Thiết kế và ứng dụng mạch quang báo dùng vi điều khiển

MỤC
LỜILỤC
NÓI ĐÂU
Năm 1971 với sự ra đời của Vi xử lý (Microprocessor)- bộ phận xử lý trung
Phần
Ý tưỏng
đíchdấu
thiếtbước
kế phát triển vượt bậc của cuộc cách mạng
tâm đế1:xử
lý lệnh, mục
đã đánh
1/ Ý tưởng thiếtkhoa
kế học kỹ thuật hiên đại. Ban đầu vi xử lý với 4 bit dữ liệu sau đó đã
2/ Mục đích thiết
kếtriển thành 8 bit(8080,8085,8088),16
phát
bit(8086,80286),
32
Phần
2:
Thiết
kế
mạch
bit(80386,80486) và 64 bit(80586) ...
Chương
Cácphát
khối triển
và chức
năng
khối vi xử lý người ta đã chế tạo được các máy

Trên cơ1:sở
của
kỹcác
thuật
1.1/ Sơ đồ các vi
khối
trong
mạch
tính cá nhân ,các thệ hệ máy vi tính với công nghệ cao theo đó được phát
1.2/Chức năng minh
nhiệmđãvụtạo
các ra
khối
sự bùng nổ thông tin vì máy tính đã xâm nhập vào hầu hết
Chưong
2:
Co’
sỏ’ hoc
lý thuyết
thiếttruyền
kế mạch
các lĩnh vực khoa
kỹ thuật,
thông với mạng toàn cầu và đời sống
2.1/ Sự lưu ảnhxãcủa
mắt
hội.
2.2/
về ma trận led 8x8. là một vi mạch tích hợp lớn có kích thước
Vi Giới

điều thiệu
khiển(Microcontroller)
2.3/
Giới nhỏ( thiệu
rộng cỡ về
2cm,dàiIC89C51
từ 3-8 cm,với số chân từ 18,28,40,48,64). Vi điều
2.4/
Bộ
ghi
dịch
(IC74HC164).
khiển có khả năng
như một máy vi tính , nhưng có ưu điểm đặc biệt về kích
2.5/ Giới thiệu thước
về các rất
IC đệm
nhỏ dòng.
nên đã xâm nhập sâu hơn vào các thiết bị đo lường , điều
2.5.1/ Transistor
C2383.
khiển tự động hoá và đặc biệt vào các thiết bị của đời sống hàng ngày như
/đồng
IC 74HC245
hồ thời gian , đồng hồ báo giờ , đầu máy ghi âm và phát âm hay phát
/hình
IC ULN28Ọ3.
...một ứng dụng của vi điêù khiển mà chúng em muốn đề cập tới đó là
Chương
Thiết

sơ đồquảng
nguyêncáo
lý của
quang
báo.
các bảng3:đèn
, ápkếphích
hay mạch
là bảng
quang
báo với kỹ thuât lập
3.1/ Khối nguồn.
trình đa dạng cho vi điều khiển ta có những bảng quang báo đáp ứng nhu cầu
3.2/ Khối điều thẩm
khiểnmỹ
và đệm
dòng.tin quảng cáo trong thời đại công nghiệp hiện nay...
và thông
3.3/
Khối
cột và và
Sau thời
gian quét
tìm hiếu
học hiển
tập vớithịmôn học Kỹ thuật Vi Xử Lý chúng em
Chuơng
4:
Thiết
kế

sơ
đồ
board.
được giao nhiệm vụ làm đồ
án môn học với đề tài:
4.1/ Sơ đồ board
khối
điềukhiển
và
đệm
dòng.
“ Thiết kế và ứng dụng mạch quang báo dùng vi điều khiến”
4.2/
đồ board
ghi và
dịch hướng
.
DướiSơ sự
giảngkhối
dạy
dẫn của thày giáo Đặng Văn Khanh đến nay
Chương 5: Chương
trình
điều
khiển.
chúng em đã hoàn thành đề tài được giao .Rất mong được sự ủng hộ của quý
5.1/ Lưu đồ thuật
thàytoán.
cô và các bạn.
5.1.1/

Lưu
đồgiải
thuật
Chúng em xin chân thành
cám lập
ơn! trình cho vi điều khiến AT89C51.
5.1.2/ Lun đồ thuật toán điều khiển từ xa.
5.2/ Mã nguồn chương trình điều khiến.
Hưng Yên ngày...tháng...năm 2008


Nhận xét của giáo viên hưóng dẫn


Hưng Yên, ngày .... Thảng
Chữ ký của GVHD:

năm 2008

ĐÊ TÀI: THIẾT KÉ VÀ ỨNG DỤNG MẠCH QUÁNG BẢO DÙNG VI ĐIÊU

KHIỂN


Hai sử dụng bộ ghi dịch 74164 tạo bit dịch để xuất mã quét cột của ma
trận led.Trong phương án này có ưu điểm hơn phương án 1 là không hạn
chế số cột cần được quét của ma trân led ,ví dụ có n led ma trận cần n
IC74164 quét được 8.n cột,trong khi nếu ta dùng phương án 1 thì chỉ quét
được 8 ma trận led tương ứng với 64 cột. Nhưng có hạn chế là nêu dùng
IC 74164 để quét cột thì chi phí cho mạch sẽ đăt hơn, Neu mạch quang

báo của ta sử dụng nhỏ hơn hoặc bằng 8 ma trận led thì sử dụng phương
án 1 là tối ưu,
Chúng em đã chọn phương án dùng IC74164 tạo bit dịch để xuất mã quét
led . Nội dung hiến thị là dòng chữ:
2/ Mục đích thiết kế
- Phát huy những thành quả ứng dụng của kỹ thuật vi điều khiển tạo ra
những sản phẩm có tính ứng dụng cao vào đời sống xã hội đang phát
triển không ngừng.
- Việc thực hiện đề tài giúp chúng em rèn luyện kỹ năng thực hành tiếp
cận với thực tế và đây cũng là cơ hội đế kiểm chứng nhứng kiến thức
đã được học.

