Chương 5 thiết kế và thi công

Chương 5: Thiết Kế Và Thi Công

GVHD: Đinh Thị Thanh Hoa

CHƯƠNG 5
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
5.1

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG:

DAO
DỘNG

RESET

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI CÔNG SUẤT

KHỐI HIỂN THỊ

KHỐI GIẢI MÃ
KHỐI GIAO TIẾP
MÁY TÍNH (RS232)

MÁY TÍNH

5.2

KHỐI NGUỒN

CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI:

5.2.1 Khối nguồn:
Trong một mạch điện tử thì bộ nguồn có vai trò rất quan trọng, nó quyết
định sự hoạt động hay ngưng hoạt động của mạch. Một bộ nguồn không tốt sẽ làm
cho mạch hoạt động kém ổn định và dể làm hỏng linh kiện. Vì vậy bộ nguồn ổn áp
tốt sẽ rất cần thiết cho các mạch điện tử ( mạch dùng các IC số).

Mạch Quang Báo Giao Tiếp Với Máy Tính Dùng Pic16F877A

61


Chương 5: Thiết Kế Và Thi Công

GVHD: Đinh Thị Thanh Hoa

Khối nguồn trong mạch được thiết kế với 2ic 7805 với dòng max của mỗi
con là 1A(ampe). Một con dùng để cấp cho khối xử lý và bàn phím, một con dùng
để cấp cho các khối còn lại để đảm bảo đủ dòng cho toàn mạch.
Ngoài ra bộ nguồn dùng trong mạch được thiết kế với hệ thông lọc nhiễu và
lọc nguồn nhờ các tụ lọc nguồn và tụ lọc nhiễu cao tầng, sau đó đươc qua ic
ổn áp 7805 nên làm cho bộ nguồn càng ổn định hơn.
5.2.1.1.SƠ ĐỒ MẠCH
VC C =5V
1

V IN

7805

G N D

U 1

VO U T

J1
3

1
2
2 2 0 u f /2 5 V

2

1

104

v ac

-

2

D 1

+

4

2
1

0

0

VC C =5V

7805

1
1 0 0 0 u f /2 5 V

V IN

G N D

3

U 2

VO U T

3

R 3
330
2 2 0 u f /2 5 V

J2
1
2

2

104

LED

0

0

Hình 5.2: Sơ đồ mạch nguồn ổn áp 5V
Do mạch nguồn được thiết kế gồm 2 IC ổn áp 7805 mà mỗi con có dòng max là
1A(ampe). 2con là 2A nên đảm bảo cung cấp đủ cho toàn mạch.
5.2.1.2. THIẾT KẾ

Để an toàn IC 7805 cung cấp dòng cho tải là: 100mA - 1A

Mạch Quang Báo Giao Tiếp Với Máy Tính Dùng Pic16F877A

62


Chương 5: Thiết Kế Và Thi Công

GVHD: Đinh Thị Thanh Hoa

Điện áp ngõ vào tối thiểu phải cao hơn điện áp ngõ ra 2V để mạch hoạt động
tốt. Trong đó tụ 1000uf/25v dùng để lọc (nguồn DC chưa ổn định) để ổn định điện
áp ngõ vào, tụ 104 dùng để lọc nhiễu cao tần, tụ 220uf/25v làm cho áp được phẳng
hơn.
5.2.2.Khối Xử Lý:
VC C =5V

