NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BẢNG HIỆU LED

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
BẢNG HIỆU LED

Họ và tên sinh viên: LÊ VĂN HIỆP
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên học: 2006-2010

Tháng 08/2010


NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BẢNG HIỆU LED

Sinh viên thực hiện

LÊ VĂN HIỆP

Khóa luân được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn
KS. Đào Duy Vinh

Tháng 8 năm 2010
i

LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả Quý Thầy / Cô ở trường Đại học Nông Lâm
TP.Hồ Chí Minh và Quý Thầy / Cô trong khoa Cơ Khí đã trang bị cho em những kiến
thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường .
Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ em nhiệt
tình trong thời gian thực hiện Khóa luận tốt nghiệp .
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với Thầy Đào Duy Vinh đã tận tình
hướng dẫn em trong quá trình làm Khóa luận tốt nghiệp .
Đặt biệt, em xin cảm ơn Quý Thầy / Cô trong Hội Đồng đã dành thời gian nhận
xét và góp ý để Khóa luận của em hoàn thiện hơn .
Cuối cùng , em xin gởi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã động
viên , ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình hoàn thành
Khóa luận tốt nghiệp .

Thành Phố Hồ Chí Minh , Ngày 20 Tháng 7 Năm 2010
Sinh viên thực hiện

Lê Văn Hiệp

TÓM TẮT
ii


Đề tài nghiên cứu “nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo bảng hiệu LED” được
tiến hành tại bộ môn cơ điện tử, thời gian từ 03/2010 đến 07/2010. Với phương pháp
nghiên cứu, tính toán, thiết kế từ lý thuyết đến thực nghiệm và quá trình chế tạo.
Kết quả thu được như sau:
 Ba mô hình được thiết kế, thi công với ba loại LED thông dụng: LED đơn, LED 7
đoạn, LED ma trận.
 Kết quả khi thử nghiệm các mô hình đã thiết kế, thi công chạy khá ổn định.

 Thiết kế được những mạch điều khiển có thể điều khiển cho những tải có dong và
áp lớn.

DANH SÁCH HÌNH
iii


DANH SÁCH HÌNH...................................................................................iii
DANH SÁCH BẢNG..................................................................................vi
BẢNG Trang............................................................................................vi
MỤC LỤC................................................................................................vii
Trang
tựa ...........................................................................................................
...................i..........................................................................................vii
Hình 2.1: Giản đồ vùng năng lượng vẽ theo hàm xung lượng p..............4
Hình 2.2: Cấu tạo và ký hiệu của LED đơn..............................................4
Hình 2.3: Đặc tuyến phổ của LED đơn.....................................................5
Hình 2.4: Các LED đơn thường gặp.........................................................8
Hình 2.5: Sơ đồ LED 7 đoạn.....................................................................8
Hình 2.6: Sơ đồ LED 7 đoạn Anot chung (a) và Catot chung (b)...........10
Hình 2.7: LED 7 đoạn.............................................................................11
Hình 2.8: LED ma trận 8x8 hàng Anode – cột Cathode.........................12
Hình 2.9: LED ma trận 8x8 một màu (a) và ba màu (b)........................13
Hình 2.10 : LED ma trận........................................................................14
Hình 2.11: Sơ đồ khối bên trong của IC 4017........................................15
Hình 2.12: Sơ đồ chân của IC 4017.......................................................15
Hình 2.13 : IC CD4017...........................................................................17
Hình 2.14 : Sơ đồ của một ngõ vào và ngõ ra tương đương..................17
Hình 2.15 : Sơ đồ khối bên trong của IC 74HC192................................18
Hình 2.16: Sơ đồ chân của IC 74HC192................................................19

