chân Atmega16

 VCC: Điện áp nguồn nuôi.
 GND: Nối mass.
 PortA (PA7…PA0): PortA nhận vào tín hiệu Analog và chuyển đổi qua tín
hiệu Digital. Ngoài ra PortA có thể được tách ra làm vào ra 2 hướng 2 bit nếu bộ
chuyển đổi A/D không được sử dụng. Khi các chân PA0 đến PA7 là các lối vào và
được đặt xuống chế độ thấp từ bên ngoài, chúng sẽ là nguồn dòng nếu các điện trở
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
nối lên nguồn dương được kích hoạt. Các chân của Port A ở vào trạng thái có điện
trở cao khi tín hiệu Reset ở chế độ tích cực hoặc ngay cả khi không có tín hiệu xung
đồng hồ.
Port A cung cấp các đường địa chỉ/dữ liệu vào/ra hoạt động theo kiểu đa hợp kênh
khi dùng bộ nhớ SRAM ở bên ngoài.
 PortB,D : tương tự như PortA.
 PortC (PC7…PC0): tương tự như PortA. Nhưng nếu cho phép giao diện
JTAG, thì các chân PC5, PC3, PC2 sẽ hoạt động ngay cả khi reset lại tín hiệu.
 Reset: Lối vào đặt lại. Bộ vi điều khiển sẽ được đặt lại khi chân này ở chế
độ thấp trong hơn 50ns, các xung ngắn hơn không tạo ra tín hiệu đặt lại.
 XTAL1: Lối vào bộ khuếch đại đảo và lối vào mạch tạo xung nhịp bên trong.
 XTAL2: Lối ra bộ khuếch đại đảo : XTAL1 và XTAL2 lần lượt là lối vào và
lối ra của một bộ khuếch đại đảo. Bộ khuếch đại này được bố trí để làm bộ tạo dao
động trên chip. Một bộ tinh thể thạch anh hoặc một bộ cộng hưởng gốm có thể được
sử dụng. Để điều khiển bộ vi điều khiển từ một nguồn xung nhịp bên ngoài, chân

XTAL2 để trống, còn chân XTAL1 được nối với bộ dao động bên ngoài.
 AREF : Là chân chuyển đổi tín hiệu analog cho bộ chuyển đổi A/D.
 AVCC : Là chân nguồn cho Port A và cho bộ chuyển đổi A/D. Nó có thể tự
kết nối với nguồn chính ngay cả khi ADC không được sử dụng.
2.2.2. Kết luận chọn AVR
So với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, hơn cả
trong tính ứng dụng là dễ sử dụng và đặc biệt là về chức năng:
Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng
AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạch
anh).
Thiết bị lập trình cho mạch nạp AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần vài
điện trở là có thể làm được. một số AVR còn hỗ trợ lập trình on – chip bằng
bootloader không cần mạch nạp…
Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C.
Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trên internet.
Hầu hết các chip AVR có những tính năng vượt trội và đáp ứng được yeu cầu trong
đồ án về tính năng, yêu cầu và mức độ đơn giản khi sử dụng.
Đồ án tốt nghiệp

Điện tử - Viễn thông
Một số chip AVR thông dụng:
Trong đồ án này em đã sử dụng nhiều lại AVR khác nhau, tuy nhiên khi tới sản
phẩm cuối cùng đã dùng ATMEGA16 loại dán để đảm bảo kích thước cũng như
trọng lượng cho mạch đáp ứng được yêu cầu để ra.