Thiết kế mạch quảng cáo dùng vi điều khiển 8051

Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nhân loại đã trải qua nhiều cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật. Cùng
với sự tìm tòi sáng tạo giúp con người ngày có nhiều phát minh, sáng kiến tìm
ra những công cụ mới, con đường mới để chinh phục tự nhiên.
Do vậy, trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển
mạnh mẽ. Sự ra đời của các vi mạnh cỡ lớn, cực lớn với giá thành giảm
nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc
trong ngành kỹ thuật điện tử. Nhờ ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ
thuật và công nghệ làm cho nền công nghiệp thế giới đạt được những thành
tựu to lớn. Máy móc đã dần thay thế con người trong nhiều hoạt động lao
động sản xuất.
Lập trình vi điều khiển là phần việc không thể thiếu khi chế tạo máy
móc. Khi chế tạo một cỗ máy tự động, phần cơ khí tạo nên hình dáng còn
phần lập trình và mạch điện tử như một bộ não điều khiển những hoạt động
đó. Về cơ bản vi điều khiển chứa các phần tử hạt nhân là bộ vi xử lý và các
bộ phụ trợ như bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm/phát thời gian và
các cổng vào ra số, tất cả được tích trên một chip đơn thể và đóng gói trong
một vỏ hộp.
Ngày nay khi nhu cầu về thông tin quảng cáo rất lớn, việc áp dụng các
phương tiện kĩ thuật mới vào các lĩnh vực trên là rất cần thiết.
Khi bạn đến các nơi công cộng, bạn dễ dàng bắt gặp những áp phích
quảng cáo điện tử chạy theo các hướng khác nhau với nhiều hình ảnh và màu
sắc rất ấn tượng.
Từ yêu cầu của môn học và thực tiễn trên, nên tôi chọn đề tài:
“Thiết kế mạch quảng cáo dùng vi điều khiển 8051”.

§ång ThÞ H­êng

4

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

2. Mục đích nghiên cứu
Nắm được trình tự của một nghiên cứu khoa học.
Nắm các kiến thức cơ sở thiết kế mạch quảng cáo.
Tìm hiểu về một số linh kiện điện tử.
Tìm hiểu về vi điều khiển 8051.
Lắp ráp mạch quảng cáo.
3. Đối tượng nghiên cứu
Mạch quảng cáo dùng vi điều khiển 8051.
4. Phạm vi nghiên cứu
Thiết kế mạch quảng cáo dùng vi điều khiển 8051.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Mạch quảng cáo dùng vi điều khiển có khả năng ứng dụng thực tiễn rất
lớn, bởi quảng cáo đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong kinh doanh và
mọi lĩnh vực của cuộc sống. Nói tóm lại, thời đại hiện nay khả năng ứng dụng
của nó rất cao, quảng cáo bằng Led đã dần thay cho các tấm biển hiệu thông
thường không có sức lôi cuốn.
6. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
7. Kết cấu nội dung của đề tài

Từ các yêu cầu trên, tôi cấu trúc khóa luận làm 3 chương.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết.
1.1 Một số linh kiện điện tử dùng trong mạch.
1.2 Vi điều khiển 8051.
Chương 2: Thiết kế mạch quảng cáo dùng vi điều khiển 8051.
Chương 3: Thi công lắp ráp.

§ång ThÞ H­êng

5

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Một số linh kiện điện tử dùng trong mạch
1.1.1. Điốt Bán Dẫn
1.1.1.1. Tiếp giáp P - N và cấu tạo của điốt bán dẫn
Khi có hai chất bán dẫn là P - N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một
tiếp giáp P - N ta được một điốt, tiếp giáp P - N có đặc điểm tại bề mặt tiếp
xúc, điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp
vào các chỗ trống, tạo thành một lớp trung hòa về điện, lớp iôn này tạo thành
miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

