Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED

Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED

Lời nói đầu
Hiện nay, việc quảng cáo đang găn liền với tất cả mọi lĩnh vực trong cuộc
sống của chúng ta. Từ kinh tế, chính trị, xã hội đến vui chơi giải trí đều cần có
quảng cáo. Nhng phải quảng cáo thế nào? Bài tập này em sẽ đa ra một phơng
thức quảng cáo rất hiệu quả. Đó là quảng cáo thông qua một hệ thống đèn LED
hiện thị chữ, đây là một hệ thống rất có triển vọng phát triển trong tơng lai. Nó
đem lại cho các nhà thiết kế quảng cáo một phơng tiện lý tởng để hiện thực hoá
ý tởng của mình một cách hoàn hảo nhất, đem lại những lợi ích kinh tế không
thể đo đếm đợc. Xuất phát từ những nguyên nhân khách quan đó, ý tởng về việc
thiết kế hệ thống đèn LED đợc điều khiển bằng máy tính đã hình thành nhằm tận
dụng đặc tính mềm dẻo của phần mền cộng với tính khả thi của phần cứng. Do
điều kiện khách quan và khả năng có hạn nên ở đây em chỉ nêu ra phần điều
khiển ở mạch ngoài và đặt yêu cầu đối với phần mềm điều khiển trong máy tính
khi đa dữ liệu qua cổng song song của máy in.
Nh đã nói ở trên, bài tập này có ứng dụng rất lớn trong lĩnh vực thông tin quảng
cáo đặc biệt là trong thời đại thông tin hiện nay, khi mà thông tin quảng cáo phải
luôn luôn đợc cập nhật hay nói cách khác là phải linh hoạt trong việc đa thông
tin đến công chúng. Bài tập này có thể áp dụng cho những khu vực công cộng,
công sở sàn giao dịch chứng khoán với nhiều mục đích khác nhau không đơn
giản là quảng cáo thông thờng. Tuy nhiên trong khuôn khổ của bài tập này em
chỉ xin giới thiêu một mô hình thu nhỏ của cả hệ thống lớn với khả năng mở
rộng rất cao.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Nam Quân, ngời đã trực tiếp
hớng dẫn em.

Hà nội, tháng 6 năm 2004

I.tổng quan về đề tài
1.ý tởng:

Hiện nay, việc quảng cáo đang găn liền với mọi tất cả mọi lĩnh vực trong
cuộc sống của chúng ta. Từ kinh tế, chính trị, xã hội đến vui chơi giải trí đều cần
có quảng cáo. Nhng phải quảng cáo thế nào? Bài tập này em sẽ đa ra một phơng

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-1-

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
thức quảng cáo rất hiệu quả. Đó là quảng cáo thông qua một hệ thống đèn LED
hiện thị chữ, đây là một hệ thống rất có triển vọng phát triển trong tơng lai. Nó
đem lại cho các nhà thiết kế quảng cáo một phơng tiện lý tởng để hiện thực hoá
ý tởng của mình một cách hoàn hảo nhất, đem lại những lợi ích kinh tế không
thể đo đếm đợc. Xuất phát từ những nguyên nhân khách quan đó, ý tởng về việc
thiết kế hệ thống đèn LED đợc điều khiển bằng máy tính đã hình thành nhằm tận
dụng đặc tính mềm dẻo của phần mền cộng với tính khả thi của phần cứng.
2.ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
2

Nh đã nói ở trên, đề tài này có ứng dụng rất lớn trong lĩnh vực thông tin,
quảng cáo, đặc biệt là trong thời đại thông tin hiện nay, khi mà thông tin quảng
cáo phải luôn luôn đợc cập nhật hay nói cách khác là phải linh hoạt trong việc
đa thông tin đến công chúng. Bài tập này có thể áp dụng cho những khu vực
công cộng, công sở sàn giao dịch chứng khoán với nhiều mục đích khác nhau
không đơn giản là quảng cáo thông thờng. Tuy nhiên trong khuôn khổ của bài
tập này em chỉ xin giới thiêu một mô hình thu nhỏ của cả hệ thống lớn với khả

năng mở rộng rất cao.