Hình 2.17: Sơ đồ của một ngõ vào và ngõ ra tương đương...................20
Hình 2.18: Sơ đồ chân IC 74HC194.......................................................21
Hình 2.19: Sơ đồ khối bên trong của 6B595..........................................22
Hình 2.20: Sơ đồ chân của IC 6B595.....................................................23
Hình 2.21: Sơ đồ khối bên trong của DS12C887...................................23
RESET: Ngõ vào reset Hình 2.22: Sơ đồ chân DS12C887.....................24
Hình 2.23: DALLAS DS12C887...............................................................24
Hình 2.24: Cấu tạo MOSFET ngược kênh N............................................25
Hình 2.25: Mạch tương đương cho hoạt động của MOSFET..................25
Hình 2.26: MOSFET kênh có sẵn loại N (a) và loại P (b)........................26
Hình 2.27: MOSFET................................................................................27
Hình 2.28: Sơ đồ chân của 89S52.........................................................28
Hình 2.29: Ảnh vi điều khiển 89S52......................................................31
Hình 2.30: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn..............................................32
Hình 2.31: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bằng IC CD4017.............33
Hình 2.32: Dạng xung ở ngõ ra IC 555..................................................33
Hình 2.33: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển dùng IC 89S52...............34
iv


Hình 4.1: Bảng đèn quảng cáo tại siêu thị CO.OP MART.......................38
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển dùng IC số 4017...............38
Hình 4.3: Bảng tỷ giá tại tiệm vàng......................................................39
Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý hiển thị của một LED 7 đoạn.......................40
Hình 4.5: Bảng tỷ giá của ngân hàng....................................................40
Hình 4.6: Khung bảng hiệu LED đơn......................................................42
Hình 4.7: Sơ đồ khối hiển thị LED đơn...................................................42
Hình 4.8: LED 7 đoạn được chế tạo.......................................................45
Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý của 4 LED ma trận.......................................46
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển mô hình LED đơn............47

Hình 4.11: Lưu đồ giải thuật chương trình chính điều khiển bảng LED
đơn........................................................................................................49
Hình 4.12: Lưu đồ giải thuật chương trình con thứ nhất.......................50
Hình 4.13: Lưu đồ giải thuật chương trình con thứ hai..........................51
Hình 4.14: Lưu đồ giải thuật chương trình con thứ ba...........................52
Hình 4.15: Lưu đồ giải thuật chương trình con thư tư...........................53
Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển khối LED 7 đoạn.............54
Hình 4.17: Lưu đồ giải thuật chương trình chính và chương trình con. .55
Hình 4.18: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cho khối LED ma trận.....56
Hình 4.19: Lưu đồ giải thuật chương trình cho khối LED ma trận.........57
Hình 4.20: Lưu đồ giải thuật chương trình con màu đỏ.........................58
Hình 4.21: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn..............................................59
Hình 4.22: Mô hình LED đơn ghép chạy chữ..........................................59
..............................................................................................................60
Hình 4.23: Mạch điều khiển cho khối hiển thị LED đơn.........................60
Hình 4.24: Mô hình LED 7 đoạn.............................................................60
Hình 4.25: Mạch điều khiển cho khối LED 7 đoạn.................................61
Hình 4.26: Mô hình LED ma trận...........................................................61
Hình 4.27: Mạch điều khiển khối LED ma trận......................................61

v


DANH SÁCH BẢNG

BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Một số thông số kỹ thuật của LED đơn...................................7

Bảng 2.2: Bảng mã tín hiệu điều khiển của LED mã đoạn......................9
Bảng 2.3: Bảng thông số kỹ thuật của LED 7 đoạn...............................10
Bảng 2.4: Các thông số kỹ thuật của LED ma trận (UVP-2X88AA)........14
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của IC 4017.............................................16
Bảng 2.6: Bảng chân trị của IC 74HC192..............................................18
Bảng 2.7: Một số thông số kỹ thuật của IC 74HC192............................18
Bảng 2.8: Bảng chân trị.........................................................................20
Bảng 2.9: Một số thông số kỹ thuật của IC 74HC194............................21
Bảng 2.10: Bảng chân trị của 6B595.....................................................22
Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật của MOSFET (IRF9540NL)......................26
Bảng 2.12: Bảng chức năng đặc biệt của các chân ở port3..................29
Bảng 2.13: Thanh ghi trạng thái...........................................................31
Bảng 4.1: Các giá trị điện trở gắn trong hàng không đủ 12 con LED....43
Bảng 4.2: Thống kê số LED, số hàng, giá trị điện trở mắc thêm trên
từng chữ cái..........................................................................................44
Bảng 4.3: Bảng phân cụm cho LED chạy xung quanh..........................44
Bảng 4.4: Thứ tự chân dùng để điều khiển...........................................47

vi


MỤC LỤC

Trang tựa ..............................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................ii
TÓM TẮT..................................................................................................ii
MỞ ĐẦU...................................................................................................1
1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài............................................................2
Chương 2.................................................................................................3
TỔNG QUAN............................................................................................3