D 3

10k

1N 4007

100

PA

1
0
1
2
3

2
3
4
5
6
7

104

R ESET

0

PC

33p

0
1
2
3
4
5
6
7

1
1
1
1
2
2
2
2

5

6
7
8
3
4
5
6

13
33p

P IC 1 6 F 8 7 7 A

PVN 1
M C L R * /V P P
R
R
R
R
R
R

A
A
A
A
A
A

0

1
2
3
4
5

/A N 0
/A N 1
/A N 2 /V R E F -/C V R E F
/A N 3 /V R E F +
/T 0 C K I/C 1 O U T
/A N 4 /S S * /C 2 O U T

R
R
R
R
R
R
R
R

C
C
C
C
C
C
C
C

0
1
2
3
4
5
6
7

/T 1 O S O /T 1 C K I
/T 1 O S I/C C P 2
/C C P 1
/S C K /S C L
/S D I/S D A
/S D O
/T X /C K
/R X /D T

O S C 1 /C L K IN

4M
14
12
31

0
0

O S C 2 /C L K O U T

R B 0 /IN T
R B1
R B2
R B 3 /P G M
R B4
R B5
R B 6 /P G C
R B 7 /P G D
R
R
R
R
R
R
R
R

D
D
D
D
D
D
D
D

0 /P
1 /P
2 /P

3 /P
4 /P
5 /P
6 /P
7 /P

S
S
S
S
S
S
S
S

P
P
P
P
P
P
P
P

0
1
2
3
4
5

6
7

R E 0 /R D */A N 5
R E 1 /W R */A N 6
R E 2 /C S * /A N 7

VSS
VSS

VD D
VD D

3
3
3
3
3
3
3
4

3
4
5
6
7
8
9
0

0
1
2
3
4
5
6
7

1
2
2
2
2
2
2
3

9
0
1
2
7
8
9
0

0
1

2
3
4
5
6
7

PD

R 3

8
9
10
11
32

PB

VC C =5V

330

CAPSLOCK
LED

0

K H O I X U LY

Khối xử lý: Do PIC 16F877A đảm nhiệm có nhiệm vụ xử lý tất cả các dữ
liệu của chương trình. Điều khiển dữ liệu đưa qua ic giải mã để hiển thị. Khối xử lý
được kết nối với bàn phím Hex để Điều khiển xuất nhập dữ liệu. Điều khiển truy xuất

dữ liệu và xử lý sau đó truyền đến các khối: công suất, giải mã và đệm để hiển thị
trên Led ma trận.
5.2.3.Khối Công Suất:
Khối công suất trong mạch dùng transistor A1015 có nhiệm vụ nâng dòng
cho cột của led ma trận. mỗi cột gồm 8 led đơn, tất cả gồm 32 cột nên cần
dùng 32 transistor. Các cột được quét với tần số 50Hz.

Mạch Quang Báo Giao Tiếp Với Máy Tính Dùng Pic16F877A

63


Chương 5: Thiết Kế Và Thi Công

GVHD: Đinh Thị Thanh Hoa

5.2.3.1.Sơ đồ mạch
VC C =5V

..............
LED 1

LED 2

LED 8

R B
A1015

R E

0

Hình 5.1: Mạch kéo dòng
Về phương diện công suất chính là việc nâng dòng cho dữ liệu cột và hàng
nhằm đảm bảo yêu cầu về dòng qua led ma trận.
Mạch kéo dòng dùng Transistor để kéo dòng cho 4led ma trận được chia làm
32 cột, mỗi cột gồm 8 led đơn mắc song song.
5.2.2.2. Tính toán
* Tính RE
Từ hiệu ứng sinh học của mắt tần số một Led chớp không nháy là:
40HzBảng Led thiết kế gồm 32 cột, vậy tần số quét toàn bảng Led là: fquet =
50x32=1600Hz
T=

Với fquet = 1600Hz  chu kỳ quét:

1
f quet

=

1
= 625us
1600

 Thời gian sáng trung bình của mỗi hàng led là: ttb = 1 / 32
LED đã chọn để thiết kế, từ thực nghiệm cho thấy dòng qua led ở chế độ
thường trực là 5mA-25mA, chọn dòng trung bình qua led là 10mA.
Mạch gồm 8 led đơn mắc song song cho mỗi cột nên:
Dòng IC cao nhất của A1015 là:
ICmax = 8 x 10 = 80 mA.
Do dùng Led ma trận 2 màu (đỏ và xanh) nên chọn điện áp cho led đỏ là 2V và
cho led xanh là 2.5V.
+ Tính RE cho led đỏ:
RE = (Vcc-(VLed + Vce))/Ic =(5-2.2)/80mA =35(Ω)
Chọn RE = 33(Ω)
Mạch Quang Báo Giao Tiếp Với Máy Tính Dùng Pic16F877A

64


Chương 5: Thiết Kế Và Thi Công

GVHD: Đinh Thị Thanh Hoa

+ Tính RE cho led xanh:
RE = (Vcc-(VLed + Vce))/Ic =(5-2.7)/80mA =28.75(Ω)
Chọn RE = 27(Ω)
* Tính RB:
Để transistor dẫn bảo hòa thì IB = k(Ic / β ) (A1015 có β = 80 và 2 ≤ k ≤ 5)
Vậy IB = 2.5(80/80mA) =2.5mA .
RB = (VB-VBE) / IB = (5-0.8) / 2.5mA =1.68k. Chọn RB = 1k5.