II nghiên cứu về đề tài
1.Các phơng pháp hiển thị:
3 Phần này sẽ giới thiêu sơ qua về các phơng tiện dùng để hiện thị cũng nh u

nhợc điểm của từng phơng pháp.
4

1.1 Sử dụng màn hiển thị CRT:
-Đèn hình tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube) có thể nói là một phơng tiện
hiện thị thông dụng nhất, nói đến hiện thị thì ai cũng nghĩ đến đèn hình, đó
chính là CRT. Không chỉ là phơng tiện giải trí thông thờng, từ lầu ngời ta đã
dùng nó để phục vụ cho mục đích hiển thị các thông tin khác trong đó thông tin
quảng cáo tại vị trí công cộng.

5

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-2-

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
Ưu điểm

- Có thể hiển thị đợc màu sắc hay đen
trắng (256 màu thang độ sáng) theo ý

muốn.
- Hình ảnh trung thực rõ nét do CRT có
các điểm ảnh nhỏ.
- Dễ dàng bảo trì, bảo dỡng vì linh kiện
thay thế sẵn có.

Nhợc điểm

- Giá thành tơng đối cao do công nghệ
chế tạo không có nhiều cải tiến.
- Điều khiển khá phức tạp do cần phải
chuyển đổi giữa các đầu vào số và tơng
tự.
- Cấu trúc phức tạp, cồng kềnh, khó di
chuyển khi cần thiết.

1.2 Bằng đèn điện:
-Đợc dùng nhiều trong các quảng cáo thông thờng, không cần các chu trình
phức tạp, thờng dùng bóng sợi đốt hoặc đèn neon màu.
Ưu điểm

- Lắp đặt, di chuyển dễ dàng tại những
vị trí khách nhau.
- Có thể tạo hình đơn giản đến phức tạp
mà không cần đến mạch điện phức tạp
đi kèm ( đối với loại đèn neon).
- Màu sắc phong phú. độ bền cao đồng
thời giá thành cũng hạ so các thiết bị
khách.

Nhợc điểm

- Không tạo đợc các chu trình phức tạp.
- Không có khả năng tạo các hiệu ứng
khác nhau.
- Hệ thống không thể thay đổi trừ khi
thay đổi mới hoàn toàn cả hệ thống đèn
nên chỉ thích hợp voái nhứng loại biển
tĩnh.

1.3 Bằng ma trận LED
-Nhắc đến đèn LED là ngời ta nghĩ đến ngay một loại diode phát quang
với điện áp nhỏ thờng đợc dung hiện thị trạng thái trong các thiết bị điện tử gia
dụng hiện nay nhng trên thực tế, công nghệ chế tạo LED hiện nay không dừng
lại ở đó mà vơn tới nhiều lĩnh vực khách nhau nh màn hình phẳng Ti vi, máy
tính, hệ thống đèn báo hiệu giao thông, quảng cáo Ngời ta có thể bắt gặp LED
ở khắp mọi nơi, chính vì vậy đây là một công nghệ rất có tơng lai phát triển.
6
Ưu điểm

- Cực kỳ mềm dẻo với các đầu vào điều
khiển số bởi có thể điều khiển để hiện
thị từng điểm ảnh riêng biệt.
- Màu sắc phong phú nhờ sự tổ hợp tối
đa đến 16 bit màu ( 16 tỉ màu ) trên
một điểm ảnh.
- Thể hiện đợc các hiệu ứng phức tạp

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-3-

Nhợc điểm

- Giá thành conf đắt. Tuy nhiên nhợc
điểm này đang đợc khắc phục dần do
công nghệ LED đang phát triển rất
mạnh.
- Vận hành phức tạp, cần có kiến thức
về phần mềm cũng nh phần cứng của
máy tính.

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
nhờ vào tính mềm dẻo của phần mêm - Bảo trì bảo dỡng khó khăn do hệ
điều khiển.
thống kha phức tạp bao gồm các sự cố
về phần cứng cũng nh phần mềm.