2.1.1 LED đơn....................................................................................3
2.1.2 LED 7 đoạn...............................................................................8
2.1.3 LED ma trận...........................................................................11
2.1.4 Giới thiệu về IC số..................................................................15
2.1.4.1 IC 4017............................................................................15
2.1.4.2 IC 74192..........................................................................17
2.1.4.3 IC 74HC194......................................................................19
2.1.4.4 Thanh ghi dịch 8 bit 6B595..............................................21
2.1.4.5 Đồng hồ thời gian thực DALLAS DS12C887.....................23
2.1.5 MOSFET..................................................................................25
Chương 3...............................................................................................35
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................................35
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài......................................35
3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài......................................................35
3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài.........................................35
3.2 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu..................................................35
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu.............................................................35
3.2.2 Thiết bị phục vụ cho quá trình thực hiện đề tài.....................35
3.3 Phương pháp thực hiện đề tài......................................................36
3.3.1 Phương pháp lý thuyết..........................................................36
3.3.2 Phương pháp thực nghiệm.....................................................36
Chương 4...............................................................................................38
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................................38
4.1 Khảo sát và chọn mô hình............................................................38
4.1.1 Khảo sát mô hình trong thực tế.............................................38
4.1.1.1 Siêu thị khu CO.OP MART.................................................38
4.1.1.2 Khảo sát bảng thông báo tỷ giá.......................................39
4.1.1.3 Khảo sát ngân hàng ACB.................................................40
4.1.2 Chọn mô hình.........................................................................41
vii

4.1.2.1 Khối hiển thị.....................................................................41
4.1.2.2 Phương pháp điều khiển..................................................41
4.2.1Tính toán thiết kế cơ khí.........................................................41
4.2.1.1Chọn vật liệu chế tạo bảng hiệu LED................................41
4.2.1.2 Khung bên ngoài của bảng hiệu LED...............................42
4.2.2 Tính toán, thiết kế phần điện tử...........................................42
4.2.2.1 Tính toán thiết kế phần hiển thị......................................42
4.2.2.1.1 Sử dụng LED đơn để ghép thành dòng chữ cố định. .42
4.2.2.1.2 Chế tạo các LED 7 đoạn lớn.......................................45
4.2.2.1.3 Hiển thị các chữ bằng LED ma trận...........................46
4.2.2.2 Thiết kế mạch điều khiển hiển thị...................................46
4.2.2.2.1 Mạch điều khiển cho khối hiển thị LED đơn...............46
4.2.2.2.2 Thiết kế mạch điều khiển cho khối LED 7 đoạn.........53
4.2.2.2.3 Mạch điều khiển cho khối LED ma trận.....................55
4.2.2.3 Thiết kế mạch nguồn.......................................................59
4.3 Kết quả thực hiện.........................................................................59
4.3.1 Dùng LED đơn để ghép chạy chữ “BM_ CƠ ĐIỆN TỬ”...........59
4.3.2 Dùng LED đơn để ghép thành đồng hồ số lớn.......................60
4.3.3 Thiết bị chạy chữ kiểu LED ma trận đã được chế tạo............61
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...........................................................................62
5.1 Kết luận.......................................................................................62
5.2 Đề nghị.........................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................63
PHỤ LỤC................................................................................................64