D25

D26
D27
D28
D29
D30
D31
D32
25
26
27
28
29
30
31
32
C
C
C
C
C
C
C
C

1
2
3
4
5
6

7
8

1
2
3
4
5
6
7
8

17
18
19
20
21
22
23
24
C
C
C
C
C
C
C
C

D17

D18
D19
D20
D21
D22
D23
D24

9
10
11
12
13
14
15
16
C
C
C
C
C
C
C
C

D9
D10
D11
D12
D13

D14
D15
D16

1
2
3
4
5
6
7
8
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
.8

1
2
3
4
5
6
7
8

1
1
1
1
1
1
1
1

1
2
3
4
5
6
7
8

H
H
H
H
H
H
H
H

1
2
3

4
5
6
7
8

33R

C
C
C
C
C
C
C
C

D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8

5.2.4.Khối hiển thị:

1
2

3
4
5
6
7
8

MAU DO

H
H
H
H
H
H
H
H

2
2
2
2
2
2
2
2

22R

.1

.2
.3
.4
.5
.6
.7
.8

MAU XANH
MAXTRIX 2MAU

K H O I H IE N T H I

Khối hiển thị được dùng trong mạch là gồm 4Led ma trận 8x8, được dùng
để hiển thị chữ, số, các ký tự đặc biệt. Hiển thị được chạy chữ cố định (từ phải
sang trái), chạy chữ nhập từ bàn phím, ngoài ra còn hiển thị được đồng hồ với thời
gian thực.

C17
C18
C19
C20
C21
C22
C23
C24
C25
C26
C27
C28

C29
C30
C31
C32

C16
C15
C14
C13
C12
C11
C10
C9
C8
C7
C6
C5
C4
C3
C2
C1

5.2.5.Khối giải mã.

1 .5 K

1 .5 K
VC C =5V

Y0

Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8
Y9
Y10
Y11
Y12
Y13
Y14
Y15
3
2
1
0

74H C 154

12

0

0
1
2
3

4
5
6
7

2
2
2
2

G N D

G 1
G 2

VC C
A
B
C
D

24

D
C
B
A

24

0
1
2
3

G 2
G 1
74H C 154

VC C

2
2
2
2

0

G N D

19
18

12

18
19

Y
Y

Y
Y
Y
Y

1
1
1
1
1
1
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y

5
4
3
2
1
0
9
8

7
6
5
4
3
2
1
0

1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
1
1
1
1

0
1
3
4

5
6
7

U 6

1
1
1
1
1
1
1
9
8
7
6
5
4
3
2
1

7
6
5
4
3
1
0

U 5

PD

K H O I G IA I M A
Mạch Quang Báo Giao Tiếp Với Máy Tính Dùng Pic16F877A

65


Chương 5: Thiết Kế Và Thi Công

GVHD: Đinh Thị Thanh Hoa

Khối giải mã được dùng trong mạch là hai loai IC 74hc154 và 74hc540.
+ IC74hc154 là ic số với 4 ngõ vào và 16 ngõ ra dùng để quét cột cho Led
ma trận, do trong mạch dùng 4led ma trận nên dùng 2 ic74hc154.
5.2.6 Khối giao tiếp máy tính
P1
1
6
2
7
3
8
4
9
5

R X
U 1
13
8
11
10

C O N N E C TO R D B9

1
3
4
5
2
6

C 1
10uF
C 2
10uF

R 1 IN
R 2 IN

R 1O U T
R 2O U T

T 1 IN
T 2 IN

T1O U T
T2O U T

C
C
C
C
V
V

1
1
2
2
+
-

+
+
-

12
9

TX

14
7

M A X232

VC C
10uFC 3
C 4
10uF

Nhiệm vụ của khối giao tiếp:
Làm nhiệm vụ giao tiếp giữ Vi Điều Khiển với máy vi tính khi cần nhập, thay đổi
thông tin hiển thị. Giao tiếp được dùng là thông qua cổng COM của máy
tính.Dùng IC đệm là Max232.
Khi ghép cổng COM máy tính với vi điều khiển hay mạch TTL cần phải có mạch
chuyển mức TTL sang 232 và ngược lại . Lí do là vi điện áp của cổng COM máy
tính là mức 15V trong khi mức điện áp tham chiếu tín hiệu vủa vi điều khiển hay
mạch TTL là 5V. Các vi mạch thường dùng là MC1488, MC1489, MAX232,
DS275…Loại MAX232 là thông dụng hơn cả vì chỉ cần nguồn 5v .
5.2.7. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Mạch Quang Báo Giao Tiếp Với Máy Tính Dùng Pic16F877A

66