Hình 1.1. Cấu tạo của Điốt

Hình 1.2. Kí hiệu và hình dáng của Điốt
1.1.1.2. Nguyên lý làm việc

§ång ThÞ H­êng

6

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Phân cực thuận cho Điốt:
Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anốt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm
(−) vào Katốt (vùng bán dẫn N), khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp
miền cách điện giảm bằng 0, điốt bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục tăng điện áp
nguồn thì dòng qua điốt tăng nhanh nhưng chênh lệnh điện áp giữa hai cực
của điốt không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6v).
Ur=0V
R1

Ud=0.6V
D1

+

DC

0.6V
-

Hình 1.3. Điốt phân cực thuận – khi Điốt dẫn điện áp thuận được gim ở mức
0.6V

Hình 1.4. Đường đặc tuyến của điện áp phân cực thuận qua Điốt
Kết luận:
Khi điốt (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận <
0.6v thì chưa có dòng đi qua điốt. Nếu điện áp phân cực đạt bằng 0.6V thì có
dòng đi qua điốt sau đó dòng điện qua điôt tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn
giữ 0.6V.
Phân cực ngược cho Điốt:
Khi phân ngược cho điốt tức là đưa cực (+) vào Katốt (bán dẫn N), cực
(−) vào Anốt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách

§ång ThÞ H­êng

7

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua khoảng 1000V thì điốt mới bị

đánh thủng.
1.1.1.3. Điốt phát quang (Led)
1.1.1.3.1. Công dụng
Led (Light Emitting Đioe) là điốt phát quang có khả năng phát ra ánh
sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, Led được cấu tạo từ
khối bán dẫn loại P được ghép với bán dẫn loại N.
Tương tự như bóng đèn tròn bình thường nhưng không có dây tóc ở
giữa, đèn Led tạo ra nhiều ánh sáng hơn, toả nhiệt ít hơn so với các thiết bị
chiếu sáng khác, nhỏ, gọn, bền, giá thành rẻ, màu sắc đa dạng là những ưu
điểm của Led.
Hiện nay có rất nhiều loại Led với đầy đủ các kích thước hình dạng và
màu sắc khác nhau, rất thích hợp để trang trí. Được chế tạo từ Polime, Led có
độ bền cao, dễ vận chuyển không lo bị vỡ, sáng hơn, tiết kiệm hơn, tuổi thọ
cao hơn.
1.1.1.3.2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
Cấu tạo:
Điốt phát quang cũng giống như các điốt khác được cấu tạo từ bán dẫn
loại p và bán dẫn loại N. Có hai điện cực: Anốt (A), Katốt (K).
A

p

N

A

K

K
_

+

Hình 1.5. Cấu tạo và ký hiệu điốt phát quang
Nguyên lý hoạt động:
Hoạt động của Led giống với nhiều loại điốt bán dẫn. Khối bán dẫn loại
P chứa nhiều lỗ trống do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn
loại N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động

§ång ThÞ H­êng

8

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

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 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 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 lại 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 (từ màu sắc của Led sẽ khác nhau). Mức năng lượng

(và màu sắc của Led) hoàn toàn phụ thuộc cấu trúc năng lượng của các
nguyên tử chất bán dẫn.
Tuỳ vào từng loại Led mà điện áp phân cực thuận khác nhau. Đối với
Led thường thì điện áp phân cực thuận khoảng 1.5 V đến 2.5V; còn đối với
Led siêu sáng thì điện áp phân cực thuận có thể lên tới 5V.
Khi Led hoạt động bình thường thì dòng từ 10 mA đến 20mA.
1.1.1.3.3. Thông số kĩ thuật
Điện áp an toàn của Led (UL)
Dòng điện (I)
Led đỏ = 1.7V
Led vàng = 2.1V
Led cam = 2.1V
Led xanh = 2.3V
Led trắng = 3.4V
Led đỏ độ sáng cao = 2V
Led đỏ siêu sáng = 2.2V đến 2.6V
Led trắng siêu sáng = 3.4V đến 4V

§ång ThÞ H­êng

9

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Led xanh sêu sáng = 3.5V đến 4V