viii

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Tổng quan về đề tài
Ngày nay khi nền kinh tế của nước ta đang trên đà hội nhập, Nền kinh tế đã phát triễn
hơn trước rất nhiều và các công ty xí nghiệp ồ ạc được thành lập và ngày càng được
khẳng định. Để xây dựng thương hiệu cho công ty vấn đề maketing đang được chú trọng
đầu tư cao.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp để quảng bá công ty tới với khách hàng như tờ
rơi, băng rôn, sử dụng truyền thanh, truyền hình… tuy nhiên tùy quy mô của công ty khác
nhau mà người ta chọn lựa hình thức quảng bá phù hợp với kinh phí đầu tư.
Phương pháp sử dụng bảng quảng cáo có sử dụng điện tử được nghiên cứu và ứng
dụng trong thời gian gần đây. Đứng trước nhu cầu đó cần phải có một đề tài ghiên cứu về
cách thiết kế chế tạo và tính toán giảm giá thành cũng như tăng độ bền cho thiết bị khi
đưa ra sử dụng.
Dưới sự hướng dẫn của các thầy cô trong khoa Cơ Khí Công Nghệ Trường Đại Học
Nông Lâm Tp.Hồ Chí Minh đễ thực thiện đề tài:
“Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo bảng hiệu LED”
1.2 Giới hạn đề tài
 Do bước đầu thiết kế đề tài nên còn nhiều hạn chế nhất định. Vì thế, sinhviên thực
hiện đề tài chỉ chú trọng nghiên cứu những vấn đề chính sau:
- Tìm hiểu vi mạch dùng IC số và VĐK (Vi điều khiển).
- Lập trình cho VĐK sử dụng ngôn ngữ Assembly.
- Thiết kế, chế tạo bảng hiệu dùng LED điện tử với 3 loại LED phổ biến là đơn , ma
trận , 7 đoạn. Phương pháp điều khiển chủ yếu dùng vi điều khiển.
1


1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài
- Tìm hiểu và chế tạo bảng hiệu Led được điều khiển bằng mạch số và điều khiển
bằng Vi điều khiển từ đó so sánh và chọn lựa phương pháp tối ưu.

- Tính toán, thiết kế và chế tạo bảng hiệu dùng led đơn ghép chữ quảng cáo.
- Tính toán, thiết kế và chế tạo đồng hồ số sử dụng nhiều led đơn để tạo ra led 7 đoạn
có kích thước lớn.
- Chế tạo mạch dùng led ma trận để chạy chữ quảng cáo.

2


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1 Một số linh kiện được sử dụng trong đề tài
2.1.1 LED đơn
 Sơ đồ cấu tạo
LED đơn có cấu tạo gồm một Điốt phát quang là một linh kiện bán dẫn thuộc
nhóm điện - quang (biến đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng), hoạt động dựa
trên hiện tượng tái hợp bức xạ tức là hiện tượng giải phóng ra các photon, khi có tái hợp
trực tiếp giữa điện tử và lỗ trống .
Về mặt cấu tạo, điốt phát quang (LED) gồm một chuyển tiếp P-N chế tạo bằng chất
bán dẫn có giản đồ vùng năng lượng thích hợp, ví dụ GaAs. Ở loại bán dẫn này điểm thấp
nhất của đáy vùng dẫn điện và điểm cao nhất của vùng hóa trị tương ứng với cùng xung
năng lượng p của điện tử . vì vậy khi một điện tử ở trạng thái kích thích từ vùng dẫn điện
nhảy trở về tái hợp với một lỗ trống trong vùng hóa trị, quá trình tái hợp này theo cơ chế
di chuyển thẳng (thay đổi năng lượng giữ nguyên xung lượng) và bức xạ ánh sáng (hiện
tượng tái hợp bức xạ). Còn vật liệu bán dẫn khác như Ge, Si, cấu trúc vùng năng lượng
không như trường hợp trên: điểm thấp nhất của đáy vùng dẫn điện và đỉnh cao nhất của
vùng hóa trị tương ứng với các giá trị xung lượng khác nhau .
Vì vậy quá trình tái hợp giữa điện tử và lỗ trống chỉ diễn ra theo cơ chế di chuyển
xiên (thay đổi năng lượng sẽ kèm theo với sự thay đổi xung lượng). Loại tái hợp này
không bức xạ ra ánh sáng (photon) mà chỉ truyền năng lượng cho dao động của mạng

tinh thể (phonon).

