THIẾT kế MẠCH đếm SẢN PHẨM HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN từ 00 99 dùng PIC (có code và sơ đồ mạch)

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM
HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN (00 - 99)


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VE

2


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PIC
RAM
EEPROM

Programable Intelligent Computer
Random Access Memory
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

3


4


ĐỒ ÁN 1
Trang 5/23

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU LINH KIỆN

1.1 Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F877A
PIC là tên viết tắt của “Programable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình
thông minh). PIC là một họ vi điều khiển chạy một lệnh một chu kỳ máy, gồm 40 chân,
mỗi chân có một chức năng khác nhau. Trong đó có môt số chân đa công dụng.

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 6/23

1.1.1

Môt vài thông số của vi điều khiển PIC16F877A

Hình1.1 Sơ đồ chân của PIC 16F877A

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 7/23

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với các tập lệnh gồm 35 lệnh có
độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ
hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ

chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu
EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.

• Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
_Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
_Timer1: bộ đếm 16 bit, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock
ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
_Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
_ Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung.
_ Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
_ Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
_ Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển
RD, WR, CS ở bên ngoài.
_Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit, hai bộ so sánh.

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 8/23

1.1.2

Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC 16F887A

Hình1.2 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F887A

1.1.3

Tổ chức bộ nhớ

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F887 bao gồm bộ nhớ chương trình
(Program memory) và bộ nhớ dữ liệu ( Data memory).
1.1.3.1 Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F887 là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ
8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page 0 đến page 3). Như
vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024=8192 lệnh (vì một lệnh sau
khi mã hóa sẽ có dung lượng một word (14 bits).

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 9/23

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 10/23

Hình1.3 Bộ nhớ chương trình PIC 16F887A

1.1.3.2Bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối với
PIC16F887 bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm bốn bank. Mỗi bank có dung lượng 128
bytes, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register)
nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose
Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên
được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank của bộ nhớ
dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình.
1.1.4

Các cổng xuất nhập của PIC 16F887A

Cổng xuât nhập của PIC gồm nhiều chân I/O, tùy theo chúc năng mà mỗi cổng có
số lượng chân khác nhau. Một số chân xuất nhập còn có thêm chức năng khác để thể
hiện sự tác động của các đặc tính nêu trên đối với thế giới bên ngoài. Chức năng của
từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và điều khiển được
thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó.
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập với 33 pin I/O, bao gồm PORTA
(6 pin), PORTB (8 pin), PORTC (8 pin), PORTD (8 pin) và PORTE (3 pin).
1.1.4.1PORTA
PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều”, nghĩa là có thể xuất và
nhập được. Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h).
Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 11/23

Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là input, ta “set” bit điều khiển

tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng
của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó
trong thanh ghi TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các
thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA và TRISA, đối với PORTB là
TRISB, đối với PORTC là TRISC, đối với PORTD là TRISD và đối với PORTE là
TRISE). Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog
ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master
Synchronous Serial Port).

•
−
−
−
−
−

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:
PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA.
TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập.
CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh.
CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp.
ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC.
1.1.4.2PORTB

PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB.
Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương
trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. PORTB còn liên quan đến ngắt
ngoại vi và bộ Timer0. PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được
điều khiển bởi chương trình.

•
−
−
−

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:
PORTB (địa chỉ 06h, 106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB
TRISB (địa chỉ 86h, 186h) : điều khiển xuất nhập
OPTION_REG (địa chỉ 81h, 181h) : điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0.

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 12/23

1.1.4.3PORTC
PORTC (RPC) gồm 8 I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC. Bênh
cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và
các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.

• Các thanh ghi điều khiển liên quan đến PORTC:
− PORTC (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong PORTC
− TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập.
1.1.4.4PORTD
PORTD (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ức là TRISD.
PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port).

• Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:
− Thanh ghi PORTD : chứa giá trị các pin trong PORTD.
− Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập.
1.1.4.5PORTE
PORTE (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE.
Các chân của PORTE có ngõ vào là analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều
khiển của chuẩn giao tiếp PSP.

•
−
−
−

Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:
PORTE : chứa giá trị các chân trong PORTE.
TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP.
ADCON1 : thanh ghi điều khiển khối ADC.
1.2 Quang trơ

Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh. Điện trở tối (khi không
được chiếu sáng - ở trong bóng tối) thường trên 1M, trị số này giảm rất nhỏ có thể dưới
100 ôm khi được chiếu sáng mạnh.