Phần 2: Thiết kế mạch
Chưong 1: Các khối và chức năng các khối
1.1/ Sơ đồ các khối trong mạch:
BẢNG MA TRẬN LED
(KHỐI HIỂN THỊ)

KHỐI ĐỆM DỮLIỆƯ
KHỐI
NGUỒN
KHỐI ĐIỀU KHIỂN

1.2/ Chức năng và nhiệm vụ các khối:
1.2.1/ Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp năng lượng hoạt động cho các
khối điều khiển, khối đệm dữ liệu và bảng ma trận led. Nguồn cung cấp cho
toàn mạch quang báo là nguồn một chiều có độ lớn 5V.


1.2.2/ Khối điều khiển: có vai trò quan trọng đối với sự hoạt động của mạch

quang báo, chương trình hiển thị thông tin trên bảng ma trận led do khối
điều khiến đảm nhận thực hiện thông qua IC89C51.
1.2.3/ Khối đệm dữ liệu: tín hiệu điều khiền được xuất ra từ khối điều khiển
sẽ được đưa tới khối đệm dữ liệu đế khuêch đại tín hiệu điều khiển qua các
IC đệm dòng đảm bảo đủ dòng của tín hiệu điều khiển cho bảng ma trận led.
1.2.4/ Khối hiển thị: Là bảng ma trận led có kích thước(16 hàng X 64 cột) có
nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu điều khiển hiển thi nội dung thông tin mà người
dùng muốn hiển thị, nội dung đó đã được lập trình bằng phần mềm ở khối
điều khiến.
Chương 2: Co’ sở lý thuyết thiết kế mạch
2.1/ sự lưu ảnh của mắt:
Mắt người có khả năng lưu hình ảnh vừa quan sát trong khoảng thời gian
0,1 s, nghĩa là khi quan sát hình ảnh mới thì hình ảnh cũ trước đó vẫn tồn tại
trong khoảng 0,ls được lưu trên võng mạc nên trong kỹ thuật trình chiếu
phim ảnh các nhà kỹ thuật đã lợi dụng đặc điểm của mắt sử dụng phát 24
hinh/s để tạo cảm giác những hình ảnh đó là liên tục mà thực chất đó chỉ là
những hình ảnh rời rạc được phát với tốc độ 24 hình/s .
Khi thiết kế bảng quang báo người ta cũng lợi dụng khả năng lưu ảnh và sự
phân giải của mắt đế tạo ra những bảng quang báo có kích thước khác nhau
phù hợp với mục đích sử dụng và tính toán sao cho mắt người quan sat được
sắc nét nhất. Trong bảng quang báo sử led ma trận ta phải tính toán thời gian
quét led hợp lý để khi xuất dữ liệu hiển thị mắt người quan sát được hình
ảnh trôi qua là liên tục.
2.2/ Giói thiệu về ma trận led cố’ 8x8:

Hình

ảnh
thực tế:

Đèn led kiểu ma trận hay ma trận gồm nhiều diot phát quang(LED)
Được mắc theo kiểu ma trận theo hàng và cột như hình vẽ:


Ạ +5V

Các đường dây hàng được mắc với các bit của một cống và các đường dây
cột được mắc với các bit của một cổng khác.


- Một diot sẽ phát sáng khi có đồng thời hai tín hiệu:
tín hiệu
trênchỉ
đường
mắcmột
với anot
Với việc hiển thị +chữ
“T” dương
trên ta
cầndây
sửhàng
dụng
ma của
trậndiot.
led 8x8 do đó
chúng +
ta tín
cóhiệu
thể âm
sử trên

dụngđường
trực dây
tiếpcột
cácmắc
bít với
củakatot
cổngcủavidiot.
điều khiển AT89C51
Các diot củaĐốimavớitrận
sángbáolần
kiểu
quét
theo
và
một diot
bảng sẽ
quang
thì lượt
cần cótheo
nhiều
hàng,
nhiều
cột.từng
Một hàng
trong các
tùng để
cột. điều
Vì thời
gian
quétcộtcả khi

ma số
trậncộttheo
hàng
đối
cách
khiến
quét
cầncácquét
là và
lớncác
và cột
số tương
cống của
ngắn trên không
24h/s nên
thấytacác
sáng đồng
và 74HC164
cho một
AT89C51
đáp mắt
ứngtađủquan
thì sát
chúng
có diot
thể dùng
bộ ghithời
dịch
bứcđiều
tranh

sángquét
của cả
maKhi
trậnđó
8x8
để
khiển
cột.
tíndiot.
hiệu quét hàng được lấy ra từ các cổng của
Muốn điều khiến
một
ma
trận
diot
hiển
thị
một
số
hay
phải:tra sử dụng trong bảng
vi điều khiển(tùy thuộc vào số hàngmột
ledchữ,
matatrận
- báo
Xây mà
dựng
sángTín
theo
hình

chữcộthay
hìnhlấysốtừđóđầu
theo
quang
cầncác
đếnđiểm
1,2 (hay
hoặc diot)
3 cổng).
hiệu
quét
được
ra
ma
trận
gồm
các
hàng
và
các
cột.
Mỗi
chữ
số
hay
mỗi
ký
tự
chiếm
của bộ ghi dịch 74HC164.

ma trận.
có chuỗi
cho người
một con
hay chuỗi
tự
Tín hiệu quét cột một
sẽ dịch
theoNeu
từng
xung chữ
clocksố do
lập sốtrình
tạo ra.ký Cứ
có xung
nhiều thì
ma một
trận led
hay bảng
liệu.vào thời điểm mỗi cột
sau mỗiphải
một
cột ghép
đượclạidịch,
đồngdữthời
tạo bảng
dữ liệu theo
các ứng
bit tương
vớiđưa

diot ra
sáng.
được- dịch
thì dữ
cần các
hiểnhàng
thị với
tương
cũngứng
được
hàng. Như
trình
đế: báo thì xung dịch và dữ liệu phải được xuất đồng
vậy -đế Viết
hiểnchương
thị được
thông
+ Đọc bảng giá trị của một hàng để đưa dữ liệu 1 ra một bit của cổng
bộ.
với đường
đó vào
các anot
diotchữ:
mắc với đường dây hàng.
Theo ví dụ hiểnmắc
thị chữ
“T” trêndây
thìhàng
cần xuất
ra cổng