3


a) GaAs

b) Si

Hình 2.1: Giản đồ vùng năng lượng vẽ theo hàm xung lượng p
Để có hiện tượng tái hợp bức xạ mạnh phải làm cho chất bán dẫn ở trạng thái kích
thích, có nồng độ điện tử thấp hơn trong vùng dẫn điện cũng như nồng độ lỗ trống cao
hơn trong vùng hóa trị. Điều này đạt được bằng cách dùng một chuyển tiếp P-N suy biến
(chuyển tiếp của hai bán dẫn có nồng độ tạp rất cao: P++, N++) phân cực thuận. Trong
trạng thái đó sẽ có hiện tượng phun hạt dẫn ở mức độ cao (lỗ trống từ P++ phun sang N+
+, điện tử từ N++ phun sang P++) và kèm theo đó là hiện tượng tái hợp bức xạ làm phát
ra ánh sáng.

Hình 2.2: Cấu tạo và ký hiệu của LED đơn.
4


 Nguyên lý hoạt động:
Để đặc trưng cho hoạt động của LED, người ta dùng các tham số :
- Hiệu suất lượng tử trong:
Hiệu suất lượng tử trong xác định tỷ số giữa số lượng photon bức xạ và tổng số
lượng hạt dẫn vượt qua hàng rào thế của chuyển tiếp P-N .
- Hiệu suất lượng tử ngoài:
Hiệu suất lượng tử ngoài xác định tỷ số giữa số lượng photon phát ra bên ngoài
(không bị phản xạ qua các mặt ranh giới) và tổng số lượng hạt dẫn vượt qua hàng rào thế

của chuyển tiếp P-N.
Hiệu suất lượng tử phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn, công nghệ chế tạo cũng như
hình dáng của LED. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường: nhiệt độ môi
trường tăng hiệu suất lượng tử giảm .
- Đặc tuyến phổ:
Tùy vào vật liệu chế tạo mà ánh sáng phát ra có tầng số khác nhau. Các LED được
chế tạo từ GaAs (để mắt thường nhìn thấy được, người ta cho ánh sáng hồng ngoại đó đập
vào chất phản quang). Các LED được chế tạo từ GaAs pha phosphore (GaAsP) phát ánh
sáng trông thấy (màu đỏ hoặc màu vàng). Còn LED chế tạo từ GaP cho ánh sáng màu
vàng hoặc xanh.

Hình 2.3: Đặc tuyến phổ của LED đơn
5


- Thời gian tác dụng
Thời gian tác dụng là quảng thời gian kể từ khi có xung điện áp đặt vào LED cho
đến khi xuất hiện các bức xạ ánh sáng. Đối với phần lớn các điốt phát quang, thời gian
này rất bé, khoảng 1ns.
Điện áp thuận đặt vào LED thường khoảng 1v ÷ 2v tương ứng với dòng điện thuận
khoảng vài chục mA. Trong phạm vi dòng điện nhỏ, cường độ ánh sáng phát ra gần như
tăng tuyến tính với trị số của dòng điện thuận. Nhưng khi làm việc với dòng điện quá lớn
nhiệt tỏa ra lớn làm hiệu suất lượng tử giảm. Về phía ngược, các LED có điện thế ngược
cực đại cho phép nhỏ hơn nhiều so với điốt silic, thông thường khoảng chỉ 3V ÷ 5V.
 Phân loại LED đơn
Có nhiều cách phân loại LED đơn như, có thể dựa vào những đặc điểm bên trong
cũng như bên ngoài để phân loại. Có thể phân loại như sau:
- Dựa vào màu sắc
Màu sắc ánh sáng mà LED phát ra, có rất nhiều loại nhưng chủ yếu là những màu
như: màu đỏ, màu xanh, màu vàng…

- Dựa vào hình dáng bên ngoài
Có hai loại chính là LED tròn và LED vuông. LED tròn (LED vuông) cũng có thể
chia thành nhiều loại với kích thướt lớn nhỏ khác nhau.
- Dựa vào đặc tính chiếu sáng
Chia làm 2 loại chính là OUTDOOR (LED dùng chiếu sáng trong nhà) và INDOOR
(LED dùng chiếu sáng ngoài trời).
 Chức năng của LED đơn
Với những đặc tính kỹ thuật như đã tìm hiểu ở phần trước, LED đơn có nhiều chức
năng như sau:
- Dùng làm các bảng quang báo.
- Dùng làm đèn báo tín hiệu (trong các mạch nguồn, đèn giao thông).
6


- Với nhiều màu sắc nên LED cũng được dùng để tạo ra những loại ánh sáng để trang
trí.
- LED còn được ứng dụng để làm những màn hình hiển thị.
- Dùng làm các loại cảm biến quang.
 Thông số kỹ thuật
Bảng 2.1: Một số thông số kỹ thuật của LED đơn

7


Một số hình ảnh về LED và sản phẩm của LED đơn trong thực tế.

