Tài liệu Giáo trình vi xử lý chương 4 doc

Giáo trình vi xử lý Giao tiếp với các thiết bị dơn giản
Phạm Hùng Kim Khánh Trang 109

CHƯƠNG 4: GIAO TIẾP VỚI CÁC THIẾT
BỊ ĐƠN GIẢN
1. Giao tiếp LED (Light Emitting Diode)
Để giúp cho người sử dụng có thể giao tiếp với máy móc thiết bị điều khiển, ta
cần phải có một màn hình hiển thị số và chữ cái.Trong các hệ thống cần hiển thị một
lượng lớn thông tin dữ liệu thường dùng CRT (màn hình) để hiển thị còn khi chỉ cần
hiển thị một lượng nhỏ thông tin thì sẽ dùng các thiết bị hiển thị số đơn giản do giá rẻ
và dễ điều khiển. Có nhiều loại màn hình hiển thị như CRT, LCD, LED, … Ta chỉ xét
thiết bị hiển thị đơn giản là LED. Hiển thị số và chữ dùng LED có 3 loại chính.Với các
ứng dụng hiển thị dùng để chỉ thị thì dùng LED đơn, để hiện số và chữ số thì dùng Led
7 đoạn hay Led 18 đoạn, để hiển thị ký tự bất kỳ thì dùng ma trận Led.
1.1. Giao tiếp LED đơ
n



Hình 4.1 - Mô tả LED và biểu diễn trong mạch
Khi LED sáng, dòng qua LED khoảng 10 – 40 mA và điện áp rơi trên LED vào
khoảng 1.8V – 2V. Khi đó, ta có mạch điện điều khiển LED như sau:




Hình 4.2 – Sơ đồ kết nối LED đơn
Giả sử mạch kết nối với 8255A có điện áp ứng với mức logic 0 từ 0 – 0.4V và
mức logic 1 từ 4.6V – 5V. Chọn dòng qua LED là 20 mA và điện áp rơi trên LED là
2V.
Xét hình a: LED sáng khi mức logic tại chân IN là mức 0, ứng vớ

i điện áp 0.4V
nên giá trị điện trở R1 là:
R1 =
Ω=
−−
=
−−
−
130
10x20
4.025
I
4.0VVcc
3
LED
LED
Æ chọn R1 = 150 Ω
D1
LED
R1
RESISTOR
IN
Hình a Hình b
D1
LED
R1
RESISTOR
VCC
IN
Giáo trình vi xử lý Giao tiếp với các thiết bị dơn giản

Phạm Hùng Kim Khánh Trang 110

8255
34
33
32
31
30
29
28
27
4
3
2
1
40
39
38
37
18
19
20
21
22
23
24
25
14
15
16

17
13
12
11
10
5
36
9
8
35
6
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7
PB0
PB1
PB2

PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
RD
WR
A0
A1
RESET
CS
1 2
1 2
R1
D5
LED
R2
D7
LED
R8R7R3 R5
1 2
1 2

D4
LED
D1
LED
VCC
1 2
D2
LED
R4
1 2
7404
1 2
D3
LED
D8
LED
1 2
R6
D6
LED
Xét hình b: LED sáng khi mức logic tại chân IN là mức 1, ứng với điện áp 4.6V
nên giá trị điện trở R1 là:
R1 =
Ω=
−
=
−
−
130
10x20

26.4
I
VV
3
LED
LEDIN
Æ chọn R1 = 150 Ω
Tuy nhiên khi thiết kế mạch như hình b thì lưu ý rằng dòng tại chân IN phải đáp
ứng được giá trị 20 mA. Đối với 8255A, dòng ngõ ra vào khoảng 2.5 mA nên không
đáp ứng đủ dòng để sáng LED nên phải dùng thêm mạch khuếch đại.
Thông thường khi thiết kế giao tiếp với 8255A, ta sử dụng mạch hình a nhưng
lưu ý là đối với cách thiết kế như trên thì dòng sẽ đi trực tiếp vào cổng vào/ra của
8255A nên ta có thể dùng thêm các c
ổng đệm hay đảo để tránh làm hư cổng.