Led vàng siêu sáng = 2.2V đến 2.5V
Để tính toán số Led và giá trị điện trở chúng ta có một số quy tắc sau:
U = điện áp nguồn
UL= Điện áp hoạt động của Led (điện áp của 1 Led)
Ur = Điện áp trên trở
I = Dòng làm việc của Led
N = Số Led
R = Giá trị điện trở phải mắc
Ta có công thức tính cho cách mắc nối tiếp điện trở R
R = (U – UL.N) / I
Có nghĩa là giá trị R mắc nối tiếp sẽ bằng giá trị nguồn trừ đi tổng điện
áp trên Led tất cả chia cho dòng điện qua Led.
1.1.1.3.4. Ứng dụng
Làm áp phích quảng cáo, những bảng hiệu đèn giao thông, làm đèn
trang trí…
1.1.2. Điện trở
1.1.2.1. Công dụng
Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện
của vật thể dẫn điện.
1.1.2.2. Phân loại và cấu tạo
Điện trở có các loại cơ bản: điện trở không dây quấn và điện trở dây
quấn, điện trở nhiệt.
+ Điện trở không dây quấn có hai loại: Trị số cố định
Trị số biến đổi (chiết áp)

§ång ThÞ H­êng

10

Líp K33 - Lý

Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Điện trở không dây quấn thường làm bằng hỗn hợp than hoặc kim loại
trộn với chất kết dính rồi đem ép lại, vỏ được phủ lớp sơn than hay hỗn hợp
kim loại trên một lõi sứ, hai đầu có dây ra.
+ Điện trở dây quấn có hai loại: Trị số cố định
Chiết áp dây quấn
Điện trở dây quấn có lõi bằng sứ và dây quấn là loại hợp kim có điện
trở lớn (nicron, mangnin …) hai đầu cũng có dây dẫn và bên ngoài thường
được bọc bằng một lớp bảo vệ.
+ Điện trở nhiệt có hai loại:
Hệ số nhiệt dương khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở tăng.
Hệ số nhiệt âm khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở giảm.
1.1.2.3. Các số liệu kĩ thuật của điện trở
+ Công suất định mức:
Công suất định mức là công suất tiêu hao trên điện trở mà nó có thể
chịu đựng được trong một thời gian dài, không bị quá nóng hoặc bị chảy, đứt.
Đơn vị đo là oát (w).
+ Trị số của điện trở:
Cho biết mức độ cản trở dòng điện của điện trở. Đơn vị đo là (Ω).
1.1.2.4. Cách đọc trị số điện trở
Qui ước giá trị các màu
Đen Nâu Đỏ

Cam

Vàng

Xanh Xanh
lá

0

1

2

§ång ThÞ H­êng

3

4

5

11

Tím

Xám Trắng

7

8

dương

6

9

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Sai số
Nhũ vàng

Nhũ bạc

Không màu

5%

15%

20%

Đối với các điện trở có giá trị được định nghĩa theo vạch màu thì chúng
ta có 3 loại điện trở: điện trở 4 vạch màu, điện trở 5 vạch màu, điện trở 6 vạch
màu.
Cách đọc giá trị các điện trở này thông thường cũng được phân làm 2
cách đọc, tuỳ theo các ký hiệu có trên điện trở. Dưới đây là cách đọc đối với
điện trở 4 vạch màu và 5 vạch màu.

Đối với điện trở 4 vạch màu:
− Vạch màu thứ nhất: chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
− Vạch màu thứ hai: chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
− Vạch màu thứ ba: chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân
với giá trị điện trở
− Vạch màu thứ 4: chỉ giá trị sai số của điện trở
Đối với điện trở 5 vạch màu:
− Vạch màu thứ nhất: chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở
− Vạch màu thứ hai: chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
− Vạch màu thứ ba: chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
− Vạch màu thứ 4: chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân
với giá trị điện trở
− Vạch màu thứ 5: chỉ giá trị sai số của điện trở
1.1.3. Tụ điện
1.1.3.1. Công dụng
Tụ điện có tác dụng ngăn cách dòng điện một chiều và cho dòng điện
xoay chiều đi qua.