Hình 2.4: Các LED đơn thường gặp
2.1.2 LED 7 đoạn
 Sơ đồ cấu tạo
Một con LED 7 đoạn được cấu thành từ 7 thanh LED đơn. Liên kết với nhau theo

1 thứ tự nhất định để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9 và các kí tự A, B, C, D, E, F. Ngoài ra,
nó còn thêm 1 LED đơn dùng để hiển thị dấu chấm thể hiện số thập phân.

Hình 2.5: Sơ đồ LED 7 đoạn
 Nguyên lý hoạt động
LED 7 đoạn dùng để hiển thị chữ số và chữ cái. Tùy theo từng loại LED 7 đoạn
khác nhau mà chúng có nguyên lý hoạt đông khác nhau. Nhưng chúng có điểm chung đó
là sự hiển thị của chúng tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển đưa vào các chân A, B, C, D, E,
F, G.

8


Ở đây ta sẽ xét nguyên lý hoạt động của loại LED 7 đoạn có common cathode (cực
âm chung). Nghĩa là, khi tín hiệu điều khiển là mức 1 thì đoạn LED tương ứng sẽ sáng và
ngược lại.
Dưới đây là bảng tín hiệu điều khiển gởi vào LED 7 đoạn khi muốn hiển thị chữ
số hay chữ cái (không dấu).
Bảng 2.2: Bảng mã tín hiệu điều khiển của LED mã đoạn

A

B

C

D

E

F

G

Chữ (số) hiển thị
Tín hiệu điều khiển
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E

Mã
Hex

1
0
1
1
0

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

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

1
1
0

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

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

1

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

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

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

3F
06
5B
4F
66
6D
7D
07
7F
6F
77
7C
39

5E
79

 Phân loại LED 7 đoạn
Có nhiều cách phân loại LED 7 đoạn. Như dựa vào: hình dạng, màu sắc, mức độ
phát sáng, cách ghép nối. Nhưng chủ yếu để phân biệt LED 7 đoạn người ta dựa vào cách
ghép nối.
9


Dựa vào cách ghép nối người ta chia LED 7 đoạn thành 2 loại:
- LED 7 đoạn cực dương chung (Commom anode): cực dương của các đoạn LED sẽ
được nối chung với nhau, còn cực âm sẽ được đưa ra ngoài các chân riêng.
- LED 7 đoạn cực dương chung (Commom cathode): cực âm của các đoạn LED sẽ
được nối chung với nhau, còn cực dương sẽ được đưa ra ngoài các chân riêng.

(a)

(b)

Hình 2.6: Sơ đồ LED 7 đoạn Anot chung (a) và Catot chung (b)
 Chức năng LED 7 đoạn
Với cấu tạo từ những đoạn LED đơn như đã trình bày, LED 7 đoạn có rất nhiều
chức năng như là: thể hiện các con số: ứng dụng trong đồng hồ số, bảng tỷ giá.
 Thông số kỹ thuật của LED 7 đoạn

Bảng 2.3: Bảng thông số kỹ thuật của LED 7 đoạn

10

Hình 2.7: LED 7 đoạn
2.1.3 LED ma trận
 Sơ đồ cấu tạo
Ma trận LED bao gồm nhiều LED đơn bố trí thành hàng và cột trong một vỏ. Các
tín hiệu điều khiển cột được nối với Anode của tất cả các LED trên cùng một cột. Các tín
hiệu điểu khiển hàng cũng được nối với Cathode của tất cả các LED trên cùng một hàng.
Hoặc ngược lại các tín hiệu điều khiển cột được nối với Cathode của tất cả các LED trên
cùng một cột. Các tín hiệu điểu khiển hàng cũng được nối với Anode của tất cả các led
trên cùng một hàng.