Hình 4.3 – Sơ đồ kết nối LED đơn dùng cổng đảo
Xét sơ đồ kết nối giữa LED đơn và 8255 như sau:

Hình 4.4 - Kết nối giữa LED đơn và 8255
D1
LED
R1
RESISTOR
VCC
IN
1 2
U1A
74LS04
Giáo trình vi xử lý Giao tiếp với các thiết bị dơn giản
Phạm Hùng Kim Khánh Trang 111

Chương trình hợp ngữ quét LED từ trái sang phải như sau (giả sử địa chỉ Port
A, Port B, Port C và CR của 8255 lần lượt là 300h, 301h, 302h và 303h):
.MODEL SMALL
.STACK 100h
.DATA
Led_data DB 01h,02h,04h,08h,10h,20h,40h,80h
.CODE
Main PROC
MOV AX,@DATA
MOV DS, AX ; Gán địa chỉ cho Data segment
MOV AL,80h ; Định cấu hình cho 8255
MOV DX,303h ; Port A: xuất, Port B: xuất
OUT DX,AL ; Port C: xuất
MOV BX,0
Lap:
MOV AL,Led_data[BX]
MOV DX,300h ; Địa chỉ LED

OUT DX,AL

MOV CX,0FFh
Delay: ; Tạo thời gian trễ
PUSH CX
MOV CX,0FFFFh
LOOP $
POP CX
LOOP delay

INC BX
CMP BX,8 ; LED có 8 trạng thái
JNE lap

MOV AH,4Ch ; Kết thúc chương trình
INT 21h
Main ENDP
END Main
1.2. Giao tiếp ma trận LED
Ma trận LED bao gồm nhiề
u LED cùng nằm trong một vỏ chia thành nhiều cột
và hàng, mỗi giao điểm giữa hàng và cột có thể có 1 LED (ma trận LED một màu) hay
nhiều LED (2 LED tại một vị trí tạo thành ma trận LED 3 màu). Để LED tại một vị trí
nào đó sáng thì phải cấp điện áp dương tại Anode và điện áp âm tại Cathode (nghĩa là
cấp mức logic 1 tại hàng và logic 0 tại cột ứng với ma trận LED có kết nối như hình
4.5). Trên cơ sở cấ
u trúc như hình vẽ 4.5, ta có thể mở rộng hàng và cột của ma trận
LED để tạo thành các bảng quang báo.

Giáo trình vi xử lý Giao tiếp với các thiết bị dơn giản
Phạm Hùng Kim Khánh Trang 112


















Hình 4.5 – Cấu trúc và hình dạng của ma trận LED 5x8






Hình 4.6 – Sáng chữ ‘A’ trên ma trận LED 5x8
Giáo trình vi xử lý Giao tiếp với các thiết bị dơn giản
Phạm Hùng Kim Khánh Trang 113

Xét sơ đồ kết nối ma trận LED với 8255 như hình 4.7 trong đó Port A điều
khiển hàng thông qua các transistor và Port B điều khiển cột (địa chỉ Port A, B, C và
CR của 8255 lần lượt là 300h, 301h, 302h và 303h).















Hình 4.7 – Kết nối ma trận LED với 8255
Tính toán cho mạch:
Transistor Q1 hoạt động ở chế độ bão hoà với dòng I
c
là dòng qua LED nên
chọn Q1 có β = 50, V
CE
= 0,2V , V
BE
= 0,7V
R2 =

LED OL 7404 CE
LED
Vcc V V V
I
−
−− −
=
520,40,2
0,01
− −−
= 240 Ω, chọn R2 = 220 Ω
R1 =
OH 8255 BE LED OL 7404
B
VVVV
I
−−
−− −
=
4,60,720,4
0,01/ 50
− −−
= 7.5 KΩ, chọn R1 =
8.2 KΩ
R1x8
1
2
3
4
5

6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
U10
8255
34
33
32
31
30
29
28
27
4
3
2
1
40
39
38
37
18
19

20
21
22
23
24
25
14
15
16
17
13
12
11
10
5
36
9
8
35
6
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
PA0
PA1

PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7
PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
RD
WR
A0
A1
RESET
CS
R2x8
1

2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
1 2
Q1x8
7404x5
1 2
VCC
Giáo trình vi xử lý Giao tiếp với các thiết bị dơn giản
Phạm Hùng Kim Khánh Trang 114