PO của
các mã
+
Đưa
tín
hiệu
0
ra
các
bit
của
cổng
mắc
đường dây cột, nếu anot nào
18h,08h,08h,0f8h,08h,08h, 18h,00h. ^
có tín
sẽ sáng.
+Bước 1: xuất
mãhiệu
18h1 diot
ra đó
cống
PO đồng thời cột 1 của ma trận led được tích
+
Tiếp
tục
quét
các
rồi đưa tín hiệu 0 ra các cột, cho tới khi các
cực nhờ có xung clock va bộ hàng

ghi dịch.
hàng được quét xong.
Ví
dụ
ta
muốn
hiến 8:thịxuất
chữmã“T”18htrênra ma
các cột
diot8 trên
8
Tương tự đến bước
cổngtrận.
PO Khi
đồngđó thời
đượccột,
tíchcộtcực.
và hàng
sáng.
nhưmô
vậytảthì
cácbảng:
bit thuộc cổng PO và P1 đều ở mức 1
Quá
trình8tạo
bảngMuốn
mã được
trong
như vậy thì toàn diot trong ma trận led sẽ sáng. Như vậy ta không thể điều
khiển ma trận led bằng cách hiển thị tĩnh mà phải dùng cách hiển thị động,

đó là phương pháp quét led nghĩa là cấp tín hiệu điều khiến theo dạng xung
quét cho các hàng và các cột cần được hiển thị.
Giả sử thời gian quét từ cột 1 đến cột 8 là một chu kỳ và để đảm bảo cho mắt
quan sát các led sáng đều và không bị nhấp nháy thì tần số quét nhỏ nhất cho
một chu kỳ là 50 hz.
Để hiển thị chữ “T” ta có thể mô tả được các bước quét trong một chu kỳ
như sau:
Led hàng 4, hàng 5 cột 1 sáng
1: 08h P0.3=l,
18h
08h f8h 08hP0.4=1,P1.0=1
08h 08h OOh
Led hàng 4 cột 2 sáng
+ Bước 2: P0 3=1, P1 1=1
Led giây
hàng cho
4 cột
sángnên
+
Bước
3:
P0.3=l,
P1.2=l
Quá trình quét led xảy ra rất nhanh(tính bằng micro
mỗi 3 cột)
+ Bước
4: P0.3=1;P0.4=1;P0.5=1
mắt
có cảm
giác các ĩed đồng thời được sáng. led hàng 4, 5,6,7,8 cột 4 sáng

+

Bước

Gọi t là thời P0.6=1;P0.7=1;P
gian cho một xung1.3=1
dịch:
+
Bước
5:
P0.3=l;
p
1.4=1
+
Bước
6:
P0.3=1;P1.5=1
+ Bước 7: P0.3=1;P0.4=1; p 1.6=1
+ Bước 8: quay trở lại bước 1.

led hàng 4 cột 5 sáng
led hàng 4 cột 6 sáng
led hàng 4,5 cột 7 sáng


0

ĩ
40
39

2
3
38
4
37
5
36
+ cổng PO: trao35
đổi tin vềTdữ liệu (DO- D7) hay khi có bộ nhớ ngoài mở
6
rộng, trao đổi tin 34
về địa chỉ thấp (A0-A7) (cùng với tín hiệu chốt địa chỉ
7
ALE đưa qua vi mạch chốt) và dữ liệu song song D7-D0
8
33
+ cổng P2: trao đổi tin về dữ liệu (D0-D7) hay địa chỉ cao(A8-A15) khi
9
32
RST—
có bộ nhớ ngoài mở rộng.
t
(RxD) P5.0-- 10
31
^ tin về dữ liệu song song D7-D0.
+ cổng P1: trao đổi
(TxD)
P3.1---ALE(/PROG)
íỉ cho- cột
Với tần

số quét
là 50
Hz. đổi 30
Cổng
trao
tin nối tiếp : dùng trao đổi tin nối tiếp nhận vào từ chân
(INTO)
P3.2—
12
Như vậy thời gianRXD
để và
dịch
xungtới clock
là: t= 1/50 Hz = 0,02s = 20 ms.
đưa một
ra29
truyền
chân TXD.
( I N H ) P3.3- 13Quá- trình
28
quét
cột
như
vậy
xảy
ra
rất
nhanh tính bằng
mỗi
đó

Khối định thời gian bộ đếm Timer/Counter
0,1 vàms2:cho
dùng
để cột
địnhdothời
(TO) P3.4- 14mắt ta có
27
cảm
ledngoài
đượcvào
sángcác
đồng
gian
và giác
đếmcác
xung
chânthời.
T0,T1,T2.
01) P3.5-15
26
2.3/ Giới -thiệu
về vi
điều
khiển
AT89C51:
Khối
điều
khiển
ngắt
chương trình: dùng để ngắt chương trình khi có

(Àvi)
P3.616
25
đếm
tràn
hay
có
xung
ngoại.
-P2
4
Vi điều khiển 8051 được chế tạo theo cấu (A12)
trúc của một hệ vi tính gồm các
( R d ) P5.7-- 17khối cóNhư
24 -P2.3
VDK(All)
nói chung và VDK 8051 là một hệ vi xử lý
sơ đồvậy,
sau:vi mạch
XTAL2-- 18
bao gồm các 23khối CPU, bộ nhớ (RAM,ROM), cống vào ra(song
XTAL1-- 19 External
song,nối tiếp),22bộ định thời gian, đếm và điều khiển ngắt chương
GND - 20 Interrupts
trình.
21
Vi điều khiển 8051 là vi mạch tích hợp mật độ lớn có 40 chân . Sơ đồ chân
của chúng như hình 1 -1:
P10 P1.1-P1.2-P1.3-P1.4-P1.5-VI.6PỈ.7-