1.4 Kết luận:
-Hiển thị chữ cũng nh hình ảnh có rất nhiều cách, nhng do khuôn khổ đề tài
hạn hẹp em chỉ liệt kê một số phơng án khả thi nhất và đợc dùng nhiều nhất.
Ngoài ra còn có thể dùng LCD, máy chiếu hình Trong các cách đã kể trên mỗi
cách đều có u và nhợc điểm riêng. Việc lựa chọn giữa các phơng pháp phụ thuộc
vào nhiều yếu tố nh khả năng tài chính, yêu cầu ngời dùng cũnh nh tính khả thi
của phơng án. Do thời gian không cho phép nên trong đề tài này, em chỉ đi sâu
vào nghiên cứu một phơng án phù hợp với khả năng nhất, đó chính là việc chế
tạo hệ thống đèn quảng cáo mà thiết bị hiển thị chính là một ma trận LED đơn

giản làm mô hình cho các hệ thống lớn.
2.Các phơng pháp điều khiển

-Để tiện cho việc giới thiệu các phơng pháp điều khiển và tập trung vào trọng
tâm cuả đề tài, em xin đợc chia phần 2 làm hai phần lớn là điều khiển có kết nối
và không kết nối với máy tính.
2.1Không kết nối với máy tính:
-Các phơng pháp này thờng đợc dùng trong các hệ thống quảng cáo không có
tính mở nghĩa là không thể thay đổi trừ khi thay đổi phần cứng hệ thống. Điều
đó cúng có u điểm là làm cho hệ thống đơn giản, giá thành hạ và có thể vận hành
một cách dễ dàng.
2.1.1 Dùng mạch điện tử tơng tự
-Lợi dụng đặc tính của các linh kiện thụ động nh điện trở, tụ điện, cuộn
cảm cùng các IC thờng dùng nh IC định thời 555, ta có thể chế tạo một mạch
điện đơn giản thực hiện đợc một số chu trình nh chạy chữ, sáng lan tắt dần

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-4-

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED

Hình 1.1 Ví dụ về mạch điện điều khiển chu trình sáng tắt của đèn LED

Ưu điểm

- Mạch điện rất đơn giản, gọn nhẹ và

có khả năng chế toạ hàng loạt thích
hợp hoặc tách rời với bộ phận hiển thị
để thơng mại hoá sản phẩm.
- Vận hành dễ dàng, đơn giản, độ bền
của hệ thống rất cao.

Nhợc điểm

- Do đầu ra của mạch điều khiển là tơng tự nên thiết bị hiển thị chỉ hạn chế
ở các loại đèn sợi đốt hoặc neon thông
thờng.
- Không thể thay đổi đợc các chu trình
trừ khi thiết kế lại toàn bộ mạch điều
khiển.

2.1.2 Dùng mạch logic ngoài kết hợp ROM:
-Phơng pháp này phổ biến bởi sự đơn giản của hệ thống và tính khả thi
trong việc thơng mại hoá sản phẩm vì nó có thể sản xuất hàng loạt theo yêu cầu
của ngời sử dụng.
Ưu điểm

- Việc chế tạo khá đơn giản, giá thành
hạ vì các linh kiện cần thiết rất sẵn có.
- Vận hành dễ dàng đơn giản, độ bền
của hệ thống rất cao.

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-5-

Nhợc điểm

- Không mềm dẻo vì việc thay đổi nội
dung hiện thị đòi hỏi phải thay đổi về
phần cứng của cả hệ thống.
- Chỉ thực hiện đợc một số chu trình
đơn giản do hạn chế về dung lợng của

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
ROM.