Để hiển thị một ký tự trên ma trận LED, ta sẽ cho sáng các LED tương ứng. Ví
dụ như để sáng chữ ‘A’ trên ma trận LED, ta cho tương ứng LED sáng như hình 4.6.
Tuy nhiên, ta không thể cho sáng đồng thời 2 LED tại 2 vị trí hàng và cột khác nhau vì
sẽ ảnh hưởng đến các LED còn lại. Ví dụ như khi sáng LED tại hàng 1, cột 2 (PA0 =
1, PB1 = 1) và hàng 2, cột 1 (PA1 = 1, PB0 = 1) thì do PA0 = 1, PB0 = 1; PA1 = 1,
PB1 = 1 nên LED tại hàng 1, cột 1 và hàng 2, cột 2 cũng sáng.
Như vậy để sáng ký tự ‘A’ trên ma trận LED thì phải dùng phương pháp quét
khi hiển thị dữ

liệu trên ma trận LED. Quá trình quét có thể thực hiện quét dòng hay
cột. Khi thực hiện quét cột, tại mỗi thời điểm chỉ có một cột sáng. Dữ liệu cho Port B
và Port B của 8255A như sau:
-

Cột 1: sáng 7 LED
PB0 = 1, PB1 – 4 = 0: PB = xxx0 0001b (01h)
PA0 = 0, PA1 – 7 = 1: PA = 1111 1110b (0FEh)
-

Cột 2: sáng 2 LED
PB0 = 0, PB2 – 4 = 0, PB1 = 1: PB = xxx0 0010b (02h)
PA0 = 1, PA4 = 1, PA1 – 3 = 0, PA5 – 7 = 0:
PA = 0001 0001b (11h)
-

Cột 3: giống cột 2
PB0 - 1 = 0, PB3 – 4 = 0, PB2 = 1:
PB = xxx0 0100b (04h)
PA0 = 1, PA4 = 1, PA1 – 3 = 0, PA5 – 7 = 0:
PA = 0001 0001b (11h)
-

Cột 4: giống cột 2
PB0 - 2 = 0, PB4 = 0, PB3 = 1: PB = xxx0 1000b (08h)
PA0 = 1, PA4 = 1, PA1 – 3 = 0, PA5 – 7 = 0:
PA = 0001 0001b (11h)
-

Cột 5: giống cột 1

PB0 - 3 = 0, PB4 = 1: PB = xxx1 0000b (10h)
PA0 = 0, PA1 – 7 = 1: PA = 1111 1110b (0FEh)
Chương trình hiển thị cho ma trận LED như sau:
.MODEL SMALL
.STACK 100h
.DATA
pa DB 0FEh,11h,11h,11h,0FEh
pb DB 01h,02h,04h,08h,10h
.CODE
Main PROC
MOV AX,@DATA
MOV DS, AX ; Gán địa chỉ cho Data segment

MOV AL,80h ; Định cấu hình cho 8255
Giáo trình vi xử lý Giao tiếp với các thiết bị dơn giản
Phạm Hùng Kim Khánh Trang 115

MOV DX,303h ; Port A: xuất, Port B: xuất
OUT DX,AL ; Port C: xuất
Start:
MOV AH,0Bh ; Kiểm tra phím nhấn
INT 21h
CMP AL,0 ; Nếu có phím nhấn
JNE Exit ; thì kết thúc chương trình

MOV BX,0
Lap:
MOV AL,pa[BX]
MOV DX,300h ; Xuất ra hàng
OUT DX,AL

MOV AL,pb[BX]
MOV DX,301h ; Xuất ra cột
OUT DX,AL

PUSH CX ; Tạo thời gian trễ
MOV CX,0FFFFh
LOOP $
POP CX

INC BX
CMP BX,5 ; Quét 5 cột
JNE lap
JMP Start

Exit:
MOV AH,4Ch ; Kết thúc chương trình
INT 21h
Main ENDP
END Main

2. Giao tiếp bàn phím
2.1. Giao tiếp phím đơn





Hình 4.8 – Sơ đồ kết nối phím nhấn (2 chân) với vi xử lý
R

VCC
SW
To uP
R
SW
To uP
VCC
a/ b/