§ång ThÞ H­êng

12

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

1.1.3.2. Cấu tạo và phân loại

Cấu tạo của tụ điện gồm 2 phiến dẫn điện có dây dẫn ra. Ở giữa 2
phiến là chất cách điện (điên môi), toàn bộ đặt trong vỏ bảo vệ.
Tụ điện có các loại khác nhau: tụ giấy, tụ mica, tụ gốm, tụ hoá…
Tụ hoá:

Hình 1.6. Cấu tạo và hình dạng tụ hóa
Tụ hoá là một loại tụ có phân cực. Dùng trong các mạch điện tử như bộ
lọc mạch nắn điện, nối tầng ở mạch tần số thấp.
Trên tụ hoá người ta thường ghi kèm giá trị điện áp cực đại mà tụ có
thể chịu được. Nếu trường hợp điện áp lớn hơn so với giá trị điện áp trên tụ
thì tụ sẽ bị phồng hoặc nổ tụ tuỳ thuộc vào giá trị điện áp cung cấp. Thông
thường, khi chọn các loại tụ hoá này người ta thường chọn các loại tụ có giá
trị điện áp lớn hơn các giá trị điện áp đi qua tụ để đảm bảo tụ hoạt động tốt và
đảm bảo tuổi thọ của tụ hoá.
Tụ gốm sứ cao tần:
Tụ này chịu điện áp cao, kích thước không lớn, được dùng trong các
mạch cao tần.
1.1.3.3. Các số liệu kĩ thuật của tụ điện
+ Trị số điện dung:
Cho biết khả năng tích lũy năng lượng điện trường của tụ điện khi có
điện áp đặt lên hai cực của tụ đó.
Kí hiệu là C. Đơn vị đo là fara (F).

§ång ThÞ H­êng

13

Líp K33 - Lý

Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

+ Điện áp định mức (Uđm) :
Là trị số điện áp lớn nhất cho phép đặt lên hai cực của tụ điện mà vẫn
đảm bảo an toàn, tụ không bị đánh thủng.
+ Dung kháng của tụ điện (XC) được tính theo công thức:
XC = 1/2πfC
Trong đó: f – tần số dòng điện xoay chiều qua tụ.
C – Điện dung (F).
1.1.4. Transistor lưỡng cực (BJT)
1.1.4.1. Cấu tạo của Transistor
Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối
tiếp giáp P − N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu
ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. Về phương diện cấu tạo
Transistor tương đương với hai điốt đấu ngược chiều nhau.

Hình 1.7. Cấu tạo Transistor
Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký
hiệu là B (Bazơ), lớp bán dẫn ở miền Bazơ rất mỏng và có nồng độ tạp chất
thấp.
Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra cực phát (Emitter) viết tắt là E,
và cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng
loại bán dẫn (loại N hay P) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác
nhau nên không hoán vị cho nhau được.

§ång ThÞ H­êng

14

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

1.1.4.2. Nguyên tắc hoạt động của Transistor
1.1.4.2.1. Transistor NPN
Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+)
nguồn vào cực C và (−) nguồn vào cực E.
Ta cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai
cực B và E, trong đó cực (+) vào chân B, cực (−) vào chân E.