2.1.3 Dùng công tắc điều khiển:
-Có thể coi đây là phơng pháp thủ công nhất, nh ta đã biết LED sẽ sáng
khi có điện áp dơng đa vào anode và cathode nối đất, do vậy ta có thể thiết kế
một hệ thống các công tắc để điều khiển việc sáng tối của từng LED đơn. Đây là
một công việc có tính khả thi thấp, suy xét cho cùng thì phơng pháp này chỉ là
một trờng hợp cơ bản nhất của bộ nhớ ROM mà thôi.
Ưu điểm

- Cực kỳ đơn giản trong vận hành và
bảo trì, bảo dỡng.
- Giá thành của cả hệ thống khống
đáng kể, có thể coi là rẻ nhất trong các
thiết bị điều khiển.

Nhợc điểm

- Không khả thi nếu việc thực hiện điều
khiển không đợc tự động hoá.

2.1.4 Ưu và nhợc điểm chung:
-Cả hai phơng pháp nêu trên đều có chung một u điểm là đơn giản dễ thực
hiện nhng cả hai đều cha có đợc sự mềm dẻo cần thiết trong việc thể hiện các ý
tởng, điều tối quan trọng trong nghệ thuật quảng cáo.
2.2Kết nối với máy tính:
-Máy tính ngày càng đợc biết đến nh một công cụ đa năng có thể đáp ứng đợc
tất cả các nhu cầu của con ngời trong mọi lĩnh vực. Quảng cáo cũng không nằm
ngoài quy luật đó, do vậy việc ứng dụng máy tính trong thiết kế một hệ thống
đèn quảng cáo là điều hoàn toàn khả thi và có triển vọng phát triển đợc.
2.2.1 Thực hiện điều khiển trực tiếp:
-Việc điều khiển trong phơng pháp này đợc thực hiện một cách trực tiếp
bằng cách đa thẳng tín hiệu điều khiển từ máy tính ra bộ phận hiển thị ngoài.

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-6-

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED

Hình 1.2 Sử dụng trực tiếp cổng giao tiếp để điều khiển đèn LED
Ưu điểm

- Giá thành hạ, hệ thống đơn giản, dễ
dùng.

- Hệ thống gọn nhẹ, có thể kết hợp một
máy tính bất kỳ với bộ phận hiển thị
ngoài.

Nhợc điểm

- Không khả thi bởi cha thoả mãn đợc
các yêu cầu của một hệ thống chuyên
nghiệp.
- Khả năng phát triển không cao do
giới hạn về phần cứng của máy tính.

2.2.2 Điều khiển gián tiếp
- Việc điều khiển thiết bị hiển thị đợc thực hiện một cách gián tiếp thông
qua sự phối ghép giữa phần cứng máy tính với mạch điện tử ngoài.
Ưu điểm

-Đảm bảo đợc các yêu cầu của một hệ
thống lớn nh tính ổn định, công suất
lớn
-Không quá phụ thuộc vào phần cứng
của máy tính, khi máy tính có sự cố có
thể thay thế nóng bằng các đầu vào
điều khiển số khác.
2.2.3 Ưu nhợc điểm chung:

Nhợc điểm

7 Hệ thống khá đắt tiền do phải thiết

kế thêm mạch điện tử ngoài.
8 Việc bảo trì, bảo dỡng khá khó khăn

bởi hệ thống phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố phần cứng ( máy tính,
mạch ngoài ) cũng nh phần mềm.

-Bởi đợc điều khiển bằng phần mềm nên hệ thống điều khiển bằng máy tính
tận dụng đợc tính mềm dẻo vốn là u thế tuyệt đối của máy tính.
-Hệ thống vẫn mắc một số nhợc điểm nh giá thành cao, việc bảo trì khó khăn,
đòi hỏi phải có kiến thức sâu sắc về cấu trúc phần cứng cũng nh phần mềm của
máy tính.

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-7-

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
3.Kết luận chung:

-Các phơng án thiết kế đợc nêu trên chỉ là một trong những phơng án phổ
biến và khả thi nhất trên thị trờng hiện nay. Nh đã nêu việc lựa chọn giữa các phơng án phụ thuộc rất nhiều yếu tố. Chính vì vậy việc nghiên cứu kỹ yêu cầu, khả
năng của ngời dùng trớc khi quyết định thiết kế hệ thống là rất quan trọng. Thêm
vào đó việc tổ hợp, lai ghép giữa các phơng án thiết kế khối hiển thị cũng nh
điều khiển đòi hỏi sự sáng tạo của ngời thiết kế.
-Trong khuôn khổ của đề tài này, do khả năng của bản thân và yêu cầu của đề
tài cùng với các phân tích trên, chúng em quyết định chọn phớng án dùng hệ

thống đèn LED điều khiển bằng máy tính làm phơng án chính trong đề tài này.