-

Bộ xử lý trung tâm CPU (Central Processor Unit): dùng để điều khiển
toàn vi mạch trong việc thực hiện lệnh và xử lý số học , logic.
Bộ nhớ RAM bên trong: (128 byte cho 8051) dùng làm các thanh ghi
thông dụng, đặc biệt SFR và xử lý bít đế ghi nhớ dữ liệu cho chương
trình.
Các cống trao đổi tin vào ra dữ liệu va địa chỉ P0 - P2: dùng trao đổi
tin song song về địa chỉ và dữ liệu (D0- D7) như sau:


số 40 chân trên chia thành các nhóm: nguồn nuôi, điều khiển ,các tin hiệu
địa chỉ, dữ liệu.
1/
Nhóm
chân
nguồn
nuôi
+ Nguồn nuôi 5V (chân số 40)
+ Nối đất (chân số 20): đế nuôi vi mạch.
2/ Nhóm chân điều khiển: Nhóm này còn phân biệt các tin hiệu vào ra.
a/ Nhóm tín hiệu vào điều khiển
+ XTAL1 (chân số 18) và XTAL2 (chân số 19): nối tinh thể thạch anh cho
máy phát xung nhịp chu trình.
+ RST (RESET):(chân số 9) nối chuyển mạch để xóa về trạng thái ban đầu
hay khởi động lại.
+ /EA/CPP:(chân số 31) chọn nhớ ngoài (nối đất) hay nhớ trong (nối nguồn
nuôi 5V).
+
T2

hay
P1.0:(chân
số
l)tín
hiệu
vào
đếm
cho
Timer2/Counter2
+ T2EX:(chân số 2) tín hiệu vào ngắt ngoài
+ /INTO hay P3.2:(chân số 12) tín hiệu vào gây ngắt ngoài 0 cho vi điều
khiển 8051.
+ /INT1 hay P3.3:(chân số 13) tín hiệu vào gây ngắt ngoài lcho vi điều
khiển 8051.
+T0 hay P3.4:(chân số 14) tín hiêu vào đếm cho TimerO/CounterO.
+ TI hay P3.5:(chân số 15) tín hiệu vào đếm cho Timerl/Counterl
b/ Nhóm tín hiệu ra điều khiên
+ ALE//PROG:(chân số 30) dùng để đưa tín hiệu chốt địa chỉ (ALE) khi có
nhớ ngoài hay điều khiển ghi chương trình /PROG.
+ /PSEN :(chân số 29) dùng đế đưa tín hiệu điều khiến đọc bộ nhớ chương
trình ROM ngoài.
+ /WR hay P3.6(chân số 16) để đưa tín hiệu ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài.
+/RD hay P3.6:(chân số 17) để đưa tín hiệu đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài,
c/ Nhóm các tín hiệu địa chỉ ,dữ liệu.
+ Cổng vào ra địa chỉ/ dữ liệu P0 hay P0.0- P0.7:(chân số 39 - 32) dùng để
trao đổi tin về dữ liệu (D0 - D7) vào /ra song song hoặc đưa ra các địa chỉ
thấp (A0 - A7) theo chế độ dồn kênh (kết hợp với tín hiệu chốt địa chỉ
ALE).
+ Cổng vào ra địa chỉ/dữ liệu P2 hay P2.0 - P2.7 :(chân số 21 - 28) dùng để
trao đối tin song song về dữ liệu (D0 -D7) hoặc đưa ra các địa chỉ cao(A8 AI 5)

+ Cổng vào ra dữ liệu P1 hay P1.0- p 1.7:(chân số 1- 8)dùng để trao đổi tin
song song về dữ liệu (D0 - D7).
+ Cổng vào ra P3 hay P3.0 - P3.7 với:
- P3.0 : (chân số 10) đưa vào tín hiệu nhận tin nối tiếp RXD.


-

P3.1 :(chân số 11) đưa tín hiệu truyền tin nối tiếp TXD
P3.2 :(chân số 12) nhận tín hiệu ngắt ngoài 0 /INTO
/INTO hay P3.2 : tín hiệu vào gây ngắt 0 của VDK 8051
/INT1 hay P3.3 :(chân số 13)tín hiệu vào gây ngắt 1 của VDK 8051.
TO hay P3.4 :(chân số 14) tín hiệu vào đếm cho TimerO/CounterO.
TI hay P3.5 :(chân số 15) tín hiệu vào đếm cho Timerl/Counterl.
/WR hay P3.6:(chân số 16) để đưa tín hiệu ghi dữ liệu vào bộ nhớ
ngoài.
- /RD hay P3.7 :(chân số 17) để đưa tín hiệu đọc dữ liệu từ bộ nhớ
ngoài.
- T2 hay Pl.o :(chân số 1) tín hiệu vào đếm cho Timer2/Counter2.
- T2EX :(chân số 2) tín hiệu vào gây ngắt ngoài 2.
Ngoài các tín hiệu chuyên dùng trên, cổng vào/ra P3 này còn dùng để
trao đổi tin về dữ liệu D7- DO.
2.4/ Bộ ghi dịch
2.4.1/ Giói thiệu về bộ ghi dịch.
Bộ ghi dịch còn được gọi là thanh ghi dịch, nó co khả năng ghi và dịch
thông tin(dữ liệu) có thể sang trái hoặc sang phải.
Bộ ghi dịch được cấu tạo từ một dãy phần tử nhớ đơn bit(triger) mắc liên
tiếp với nhau và một số cửa logic cơ bản hỗ trợ. Mỗi trigger có khả năng
nhớ 1 bit dữ liệu muốn mạch nhớ nhiều bit phải sử dụng nhiều triger, các
bit dữ liệu được lưu trữ trong triger có khả năng dich về hai phía nhờ có

xung clock tác động.
Muốn ghi và truyền một từ nhị phân n bit thì cần n phần tử nhớ(n triger).
Trong các bộ ghi dịch thường dùng các triger đồng bộ như triger RST,
triger JK, triger D. Thông thường người ta hay dùng các triger D hoặc
các triger khác nhưng mắc theo kiểu triger D đế tạo thành các bộ ghi.
Có hai cách ghi:
- Ghi song song: các bit của từ nhị phân được ghi đồng thời cùng một
lúc vào bộ ghi.
- Ghi nối tiếp: các bit của từ nhị phân được đưa vào bộ ghi một cách
tuần tự theo thứ tự của từ nhị phân.
Bộ ghi song song(n bit): là bộ ghi có n nối vào, khi có xung điều khiến
ghi đưa vào nối vào CLK, dữ liệu được nạp vào bộ nhớ song song và cho
nối ra song song.
Bộ ghi nối tiếp (n bit): là bộ ghi chỉ có một nối vào,nó có thể ghi dịch
trái,dịch phải và cho nối ra nối tiếp và song song. Khi muốn ghi thì phải
đưa các bit thông tin nối tiếp về thời gian truyền lần lượt vào nối vào nối
tiếp theo sự điều khiển đồng bộ của các xung nhịp. Cứ sau mỗi xung nhịp
trạng thái của triger lại được xác lập theo thông tin lối vào D của nó.