Hình 1.8. Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt
động của transistor NPN
Khi công tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện
nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối CE ( lúc này dòng IC = 0 )
Khi công tắc đóng, mối P − N được phân cực thuận do đó có một dòng
điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE
về cực (−) tạo thành dòng IB.
Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối
CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC lớn gấp nhiều lần dòng IB.
Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc
theo một công thức.
IC = β.IB
Trong đó: IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor

§ång ThÞ H­êng

15

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua
mối tiếp giáp P − N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán
dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ
lớp bán dẫn N (cực E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P(cực B) lớn hơn
số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ
trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác
dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.
1.1.4.2.2. Transistor PNP
Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN
nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại. Dòng IC đi từ E
sang C còn dòng IB đi từ E sang B.
1.1.4.3. Ký hiệu và hình dạng của Transistor.
Hình dạng transisstor:

Hình 1.9. Transistor công suất nhỏ; Hình 1.10. transisstor công suất lớn
Ký hiệu:
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản
xuất nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung

Quốc.
Transistor Nhật bản: thường ký hiệu là A…, B…, C…, D… Ví dụ
A564, B733, C828, D1555 trong đó các Transistor ký hiệu là A và B là
Transistor thuận PNP còn kí hiệu là C và D là Transistor ngược NPN.

§ång ThÞ H­êng

16

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Các Transistor A và C thường có công xuất nhỏ và tần số làm việc cao còn
các Transistor B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn.
Transistor do Mỹ sản xuất: thường ký hiệu là 2N… ví dụ 2N3055,
2N4073 vv…
Transistor do Trung quốc sản xuất: bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai
chữ cái. Chữ cái thức nhất cho biết loại bóng : chữ A và B là bóng thuận , chữ
C và D là bóng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm: X và P là bóng âm tần,
A và G là bóng cao tần. Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm. Thí dụ: 3CP25,
3AP20 vv..
1.1.4.4. Cách xác định các chân B, C, E của Transistor
Với các loại Transistor công xuất nhỏ, thì thứ tự chân C và B tuỳ theo
bóng của nước nào sản xuất, nhưng chân E luôn ở bên trái nếu ta để
Transistor như hình dưới.

Hình 1.11. Transistor công suất nhỏ.
Nếu là Transistor do Nhật sản xuất: thí dụ Transistor C828, A564 thì
chân C ở giữa, chân B ở bên phải.
Nếu là Transistor Trung quốc sản xuất thì chân B ở giữa, chân C ở bên
phải.
Với loại Transistor công xuất lớn (như hình dưới ) thì hầu hết đều có
chung thứ tự chân là : bên trái là cực B, ở giữa là cực C và bên phải là cực E.

§ång ThÞ H­êng

17

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Hình 1.12. Transistor công xuất lớn thường có thứ tự chân như trên.
Đo xác định chân B và C :
Với Transistor công xuất nhỏ thì thông thường chân E ở
bên trái như vậy ta chỉ xác định chân B và suy ra chân C là chân còn
lại.
Để đồng hồ thang x1Ω, đặt cố định một que đo vào từng
chân, que kia chuyển sang hai chân còn lại, nếu kim lên bằng nhau
thì chân có que đặt cố định là chân B, nếu que đồng hồ cố định là que
đen thì là Transistor ngược, là que đỏ thì là Transistor thuận.
1.1.5. IC Ổn áp 7805
Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao,

nên IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.
Các loại ổn áp được sử dụng là 78xx, với xx là điện áp. Ví dụ 7805 ổ áp 5V,
7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx là tương tự nhau, dưới đây
là minh họa cho IC ổn áp 7805 ta sử dụng trong mạch.

Chân số 1 là chân IN
Chân số 2 là chân GND
Chân số 3 là chân OUT

Hình 1.13. Hình dạng IC ổn áp 7805.

§ång ThÞ H­êng

18

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Hình 1.14. Sơ đồ khối của ổn áp 7805.
Ngõ OUT luôn ổ định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi.
Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V. Nếu
nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động
ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi.
1.1.6. IC đệm 74HC245.
IC đệm 74HC245 là thiết bị CMOS có tốc độ cao.
1.1.6.1. Sơ đồ khối

Hình 1.15. Sơ đồ khối của IC đệm 74HC245.