III. thiết kế hệ thống bảng LED điện tử điều
khiển bằng máy tính
1.Giới thiệu chung về hệ thống:

-Trong phần này để tiện cho việc trình bày cụm từ hệ thống bảng LED điện
tử điều khiển bằng máy tính đợc thay thếbằng cụm từ hệ thống.
-Nhìn một cách tổng quát nhất, hệ thống là sự phối ghép giữa phần cứng của
máy tính, mạch điện ngoài dới sự điều khiển của phần mềm cho phép ngời sử
dụng tạo đợc các hình ảnh theo ý muốn trên màn hình máy tính để đa ra bảng
đèn LED hiển thị. Nhng độ phức tạp của hình ảnh cần hiển thị càng cao thì càng
khó thực hiện. Chẳng hạn, việc hiển thị một chữ cái chắc chắn là sẽ khác việc vẽ
ra một bông hoa, nếu phần cứng không thay đổi thì chắc chắn đó sẽ là sự thay
đổi về phần mềm hay ngợc lại cũng vậy. Một lần nữa chúng ta lại thấy sự linh
hoạt trong đề tài này, nếu một ký s thành thạo về phần cứng thì anh ta chỉ có thể
dùng máy tính nh một bộ nguồn cung cấp hay là một thiết bị chọn lựa các phơng
án thực thi cho phần cứng, toàn bộ các công việc khác là do phàn cứng đảm
nhận, từ việc vẽ đến hiển thị bằng cách bố trí các linh kiện điện tử phù hợp. Ngợc lại nếu một kỹ s xuất sắc trong viẹc lập trình thì anh ta có thể chỉ cần một
mạch đơn giản với nhiệm vụ tổ hợp và giải mã các trạng thái anh ta đa ra từ
chiếc máy tính để rồi điều khiển sự sáng tối của các LED theo ý mình. Nh đã
biết 1bit có 2 trạng thái là 0 và1; 2 bit có 4 trạng thái 00, 01, 10, 11; 3 bit có 8
trạng thái, 10 bit có 210 = 1024 trạng thái, con số này đối với máy tính là vô cùng
nhỏ bé nhng lại là số lợng khủng khiếp của các trạng thái dẫn đến việc có vô vàn
cách điều khiển sự sáng tối của các LED hay là tạo ra đợc các hình ảnh mong
muốn.

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-8-

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
1.1 Chức năng của hệ thống:
9 Hệ thống có thể hiện 2 chức năng chính sau:

Thực hiện việc nhập một ký tự từ bàn phím thống qua giao diện của
phần mềm điều khiển.
Đa ký tự yêu cầu ra ma trận LED 8x8 trên một panel có sẵn.
1.2 Yêu cầu của hệ thống:
10 Vì hệ thống là sự phối ghép giữa mạch logic ngoài với phần cứng của máy

tính thông qua sự điều khiển của phần mềm nên ta phải đảm bảo đợc các yêu
cầu đối với phần cứng và phần mềm sau:
Phần cứng

- Một máy tính với các cổng giao tiếp
tơng thích với chuẩn IBM PC còn hoạt
động tốt, không có tranh chấp địa chỉ
nhớ cũng nh ngắt.
- Mạch logic ngoài đơn giản, dễ lắp
ghép với các linh kiện có sẵn.

Phần mền

- Phần mềm có giao diện đơn giản dễ
dùng, thuật toán tối u để có thể can
thiệp vào việc điều khiển phần cứng

một cách chính xác, nhanh chóng thực
hiện yêu cầu của ngời dùng.