-

Bộ ghi nối tiếp dịch phải có các nối ra song song và ra nối tiếp:Có nối
ra của triger trước lại được nối với nối vào D của triger sau, nên sau
mỗi lần có xung nhịp tác động, triger sau lại nhận giá trị của triger
đứng trước nó. Đầu vào nối tiếp là đầu vào triger đầu tiên, đầu ra nối
tiếp lấy ở triger cuối cùng, đầu ra song song là các đầu ra của các
triger. Bộ ghi cho tín hiệu nối ra ở dạng song song hay nối tiếp phụ
thuộc vào sự điều khiến tín hiệu ra.
- Bộ triger nối tiếp dịch trái có các nối ra song song và nối ra nối tiếp:

Có nối ra của triger sau được nối vào đầu vào triger đứng trước nó,
nên sau mỗi lần có xung nhịp tác động triger trước lại nhận giá trị của
triger đứng sau nó. Đầu vào nối tiếp là đầu vào triger cuối cùng, đầu
ra nối tiếp là đầu ra của triger đầu tiên, đầu ra song song là đầu ra của
các triger trong bộ ghi dịch. Với sự tác động đầu vào điều khiển sẽ
cho dạng đầu ra là song song hoặc nối tiếp.
- Bộ ghi vừa ghi nối tiếp dịch phải, vừa ghi nối tiếp dịch trái sẽ phụ
thuộc vào xung điều khiển chọn kiếu ghi dịch. Và sự hoạt động giống
với hai kiểu ghi dịch trái, phải như trên.
- Ngoài ra còn có bộ ghi dịch vừa ghi nối tiếp dịch phải, vừa ghi song
song và bộ ghi nối tiếp thông tin có thể lưu trữ...
Trên thực tế thì các bộ ghi dịch đã được tích hợp sẵn trong các IC.Và một
số vi mạch thường gặp là:
+ 7495: 4 bit, vào song song hoặc nối tiếp, ra song song hoặc nối tiếp.
+ 74174: 6 bit, vào song song ra song song có đầu xóa.
+74178: 4 bit, vào song song hoặc nối tiếp ra song song.
+ 74165: 8 bit, vào song song ra nối tiếp.
+ 74164: 8 bit, vào nối tiếp ra song song có đầu xóa
+ 74194: 4 bit dịch trai dịch phải vào song song ra song song...
2.4.2/ Tìm hiểu về IC 74164:
Trong phạm vi này sẽ nghiên cứu về IC 74164 dùng đế tạo bit dịch điều
khiển quét ma trận led.
IC74164 là một thanh ghi dịch 8 bit vào nối tiếp ra song song ( serial inparalell out). Dữ liệu nối tiếp được nhập vào thông qua cổng AND hai
ngõ vào, việc nhập này đồng bộ với sườn lên của xung clock. Chân clear
của IC74164 tác đông không đồng bộ với xung clock, khi chân này được
tác động(tích cực ở mức thấp) thì bộ ghi dịch sẽ bị xóa hay toàn bộ đầu ra
của bộ ghi dịch được xóa về 0 ( trạng thái ban đầu) . Khi dữ liệu được
đưa tới đầu vào của bộ ghi dịch cùng với xung clock được tác động thì dữ
liệu được dịch từng bit một,sau mỗi xung dữ liệu được lấy ra trên các đầu
ra song song của IC74164. về mặt chế tạo IC74164 được chế tạo hoàn

toàn tương thích với các IC thuộc họ TTL .


Inpute
L
H
H
H
H

Cutputs
Q
*
X
L
L
Q QBC —
Q
AÙ
T
H
*n OUTPUT*
T
L
Q*I
Sơ đồ logic cấu tạo và—giản đồ thời
gian của IC 74164:
*cc Q* <\ỉ Op Oe Cl*A« CXOCK
t
L

mjwi.tittmi

-

H : mức cao
L : mức thấp
X : mức cấm
I : sườn dương của xung clock (chuyến từ mức thấp lên mức cao)
QA. . .QD là các đầu vào dữ liệu
QE...QH là các đầu ra dữ liệu
/MR : là chân clear của bộ ghi dịch(tích cực ở mức thấp)
CP : là chân clock (tác động bằng sườn dương)

Hình dạng thực tế:
Sau đây là sơ đồ chân và bảng trạng thái giữa đầu vào/ra của IC74164

IC 74164 có 14 chân có sơ đồ như hình vẽ trên. Trong đó


Chân 1, 2 là đầu vào(input serial), đây là 2 đầu vào của một cống
AND 2 đầu vào. Dữ liệu muốn đến được FF đầu tiên để bắt đầu quá
trình ghi dịch thì phải qua cổng AND 2 đầu vào này.
Chân 3,4,5,6,10,11,12,13 là 8 đầu ra, các đầu ra này có thể lấy ra cùng
một lúc hoặc từng đầu ra tùy mục đích người sử dụng.
Chân 7 được nối mass
Chân 14 nối vcc. Cụ thể nguồn cấp là 5V với sai lệch ± 5%
Chân 9 là chân xóa (clear) hay reset(tích cực ở mức thấp). Khi chân
này ở mức logic cao thi IC 74164 hoạt động binh thường (ghi dịch)
chỉ khi chân này tích cực ở mức thấp thì trạng thái của IC sẽ bị xóa