§ång ThÞ H­êng

19

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

1.1.6.2. Sơ đồ bố trí chân của IC đệm 74HC245

Hình 1.16. Sơ đồ bố trí chân của IC đệm 74HC245
1.1.6.3. Bảng chức năng các chân của IC đệm 74HC245
Kí hiệu

Số chân

DIR

1

Điều khiển phương hướng

A0

2

Dữ liệu vào/ra

A1

3

Dữ liệu vào/ra

A2

4

Dữ liệu vào/ra

A3

5

Dữ liệu vào/ra

A4

6

Dữ liệu vào/ra

A5

7

Dữ liệu vào/ra

A6

8

Dữ liệu vào/ra

A7

9

Dữ liệu vào/ra

GND

10

Nối đất

B7

11

Dữ liệu vào/ra

B6

12

Dữ liệu vào/ra

B5

13

Dữ liệu vào/ra

B4

14

Dữ liệu vào/raChức năng

§ång ThÞ H­êng

Chức năng

20

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Ký hiêu

Số chân

Chức năng

B3

15

Dữ liệu vào/ra

B2

16

Dữ liệu vào/ra

B1

17

Dữ liệu vào/ra

B0

18

Dữ liệu vào/ra

OE

19

Cho phép vào ra

VCC

20

Cung cấp điện áp

1.2. Vi điều khiển 8051
1.2.1. Khái niệm
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường
được điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống
bao gồm một vi sử lí có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ
vi sử lí đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ
nhớ, các môđun vào/ra, các môđun biến đổi số sang tượng tự và tương tự sang
số… Ở máy tính thì các môđun thường được xây dựng bởi các chip và mạch
ngoài.
Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng, nó
xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi
sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây truyền tự động…
Hầu hết các vi điều khiển ngày nay được xây dựng dựa trên kiến trúc
Harvard, kiến trúc này định nghĩa bốn thành phần cần thiết của hệ thống
nhúng, những thành phần này là lõi của CPU, bộ nhớ chương trình (thông
thường là ROM (hoặc bộ nhớ Flash), bộ nhớ dữ liệu (RAM), một hoặc vài bộ
định thời và các cổng vào/ra để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và các môi
trường bên ngoài - tất cả các khối này được thiết kế trong một vi mạch tích
hợp.

§ång ThÞ H­êng

21

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Vi điều khiển khác với các vi sử lí đa năng ở chỗ là nó có thể hoạt động
chỉ với vi mạch hỗ trợ bên ngoài.
Có các loại vi điều khiển: vi điều khiển 8051; vi điều khiển AVR; vi
điều khiển MCUS của Philips.
Nhưng ở đây ta nghiên cứu bộ vi điều khiển 8051(vào năm 1981 hãng
Intel giới thiệu một bộ vi điều khiển được gọi là 8051). Bộ vi điều khiển này
có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chip, hai bộ định thời, một cổng nối
tiếp và 4 cổng(đều rộng 8 bit) vào ra tất cả được đặt trên một chip. Lúc ấy nó
được coi là một “hệ thống trên chip”. 8051 là bộ vi xử lý 8 bit có nghĩa là
CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu tại một thời điểm. Dữ liệu lớn hơn 8
bit được chia ra thành các dữ liệu 8 bit để xử lý. 8051 có tất cả 4 cổng vào - ra
I/O mỗi cổng rộng 8 bit. Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên đầu tiên của họ
8051. Hãng Intel ký hiệu nó như là MCS51.
Bảng trình bày các đặc tính của 8051
Đặc tính

§ång ThÞ H­êng

Số lượng

ROM trên chíp

4K byte

RAM

128 byte

Bộ định thời

2

Các chân vào – ra

32

Cổng nối tiếp

1

Nguồn ngắt

6

22

Líp K33 - Lý

Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

1.2.2. Sơ đồ khối

Hình 1.17. Sơ đồ khối của chip 8051
Interrupt control: điều khiển
Other registers: các thanh ghi khác
128 byte RAM: RAM 128 byte
Time 2, 1, 0: bộ định thời 2, 1, 0
CPU: đơn vị điều khiển trung tâm
Ossilator: mạch dao động
Bus control: điều khiển bus
I/O port: các port xuất/nhập
Serial port: port nối tiếp
Address/data: địa chỉ/dữ liệu