2.Cơ sở lý thuyết của hệ thống:

-Phần này sẽ giới thiệu cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế phần cứng và phần
mềm cũng nh nguyên lý hoạt động của từng phần riêng biệt trong toàn bộ hện
thống.
2.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống:
- Toàn bộ hệ thống đợc kết nối với nhau theo trình tự lý luận nh Hình 4.1 với
2 khối lớn là khối điều khiển và khối hiển thị. Máy tính đóng vai trò trung tâm
của khối điều khiển thông qua phần mềm sẽ đa tín hiệu điều khiển qua cổng dữ
liệu tới mạch logic ngoài thực hiện điều khiển việc hiển thị của khối hiển thị mà
cụ thể ở đây là ma trận LED.

SV: Nguyễn Tiến Phơng

-9-

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED

Hình 4.1 Sơ đồ khối tổng quancủa hệ thống
2.2Mạch logic ngoài:
-Nhiệm vụ chính của mạch logic ngoài là đóng vai trò gián tiếp sử dụng dữ
liệu điều khiển ra cổng song song để điều khiển sự sáng tắt của ma trận LED để
tạo ra hình ảnh theo ý muốn của ngời dùng thông qua giao diện của phần mềm.
2.2.1 Sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của mạch logic ngoài:

Hình 4.6 Sơ đồ khối của mạch logic ngoài
-Mạch logic ngoài gồm các mạch xử lý số tín hiêu và ma trận LED. Có nhiều
phơng án thiết kế mạch ngoài. Mỗi phơng án sẽ dựa trên cơ sở khách nhau và sử
dụng những loại linh kiện khác nhau. Dựa trên nguyên tắc nh quét màn hình ta
có thể thực hiện ma trận đèn bằng cách quét hàng và quét cột. Mỗi LED trên ma
trận LED có thể coi nh một điện ảnh. Địa chỉ của mỗi điểm ảnh này đợc xác
định đồng thời bởi mạch giải mã hàng và giải mã cột sẽ xác định trạng thái của
một điện ảnh, do đó công suất của mạch sẽ giảm đi đáng kể. Tuy nhiên, khi xác
định địa chỉ và trạng thái của điểm ảnh tiếp theo thì các điểm ảnh còn lại sẽ
chuyển về trạng thái tắt (nếu LED đang sáng thì tắt dần). Vì thế dễ hiển thị đợc
toàn bộ hình ảnh của ma trận đèn, ta có thể quét ma trận nhiều lần với tốc độ

SV: Nguyễn Tiến Phơng

- 10 -

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
quét rất lớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt của đèn. Mắt ngời chỉ nhận biết
đợc tối đa 24 hình/s do đó tốc độ quét rất lớn thì sẽ không nhận ra đợc sự thay
đổi nhỏ của đèn mà sẽ thấy đợc toàn bộ hình ảnh cần hiển thị.
-Nh đã nêu ở phần trớc, tín hiệu giải mã hàng đợc đa ra trực tiếp từ 8 bits của
cổng song song ra 8 hàng của ma trận LED. Để đảm bảo tín hiệu đợc ổn định ta
cần phải có một bộ đếm. Ta dùng IC 74LS244 để làm bộ đếm này.Đây là một IC
đệm 8 bits với 8 đầu vào và đầu ra, tích cực tại giá trị 0 của xung clock kích hoạt.

Hình 4.7 Sơ đồ chân IC 74LS244

Hình 4.8 Bảng chân lý của IC 74LS244
-Sau khi qua bộ đệm tín hiệu sẽ đợc giữa lại ở một bộ chốt tín hiệu nhằm
làm trễ đi tín hiệu giải mã hàng để đồng bộ với tín hiệu giải mã cột. Ta dùng IC
74LS244 để làm công việc này. Đây là một D - Flip Flop 8 đầu vào và 8 đầu ra,

SV: Nguyễn Tiến Phơng

- 11 -

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
tích cực ở giá trị một của xung clock, khi tích cức IC này nhận tín hiệu từ các
đầu vào rồi lu lại sau đó đa tín hiệu ra ở giá trị 1 của xung tiếp theo.