11


Hình 2.8: LED ma trận 8x8 hàng Anode – cột Cathode
 Nguyên lý hoạt động của LED ma trận
Khi có một tín hiệu điều khiển ở cột và hàng, các chân Anode của các LED trên cột
tương ứng được cấp điện áp mức 1, đồng thời các chân Cathode của các led trên hàng
tương ứng được được cấp điện áp thấp. Tuy nhiên lúc đó chỉ có một LED sáng, vì nó có
đồng thời điện thế cao trên Anode và điện thế thấp trên Cathode. Như vậy khi có một tín
hiệu điều khiển hàng và cột, thì tại một thời điểm chỉ có duy nhất một led tại chỗ gặp
nhau của hàng và cột là sáng. Các bảng quang báo với số lượng LED lớn hơn cũng được
kết nối theo cấu trúc như vậy.
Trong trường hợp ta muốn cho sáng đồng thời một số led rời rạc trên ma trận, để
hiện thị một kí tự nào đó, nếu trong hiển thị tĩnh ta phải cấp áp cao cho Anode và áp thấp
cho Cathode, cho các led tương ứng mà ta muốn sáng. Nhưng khi đó một số led ta không
mong muốn cũng sẽ sáng, miễn là nó nằm tại vị trí gặp nhau của các cột và hàng mà ta
cấp nguồn. Vì vậy trong điều khiển LED ma trận ta không thể sử dụng phương pháp hiển
thị tĩnh mà phải sử dụng phương pháp quét (hiển thị động), có nghĩa là ta phải tiến hành
12

cấp tín hiệu điều khiển theo dạng xung quét trên các hàng và cột có LED cần hiển thị. Để
đảm cho mắt nhìn thấy các LED không bị nháy, thì tần số quét nhỏ nhất cho mỗi chu kì là
khoảng 20Hz (50ms).Trong lập trình điều khiển LED ma trận bằng vi xử lý ta cũng phải
sử dụng phương pháp quét như vậy.
 Phân loại LED ma trận
Cũng như LED đơn và LED 7 đoạn, LED ma trận cũng được phân loại dựa theo
nhiều đặc tính như: hình dáng, mức độ chiếu sáng, số lượng hàng-cột và số màu sắc.
Ở đây LED ma trận sẽ được phân loại theo số lượng hàng-cột. LED ma trận có
nhiều loại nhưng hai loại được sử dụng nhiều là:
- Loại 5x7 (7 cột và 5 hàng) có thể phát ra ánh sáng màu đỏ, màu đỏ và màu vàng.
- Loại 8x8 (8 hàng và 8 cột) cũng như loại 5x7 có thể phát sáng một màu, hai màu,
ba màu.

(a)

(b)

Hình 2.9: LED ma trận 8x8 một màu (a) và ba màu (b)
LED ba màu gồm màu xanh, đỏ, vàng. Mỗi điểm ảnh có 2 đèn LED màu đỏ và màu
xanh, màu vàng được tạo bởi trộn màu của đèn màu đỏ và đèn màu xanh cùng sáng.
 Chức năng LED ma trận

13


LED ma trận cũng được ứng dụng nhiều trong thực tế. Tùy theo từng loại khác
nhau mà chúng được sử dụng khác nhau.
- Dùng làm bảng hiệu quảng cáo.

- Dùng làm hiển thị số và chữ (có dấu).
 Thông số kỹ thuật
Bảng 2.4: Các thông số kỹ thuật của LED ma trận (UVP-2X88AA)

Hình 2.10 : LED ma trận

14


2.1.4 Giới thiệu về IC số
2.1.4.1 IC 4017
 Sơ đồ cấu tạo
Sơ đồ khối bên trong của IC 4017

Hình 2.11: Sơ đồ khối bên trong của IC 4017
 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.12: Sơ đồ chân của IC 4017
15


IC đếm thập phân 4017 có 10 ngõ ra ở mức cao. Các ngõ ra liên tục nhưng dưới tại
một thời điểm chỉ có một ngõ ra ở mức cao.
 Chức năng
Như nói ở trên IC 4017 là một IC đếm thập phân. Ngoài ra với 10 ngõ ra ở mức cao
nó còn được ứng dụng vào việc điều khiển sự sáng tắt của LED, có thể dùng trong đèn tín
hiệu giao thông.
 Thông số kỹ thuật
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của IC 4017

16