§ång ThÞ H­êng

23

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

1.2.3. Mô tả chân của 8051
1.2.3.1. Sơ đồ chân của 8051

Hình 1.18. Sơ đồ bố trí chân của 8051
Hình 1.18. Sơ đồ bố trí chân của 8051, ta thấy rằng trong 40 chân thì có
32 chân dùng cho các cổng P0, P1, P2 và P3 với mỗi cổng có 8 chân, các chân
còn lại được dành cho nguồn VCC, đất GND, các chân dao động XTAL1 và
XTAL2 tái hợp RST cho phép chốt địa chỉ ALE truy cập được chỉ ngoài EA
cho phép cất chương trình PSEN. Trong 8 chân này thì 6 chân VCC, GND,
XTAL1, XTAL2 và EA được các họ 8031 và 8051 sử dụng. Hay nói cách
khác là chúng phải được nối để hệ thống làm việc mà không biết bộ vi điều
khiển thuộc họ 8051 hay 8031. Còn 2 chân khác là RSEN và ALE được sử
dụng chủ yếu trong các hệ thống dựa trên 8031.

§ång ThÞ H­êng

24

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

1.2.3.2. Chức năng của các chân.
– Chân VCC:
Chân số 40 là chân Vcc cấp điện áp nguồn cho chip, nguồn điện áp là
+5V
– Chân GND:

Chân số 20 là chân GND (là chân nối đất).
Bốn cổng P0, P1, P2 và p3 đều sử dụng 8 chân và tạo thành cổng 8 bit. Tất cả
các cổng khi RESET đều được cấu hình như các đầu ra. Muốn sử dụng cổng
nào trong số các cổng này làm đầu vào thì nó phải được lập trình.
– Cổng P0 (port 0):
Cổng p0 chiếm tất cả 8 chân (từ chân 32 đến chân 39). Nó có thể được
dùng như một cổng đầu ra, để sử dụng các chân của cổng p0 vừa làm đầu ra,
vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải được nối tới một điện trở kéo bên ngoài
10KΩ. Điều này là do một thực tế cổng P0 là một màng mở khác với cổng
P1, P2 và P3. Khái niệm màng hở được sử dụng trong các chip MOS về
chừng mực nào đó giống như Cô-lec-tơ hở đối với các chip TTL. Trong bất kì
hệ thống nào sử dụng 8751, 89C51 hoặc DS5000 ta thường nối cổng P0 với
các điện trở kéo.
Xem cổng bảng P0 với các điện trở kéo

Hình 1.19. Cổng P0 với các điện trở kéo

§ång ThÞ H­êng

25

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Cổng P0 đầu vào: với các điện trở được nối tới cổng P0 nhằm để tạo nó
thành cổng đầu vào thì nó phải được lập trình bằng cách ghi 1 tới tất cả các

bit.
Vai trò kép của cổng P0: như trên sơ đồ bố trí chân của 8051. Cổng P0
được gán AD0 − AD7 cho phép nó được sử dụng vừa cho địa chỉ, vừa cho dữ
liệu. Khi nối 8051/31 tới bộ nhớ ngoài thì cổng p0 cung cấp cả địa chỉ và dữ
liệu 8051 dồn dữ liệu và địa chỉ và qua cổng P0 để tiếp kiệm số chân. ALE
báo đến P0 có địa chỉ hay dữ liệu khi ALE – 0 nó cấp dữ liệu D0 − D7.
– Cổng P1 (port 1):
Cổng P1 cũng chiếm tất cả 8 chân (từ chân 1 đến chân 8) nó có thể
được sử dụng như đầu vào hay đầu ra. So với cổng P0 thì cổng này không cần
đến điện trở kéo vì nó đã có điện trở kéo bên trong. Trong quá trình tái lập thì
cổng P1 được cấu hình như một cổng đầu ra.
Cổng p1 như đầu vào: để biến cổng P1 thành đầu vào thì nó phải được
lập trình bằng cách ghi 1 đến tất cả các bít của nó.
– Cổng P2 (port 2):
Cổng P2 cũng chiếm 8 chân (các chân từ 21 đến 28). Nó có thể được sử
dụng như đầu vào hoặc đầu ra giống như cổng P1, cổng P2 cũng không cần
điện trở kéo vì nó đã có điện trở kéo bên trong. Khi tái lập, thì cổng P2 được
cấu hình như một cổng đầu ra.
Cổng P2 như đầu vào: thì nó phải được lập trình bằng cách ghi các số 1
tới tất cả các chân của nó.
Vai trò kép của p2: như trên hình 1.18 cổng p2 cũng được chỉ định
như là A8 − A15 báo chức năng kép của nó. P2 cung cấp các bit địa chỉ A8 −
A15.