Hình 4.9 Sơ đồ bố trí chân của IC 74LS373

Hình 4.10 Bảng chân lý của IC 74LS373
-Các tín hiệu sau khi đã đợc làm trễ sẽ đợc đa ra ma trận LED kết hợp với
tín hiệu giải mã cột để điều khiển việc sáng tối của các LED. Tiếp đến là công
việc rất quan trọng, đó là phân kênh giữa tín hiệu giải mã hàng và giải mã cột.
Do đặc tính của IC 74LS244 là chỉ tích cực ở giá trị 0 nên ta có thể tách rời dữ
liệu đi ra từ cổng song song trong 1 xung làm 2 phần, 1 phần ở giá trị 0 và 1
phần giá trị 1 của xung clock băng 1 cổng logic NOT. Đông thời cũng làm bộ
đệm luôn cho mạch giải mã cột. Ta dùng 2IC 74LS244, một dùng nh đã neu ở
trên, một IC còn lại các đầu vào đợc nối với các chân dữ liệu của cổng song song
nh IC trên nhng xung clock không trực tiếp nối vào chân - STROBE của cổng

SV: Nguyễn Tiến Phơng

- 12 -

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
song song mà lại nói qua một cổng NOT. Nh vây 2 IC này mỗi IC sẽ làm việc
trên 2 nửa chu kỳ của một xung clock. Để có đợc cổng NOT, ta dùng IC74LS04.
Đây là 1 IC đơn giản có cấu tạo nh sau:

Hình 4.11 Sơ đồ bố trí chân của IC 74LS04
-Sau khi đã tách kênh và khuếch đại, tín hiệu đợc đa ra từ cổng song song sẽ
đợc đa vào mạch giải mã cột.
-Mạch giải mã cột chỉ đơn thuần là mạch giải mã tuần hoàn các giá trị 0 và 1
đợc ra từ cổng song song để chọn ra lần lợt các cột từ 1 đến 64. Ta sử dụng IC
74LS138 để làm công việc trên. IC này là một IC phân kênh với 3 đầu vào tổ hợp
ra 8 đầu ra. Vì mỗi IC chỉ có 3 đầu vào nên không thể giải mã một lần cả 6 bits
đợc đa ra từ cổng song song, ta chia 6 bits này thành 2 phần, một phần gồm 3
bits đợc đa vào1 IC 74LS138 để chọn xem ma trận LED con 8x8 nào trong ma
trận LED lớn 8x64 đợc chọn, phần còn lại gồm 3 bits đợc đa đến từng ma trận
LED 8x8 để chọn cột tơng ứng cho ma trận LED con 8x8. Nh vậy sẽ cần 9 IC
74LS138 để thực hiện việc giải mã cột. Tín hiệu sau khia đã đợc chọn cũng sẽ đi
qua một bộ đệm gồm các IC 74LS244 để đảm bảo tính ổn định

SV: Nguyễn Tiến Phơng

- 13 -

Lớp TC2 - HN


§Ò tµi thiÕt kÕ m¹ch hiÓn thÞ ma trËn LED

H×nh 4.12 S¬ ®å bè trÝ ch©n cña IC 74LS138

SV: NguyÔn TiÕn Ph¬ng

- 14 -

Líp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED

Iv. hoàn chỉnh hệ thống
-Để điều chỉnh trạng thái của ma trận LED, ta sử dụng 8 đờng dữ liệu của
cổng song song.
-Các chân dữ liệu tứ D0 đến D7 đa ra tín hiệu dới dạng các chuỗi nhị phân
với mức điện áp thay đổi, mức điện áo của xung này là 5V (mức cao) và 0V
(mức thấp). Mỗi tín hiệu nhị phân sẽ quyết định trạng thái của các đèn tơng ứng
ở mạch ngoài. Ví dụ xung thứ nhất quyết đinh trạng thái đèn ở cột 1, xung thứ 2
quyết định trạng thái đèn thứ 1 ở cột 2
-Chân STROBE (D6) đa ra tín hiệu điều khiển cho hoạt động của mạch chốt.
Mỗi khi đa dữ liêu ra thì đông thời cũng có một xung clock (tơng ứng với linh
kiện mạch ngoài có xung clock tích cức ở sờng dơng). Ví dụ để đa dữ liệu là
11110101 ra ngoài để xác định trạng thái cho các đèn ở cột thứ nhất thì tín hiệu
tại các chân dữ liệu thức tế là: D0=1; D1=0; D2=1; D3=0; D4=1; D5=1; D6=1;
D7=1; STROBE=0.