ngay lập tức nghĩa là các đầu ra sẽ được xóa về 0. Việc reset này có
thể thực hiện ở bất cứ thời điếm nào khi bộ ghi dịch đang hoạt động
nghĩa là nó tác đông độc lập không đồng bộ với xung clock, với bất kỳ
trạng thái nào của xung clock ta đều có thể thực hiện được việc reset
này.
Chân 8 là chân cấp xung clock cho IC hoạt động, dữ liệu ở 2 đầu A và
B được đưa tới đầu ra(đồng thời dữ liệu ở các đầu ra dịch phải 1 bit)
đồng bộ với xung đưa vào chân này. IC 74164 sẽ thự hiện việc ghi
dịch mỗi khi có xung clock tác động.
2.5/ Giói thiệu về các IC đệm:
Trong các mạch hiển thị bằng ma trận đèn led có kích thước lớn thì bộ
đệm dòng đóng vai trò rất quan trọng. Bởi vì ngõ ra của các vi mạch
số hay bộ phận điều khiển không đáp ứng được ngõ vào của các mạch
đèn(không cung cấp đủ dòng cho ma trận led sáng đều). Do đó ta cần
tính toán sử dụng các mạch đệm dòng cho mạch hiển thị. Tùy thuộc
vào công suất của mạch hiển thị mà ta sử dụng các mạch đệm dòng
với các phần tử : SCR, transistor, opto transistor, opto triac, IC
74AC245N,ULN2803...
Với bảng ma trận led (16 hàng X 64 cột) tương đối lớn như vậy nên đế
cho mạch hiển thị hoạt động tốt thì ta phải sử dụng các mạch đệm
dòng. Ớ đây ta sử dụng mạch đêm dòng cho hàng gồm : transistor
C2383 kết hợp với IC đệm dòng 74AC245N. Mạch đệm dòng cho tín
hiệu quét cột ta sử dụng ULN2383, cụ thể sẽ được nói ở phần sau.
Sau đây là lý thuyết tổng quan về các IC đệm:
2.5.1/ Transistor C2383:
2.5.1.1/ Khái quát chung về Transistor.
- cấu tạo: Transistor có cấu tạo gồm các miền bán dẫn p và n xen kẽ
nhau, tùy theo trình tự sắp xếp các miền p và n mà ta có hai loại cấu
trúc điển hình là pnp và npn như hình vẽ:

*Loại PNP:
Miền Bazơ
ẹ

Cấu tạo

c
Kỷ hiệu

*Loại NPN:

Đe cấu tạo ra các cấu trúc này người ta áp dụng những phương pháp
công nghệ khác nhau như: phương pháp hợp kim, phương pháp khuêch
tán, phương pháp epitaxi...
Miền bán dẫn thứ nhất của transistor là miền emiter với đặc điểm là miền
có tạp chất lớn nhất, điện cực nối với miền này gọi là cực emiter. Miền
thứ hai là miền bazo với nồng độ tạp chất nhỏ nhất và độ dày của nó nhỏ
cỡ micromet, điện cực nối với miền này gọi là cực bazo. Miền còn lại là
miền colecter với nồng độ tạp chất trung bình và điện cực tương ứng là
colecter. Tiếp giáp p-n giữa miền emiter và bazo gọi là tiếp giáp
emiter(JE), tiếp giáp p-n giữa miền bazo và miền colecter gọi là tiếp giáp
colecter(Jc). về ký hiệu transistor thì cần chú ý là mũi tên đặt ở giữa cực
emiter và bazo có chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n.


- Nguyên lý làm việc: để transistor làm việc, người ta phải đưa điện áp
một chiều tới các điện cực của nó, gọi là phân cực cho transistor. Đối
với chế độ khuêch đại thì JE- phân cực thuận và Jc phân cực ngược.
- Đe phân tích nguyên lý làm việc ta lấy transistor pnp làm ví dụ. Do

phân cực thuận các hạt đa số (lỗ trống) từ miền E phun qua J E tạo nên
dòng emiter(IE). Chúng tới vùng bazo trở thành hạt thiểu số và tiếp tục
khuêch tán sâu vào vùng bazo hướng tới Jc. Trên đường khuêch tán một
phần nhỏ bị tái hợp với hạt đa số của bazo tạo nên dòng điện cực bazo(I B).
Do cấu tạo miền bazo mỏng nên gần như toàn bộ các hạt khuêch tán tới
được bờ của Jc và bị trường gia tốc (do Jc phân cực ngược) cuốn qua tới
được miền colecter tạo nên dòng điện colecter(Ic). Qua việc phân tích trên
rút ra được hệ thức cơ bản về các dòng điện trong transistor(hệ thuecs gần
đúng do bở qua dòng ngược của Jc):
IE = IB + Ic
Đe đánh giá mức hao hụt dòng khuêch tán trong vùng bazo người ta định
nghĩa hệ số truyền đạt dòng điện a của transistor.
a = IC/IE
hệ số a xác định chất lượng của transistor và có giá trị càng gần 1 với các
transistor loại tốt.
để đánh giá tác dụng điều khiển của dòng điện I B tới dòng colecter(Ic) người
ta định nghĩa hệ số khuêch đại dòng điện p của transistor:
p = IC/IB
p thường có giá trị trong khoảng vài chục đến vài trăm. Từ các biểu thức trên
ta có thể suy ra vài hệ thức hay được sử dụng đối với transistor:
’IE=IB(1+P)
Và a = p/(l +P)
- Các cách mắc transistor :
Khi sử dụng về nguyên tắc có thể lấy 2 trong số 3 cực của transistor là
đầu vào và cực thứ 3 còn lại cùng với một cực đầu vào làm đầu ra.
Như vậy có 6 cách mắc khác nhau nhưng dù mắc thế nào cũng cần có
một cực chung cho cả đầu vào và đầu ra.Trong số 6 cách ấy chỉ có 3
cách là transistor có thế khuêch đại công suất đó là mắc emiter
chung(EC), chung colector(CC), chung bazo(BC). Hình vẽ:
+ mạch EC:

Vcc

Vcc


Vcc
° 5 - 12VDC

0

Rc

Cv
C2383

0 c ==

ưv(t)
R2

Cc

Ur(t)

*/ Một số thông số kỹ thuật có ý nghĩa giới hạn cần phải biết khi sử
dụng:

+ Độ khuếch đại dòng điện ịd:

T0 92MOD
—

2-5Jl A
CHARACTERISTIC

RATING
v

Voltagc

CBO

ƯNIT
V

3 1 MAX
+Tần số
cắt (thiết đoạn):V
CEO
v

er Voltage

oltage

v

EB0

V

■kĩ

A

*/Dải làm việc ở nhiệt độ 25°c.A
ELECĨRlCAl CHARACTERISTIC5
(Ta = 25°C)
mW
Pc
‘C
Ti
Tstg
-55-150
°c

Dissipation

raturc

ature Rnnge
CHARACTERISTIC

ÍT Current
T Current
er
Voltage

TRST CONnmON
Icuo = 0
IRBO
Breakdown
6 V, Ic — 200 mA
l£ = 500 mA. Ig = 50 mA
Saturation

cr

MTN,
—
—
160
60
—

1 EMITTER
V
7 COllECTOR
BE= 5 mA
3 8ASE

Voltagc

—
—
—

1.0
10

—
—

320
1.5

M
t‘

A

V

V

Tần số thiết đoạn (fcut-off) là tần số0.45
mà —
BJT có0.75độ Vkhuếch
= 5 V, Ic
fT = 200 mA
20 100
(Nỡte) :Cob Cla&aiỉlcation R : 60—120, 0 : lOÔ^SỎÒ,
Y :—
lôO^âăở 20
Ven
=
10

V,
IỊ?
=
0, —
pF
r =1 MHz

oltttge
uency
t Capacitance

EMITTER
*/ Dạng đặc tuyến
VA:
' Ta = 25*c

COMMON
J

MAX,

4

-3

____

—

Ic - VCE

.

J

2.6

TỊ

—
|R - 0.6 mA

*/ Một số thông số của transistor C2383:

đại công suất


Sơ đồ kết nối
Bảng trạng thái:

Với: H là mức cao
L là mức thấp
X là trạng
thái cấm

4

8-

12

16

20

24

28

2.6/ Giới thiệu về IC74HC245.
Có tới 7 kênh riêng biệt
IC74HC245 là IC đệm dòng đảm bảo cấp đủ dòng cho ma trân led sáng đều,
thực hiện khuêch đại dòng (tín hiệu điều khiển ) trước khi đưa ra khối hiển
thị.
Một số thông số
cần quan
tâm: - Dòng đánh thủng: IQH =24 mA
Nguồn
áp: 7V
Điện áp vào DIR hoặc G : 7V
-Nguồn dòng IQH = 15 mA
A hoặc B : 5V
-Điện áp chịu đựng : 5V


Trong điều kiện làm việc bình thường thì dải nhiệt độ làm việc của IC74245
nằm trong khoảng từ 0°c đến 70°c.
Dải nhiệt độ chịu đựng từ : - 65°c đến 150°c.
Các thông số hoạt động:

Đặc tính điện:


Đặc tính chuyển mạch (Vcc =5V và Ta=25°C):

2.7/ Giới thiệu về IC ULN2803.
ƯLN 2803 là một vi mạch đệm, bản chất cấu tạo là các mảng darlington chịu
được dòng điện lớn và điện áp cao trong đó có chứa 7 cặp darlington cực
góp hở với cực phát chung. Mỗi kênh trong số 7 kênh đều có thể chịu được
dòng điện lớn trong một khoảng thời gian dài lên tới 500 mA với biên độ
đỉnh lên tới 600 mA. Mỗi kênh có một diode chặn- diode này có thể sử dụng
trong trường hợp tải có tính cảm ứng, ví dụ như các role...
ứng dụng của ULN2803 được sử dụng trong các mạch đệm điều khiển động
co một chiều ,động cơ bước, khối hiển thị ma trận led...
sau đây là sơ đồ khối của vi mạch đệm ULN 2803. Theo sơ đồ ta thấy với
mỗi bộ đệm có một diode kết nối theo kiểu anot được kết nối với lối ra còn
catot được nối chung với catot của các diode còn lại. Lối ra của vi mạch là
các cực góp hở, tải được nối giữa nguồn nuôi và lối ra của vi mạch đệm.
Nguồn nuôi là nguồn điện áp dương bất kỳ nhỏ hơn 50V, chang hạn tải là
động cơ bước thì nguồn nuôi là 12V, tải là hệ thống hiển thị ma trận led tì
nguồn nuôi là 5V...
dòng qua tải phải được tinhd toán sao cho dòng chảy lâu dài nhỏ hơn 500
mA và dòng đỉnh nhỏ hơn 600 mA tính trên mỗi mạch.


Đặc tính

VCE = 50V, TA = 25uc

ICEX

Dòng điện dò đầu ra

VCE - 50V, TA = 70°c
= 250mA
Ic = 200mA, IB =
350// A
Ic = 350mA, IB =
500 /LI A

iện áp bão hòa trên
Colecter-Emiter

Dòng điện vào

Điện áp vào

—
-

IlN(ON)VIN=3,85V

50
100
1.1
1,3

V
V

1,6

V

0,93

1,35

mA

= 2,0V, Ic = 300mA

-

65

/1

1,5
0,25
0,25
-

1,7

A

2,4
2,7

V

V

3,0

V

2,5
1
50

pF
jLl s
ụ. s
/1 A

100

/1A

Dòng điện vào và hàm điện áp ra

VR = 50V , TA = 70 c

/1A

1,3

-

u

A

-

-

0,5 EIN ®On 0,5 EOUT
0,5 EĨN ®On 0,5 EOUT
VR = 50V , TA = 25°c

/1

1,1

50

IF = 350 mA

<1

Max

-

IĩN(OF
TA = 70°C
F
= 2,0V, IcHình
= 200mA

dạng thực tế
= 2,0V, Ic = 250mA

VF

<1

0,9

B

CIN
Điện dung đầu vào
25°C:
Mở trễ - Đặc tính điện ở tpLH
tpHL
Ngắt trễ
IR
Dòng điện dò trên
diode
Điện áp dò trên
diode