§ång ThÞ H­êng

26

Líp K33 - Lý

Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

– Cổng P3 (port 3):
Cổng P3 chiếm tổng cộng là 8 chân từ chân 10 đến chân 17. Nó có thể
sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra. Mặc dù cổng P3 được cấu hình như một
đầu ra khi tái lập, nhưng đây không phải là cách nó được dùng phổ biến nhất,
cổng p3 có chức năng bổ sung là cung cấp một số tín hiệu quan trọng đặc biệt
chẳng hạn như cách ngắt.
Bảng các chức năng khác của cổng p3 và chân p1.0, p1.1 của port 1.
Bit
P3.0

Tên
RXD

Địa chỉ bit
B0H

Chức năng
Chân nhận dữ liệu của port
nối tiếp

P3.1

TXD

B1H

Chân phát dữ liệu của port
nối tiếp

P3.2

INT 0

B2H

Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3

INT1

B3H

Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4

T0

B4H

Ngõ vào của bộ định
thời/đếm 0

P3.5

T1

B5H

Ngõ vào của bộ định
thời/đếm 1

P3.6

WR

B6H

Điều khiển ghi bộ nhớ dữ
liệu ngoài

P3.7

RD

B7H

Điều khiển đọc bộ nhớ dữ
liệu ngoài

P1.0

T2

90H

Ngõ vào của bộ định
thời/đếm 2

P1.1

T2EX

91H

Nạp lại/thu nhận của bộ
định thời 2

§ång ThÞ H­êng

27

Líp K33 - Lý


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

– Các chân XTAL1 và XTAL2:
Mạch dao động bên trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài
ở hai chân XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và 19). Các tụ ổn định cũng được yêu
cầu như trên hình 1.20. Tần số định danh của thạch anh là 12MHz.
– Chân RESET(RST):

Chân số 9 là chân tái lập RESET. Nó là một đầu vào có mức tích cực
cao (bình thường ở mức thấp). Khi cấp xung cao đến chân này thì bộ vi điều
khiển sẽ tái lập và kết thúc mọi hoạt động. Điều này thường được coi như là
sự tái bật nguồn. Khi kích hoạt tái bật nguồn sẽ làm mất mọi giá trị trên thanh
ghi. Bảng cung cấp một cách liệt kê các thanh ghi của 8051 và các giá trị của
chúng sau khi tái bật nguồn.
Bảng giá trị một số thanh ghi sau RESET
Registrer

Reset Value

PC

0000

ACC

0000

B

0000

PSW

0000

SP

0007

DPTR

0000

– Chân truy xuất ngoài AE
Ngõ vào này (chân 31) có thể được nối với 5V lôgic hoặc nối với GND
(logic). Nếu chân này nối lên 5V, 8051 thực thi chương trình trong ROM nội.
Nếu chân này nối với GND (và chân PSEN cũng ở lôgic 0), chương trình
được thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài. Nếu chân AE ở lôgic 0 đối với 8051,
ROM nội bên trong chip được vô hiệu hóa và chương trình cần thực thi chứa
ở EPROM bên ngoài.

§ång ThÞ H­êng

28

Líp K33 - Lý