-Chu kỳ xung clock từ chân STROBE cũng chính là chu kỳ lặp lại của mỗi
đèn. Vậy sau mỗi lần quét thì chu kỳ đợi tối thiểu cho ma trận đèn LED là 1/24
giây đông hồ (bằng chu kỳ lu ảnh trên mặt ngời).
-Chân GND (đất) đợc nối đất và nối các chân còn lại để đảm bảo an toàn cho
hệ thống.
1. Chi tiết về linh kiện mạch ngoài
STT
1
2
3
4
5
6

Tên linh kiện
Bảng Panel
LED rời
IC chốt

Số lợng
1
8x64 chiếc
1

IC chọn
9
IC đệm
10
Cổng máy in
1

2. Thiết kế ma trận LED

Thông số kỹ
thuật
8x64
LED 1 màu
74LS373
74LS138
74S244
Loại 25 chân

Chú thích thêm
Tự tạo
Loại
IC trễ, 8 đầu vào,
8 đầu ra
IC giải mã
3 đầu ra địa chỉ
Cổng cái

- Ma trận LED 8x8 có thể hiển thị đợc một chữ cái theo cách quét hàng và cột
nh đã nêu ở trên.
- Để tiện cho việc trình bày về cách hoạt động của ma trận LED, em xin đợc
lấy 1 ví dụ cụ thể về việc hiển thị chữ H trên ma trận. Có thể tóm tắt các giá
trị các chân của cổng song song trong quá trình tạo chữ H trên ma trận LED
8x8 trong bảng sau:
- strobe

SV: Nguyễn Tiến Phơng

- 15 -

Lớp TC2 - HN


Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
Giá trị
đa ra
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

Xung
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1

0
1
0
1
0
1
0

Xung
Xung Xung Xung Xung
2
3
4
5
6
0
1 0 1 0 1 0 1 0 1
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1
0 0 1 0 0 0 0 0 0
1
0 1 0 1 1 1 0 1 0
1
0 1 0 1 0 1 1 1 0
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1

0 0 0 0 0 0 0 0 0
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0
Chu trình này đợc lặp đi lặp lại

Xung
7
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0

Xung
8
0
1

1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0

Hình 4.3 Chữ H trên ma trận LED
- Đó là quá trình hoạt động của ma trận LED 8x8, để phù hợp với các ma
trận lớn hơn với nhiều hàng, nhiêu cột thì cách xuất dữ liệu ra sẽ khác. Để đơn
giản em chỉ xin trình bày về ma trận chỉ có 8 hàng và tối đa là 64 cột tức là chỉ
hiện thị đợc một dòng chữ tối đa là 8 ký tự, tơng đơng với 8 ma trận cơ bản 8x8
ghép nối với nhau. Khi đó giá trị giải mã hàng là hoàn toàn không thay đổi, nhng
cách giải mã cột là hoàn toàn khác. Ta phải mở rộng phạm vi 8 bits của cổng

SV: Nguyễn Tiến Phơng

- 16 -

Lớp TC2 - HN

Đề tài thiết kế mạch hiển thị ma trận LED
song song. Trên lý thuyết 8 bits có thể tổ hợp đơn thuần là 28 =256 trờng hợp,
nhng nếu ta kết hợp với các cổng logic nh AND, NOT, OR, XOR hay NOR khác
ta có thể tạo ra vô số các trạng thái hay là có thể giải mã đợc vô số cột.

SV: Nguyễn Tiến Phơng

- 17 -

Lớp TC2 - HN