Giói hạn
Min
Typ

Kiêm tra điêu kiện

2,0

V

sơ đồ chân kết nối

Sơ đồ cục bộ một mảng darlington
+/ Một sô thông sô kỹ thuật:


-

Giới hạn lớn nhất:
Điện áp ra VCE = 50V
Điện áp vào VIN = 30V
Dòng điện đầu ra lien tục : Ic = 500 mA
Dòng điện đầu vào lien tục : IiN = 25 mA
Công suất tiêu tán trên mỗi cặp darlington: p = 1 w
Dải nhiệt độ làm việc (TA) từ : - 20°c đến 85°c
Dải nhiệt độ chịu đựng (Ts) từ: - 55°c đến 150°c

Chương 3: Thiết kế sơ đồ nguyên lý của mạch quang báo
Đe tiện lợi cho quá trình thiết kế và kiểm tra mạch. Sơ đồ nguyên lý của
mạch được chia làm 4 khối :
1/ Khối nguồn
2/ Khối điều khiển và đệm dòng
3/ Khối quét và hiển thị
Sau đây ta sẽ nghiên cứu sơ đồ chi tiết của các khối, chức năng và nhiệm vụ
các khối:

TO

P0.1AD1
P0.2"AD2
P0.3'AD3
P0A'ADi
PŨ.5A05
P0.6"AD6
P0.7>7
P2.0A8
P2.1AS
P2.2 ÃIO
P2.3AII
P2.Ũ12
P2.5'A13
Ta có
P2.6'AU
P2/AI5
EArr/vPP
OGA
F3EI#
GNO

3.2/ khối điều khiển và đệm dòng.
+ Sơ đồ nguyên lý phần cứng:
3.1/ Khối nguồn.
sơ đồ nguyên lý:

GND
DL+CLŨCK

- * 5 XI— a

vC V thấy khi cấp nguồn 220V xoay chiều cho khối nguồn tại các
Từ sơ đồ trên3 I ta
Ỷ 'Ivà JP2 ở bên phía sơ cấp của máy biến áp ,sau khi qua biến áp bên
chốt
JP1
R3? 22010
ATB9C51-24PC
"
cuộn
thứ
cấp
ta
lấy
ra
điện
áp xoay chiều 15V - 2.5A. Tiếp tục qua cầu
U, L>7
nV
R3821
chỉnh lưu ta lấy ra điện áp một chiều 15VDC, qua IC 7812 ta được điện áp
12VDC. Đe lấy ra điện áp 5VDC ta mắc thêm IC7805 như hình vẽ , điện áp
5VDC đuợc lấy ra trên chân 3(VO) của IC7805.
Chức năng và nhiệm vụ:
Khối nguồn có nhiệm vụ rất quan trọng đó là cung cấp năng lượng hoạt
động cho toàn hệ thống mạch quang báo.
Điện áp cung cấp cho các khối điều khiển và đệm hàng, khối quét và hiển thị
là 5VDC.
Khi

thiết
kế
+ Chức năng và phải
nhiệmtính
vụ: toán cung cấp đủ dòng cho các khối hoạt động để đảm
bảo choKhối
bảngđiều
ma trận
led sáng
ứng với
yêu cầu
thuậtđiều
và thẩm
mỹ.đuợc lập
khiển
dùng đều
IC đáp
89C51
thuậtkỹtoán
khiển
1
I N J

L

T O
/ 3 »

trình theo ý tưởng của nhà thiết kế với cổng PO và P2 dùng để xuất dữ liệu
hàng hiển thị cho ma trận led. cổng P3 với các chân P3.2 là chân dùng để

chọn chương trình sẽ được hiển thị trên ma trận Led. cổng P1 với chân Pl.o
có tác dụng xuất ra xung Clock cấp cho khối quét cột dùng IC 74164. Chân
Pl.l có tác dụng xuất ra bit dữ liệu cho đầu vào bộ ghi dịch của khối quét
cột.
Khối đệm dòng gồm các IC 74HC245 và các Transistor C2383 được
mắc như trên sơ đồ có chức năng khuếch đại dòng điện, đảm bảo cung cấp
đủ dòng cho khối hiển thị và khối quét cột hoạt động ốn định.


6

s

3.3/ Khối quét cột và hiển thị.
+ Sơ đồ nguyên lý phần cứng khối quét cột:
+ Sơ đô nguyên lý phân cứng khôi hiên thị:
@Q@08QQQQQQ®00Q
c!
Ệ CM 9 ị \ #"0 0 Ệ ì
Ci |I
Ci
€1
€1

-Ệ
\ ___

Ci Ch €

€1 €ỉ

i

é €i € I
SI Ch Ch c I s I s I € I € I € I €! € I € I Ch € I €

€

cì ĩ! Ĩ! Ch Ch 0 Si o €1 íh €1 Sỉ Ch Ch s
Ci Ch 'Si S I S I S I S I S I S I S I S I S I S I S I s
Q fh ' s Ch 9 d c

pTTt'

Uể

ayyy&K ^ N rìủiiír

[PÌĨĨ1ĨỊ

€

DL+CLOCK

+ Chức năng và nhiệm vụ:
Khối quét cột dung IC 74164 kết hợp với vi mạch đệm ƯLN2803. IC
74164 với đầu vào xung Clock là chân 8 được lấy từ chân Pl.o của IC vi
điều khiển 89C51 và đàu vào dữ liệu dịch là chân 1,2 được lấy từ chân Pl.l
của AT89C51. Với Bit dịch được nạp vào, sau mỗi xung Clock dữ liệu được
dịch đi từ trái sang phải và được xuất ra các chân đầu ra đế tích cực cho cột
Led của bảng Led ma trận. Tại mỗi thời điểm chỉ có một cột được tích

cực.Vi mạch đệm ULN2803 có tác dụng khuếch đại tín hiệu đầu ra từ bộ ghi
dịch đảm bảo cung cấp đủ dòng cho bảng ma trận Led hoạt động.
7