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 13/23

Hình1.4 hình dạng quang trơ

Hình1.5 kí hiệu quang trơ

Nguyên lý làm việc của quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể
là Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh các điện tử tự do
tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn. Các đặc tính điện và độ
nhạy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo.

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 14/23

Hình1.6 biểu đồ quang trơ

− Về phương diện năng lượng, ta nói ánh sáng đã cung cấp một năng lượng E=h.f để

các điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện, như vậy năng lượng cần thiết h.f
phải lớn hơn năng lượng của dãi cấm.
− Vài ứng dụng của quang điện trở:
− Quang điện trở được dùng rất phổ biến trong các mạch điều khiển.

1.3 Laze
Điện áp hoạt động: 5V
Đây là một đầu laser màu đỏ phát ra một chùm tia laser song song. Trong điều khiện

không có sương mù, khói, chúng ta sẽ nhìn thấy một chấm đỏ.

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 15/23

Hình1.7 hình dạng laze

1.4 Điện trơ

Hình1.8 hình dạng điện trơ

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện
tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở vô
cùng lớn.

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 16/23

Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở. Yêu
cầu cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời

gian,...Điện trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngược lại.
Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ
Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây
được tính theo công thức sau:
Trong đó:
là điện trở suất phụ thuộc vào chất liệu
L là chiều dài dây dẫn
S là tiết diện dây dẫn
R là điện trở đơn vị là Ohm
1.5 Tụ điện

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 17/23

Hình1.9 hình dạng tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các
mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch
truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động,……
Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp
cách điện gọi là điện môi.
Dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hóa chất làm chất điện môi và tụ điện
cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi như tụ giấy, tụ gốm, tụ
hóa.
Khi tụ nạp điện thì tụ sẽ bắt đầu nạp điện từ điện áp 0V tăng dần đến điện áp

UDC theo hàm số mũ đối với thời gian t. Điện áp tức thời trên hai đầu tụ được
tính theo công thức:
Khi tụ xả điện thì điện áp trên tụ từ trị số VDC sẽ giảm dần đến 0V theo
hàm số mũ đối với thời gian t. Điện áp trên hai đầu tụ khi xả được tính theo
công thức:
Trong đó:
t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s)
e = 2,71828
= RC đơn vị là giây (s)
Công thức tính điện dung tụ:
là hằng số điện môi
Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 18/23

S là diện tích bề mặt tụ m2

d là bề dày chất điện môi
1.6 IC 7805
Họ IC 78xx là một dòng linh kiện có ba chân: INPUT, GND và OUTPUT. Được
ứng dụng trong mạch nguồn cung cấp cho hệ thống logic, đo lường … Đảm bảo ngõ ra
luôn luôn giữ ở mức cố định.

IC

Điện áp ngõ ra

7805

5v

7812

12v

7815

15v

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 19/23

Hình1.10 sơ đồ chân IC 7805

1.7 Led 7 đoạn đôi

Hình1.11 sơ đồ chân led 7 đoạn đôi

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy

ĐỒ ÁN 1
Trang 20/23

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 21/23

CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG
2.1 Sơ đồ hệ thống

Hình2.1 sơ đô khối

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 22/23

− Khối nguồn: tạo điện áp ổn định 5V để cung cấp cho các khối và linh kiện trong
mạch.

− Khối xử lý trung tâm: nhận tín hiệu từ khối điều khiển led 7 thanh rồi xuất tín hiệu

ra khối hiển thị.
− Khối điều khiển led 7 thanh: xuất tín hiệu đến khối xử lý trung tâm
− Khối hiển thị: nhận tín hiểu từ khối xử lý trung tâm và hiển thị các kí tự theo
chương trình trong khối xử lý trung tâm.

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 23/23

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình3.1 sơ đồ nguyên lý

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 24/23

3.2 Sơ đồ mạch in

Hình3.2 sơ đồ mạch in

3.3 Mạch hoàn chỉnh

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy


ĐỒ ÁN 1
Trang 25/23

Hình3.3 mạch thực tế

3.4 Nguyên lý hoạt động
Khi khởi động mạch, vi điều khiển sẽ nhận tín mức tín hiệu 0 hoặc 1 từ quang trở và
khi có xung cạnh lên, led 7 thanh sẽ nhận được tín hiệu nhờ vào 2 chân quét led của vi
điều khiển và hiển thị từ 00 đến 99.
3.5 Lưu đồ giải thuật

Thiết Kế Mạch Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên Led 7 Đoạn

SVTH: Vy Ngọc Duy