Nội dung

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 Chƣơng I: TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ................ 2 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................... 2 1.2 ĐIỀU KHIỂN QUÉT ............................................................................ 2 1.2.1. Sơ đồ khối: .................................................................................... 2 1.2.2. Nguyên lý hiển thị: ........................................................................ 2 1.2.3. Ƣu điểm và nhƣợc điểm:............................................................... 3 1.3.ĐIỀU KHIỂN ĐIỂM ............................................................................ 3 1.3.1 Sơ đồ khối: ..................................................................................... 3 1.3.2 Nguyên lý hiển thị: ......................................................................... 4 1. 3.3 Ƣu điểm và nhƣợc điểm:............................................................... 4 1.4. XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU ................................................. 4 Chƣơng II :THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG CỦA BẢNG THÔNG TIN ĐIỆN TỬ ....................................................................... 5 2.1. GIỚI THIỆU LINH KIỆN ................................................................... 5 2.1.1. Khảo sát họ vi điều khiển 8051: ................................................... 5 2.1.1.1. Cấu trúc bên trong của 8051: ................................................. 6 2.1.1.2. Chức năng các chân vi điều khiển: ........................................ 7 2.1.1.3. Các thanh ghi đặc biệt:........................................................... 10 2.1.1.4. Khối tạo thời gian và bộ đếm (Timer/Counter) ..................... 18 2.1.1.5. Cơ chế ngắt trong On-chip 8051:........................................... 22 2.1.1.6. Bảo vệ chƣơng trình. .............................................................. 27 2.1.1.7. Tập lệnh của họ VĐK 8051 ................................................... 27 2.1.2. IC 74HC595 .................................................................................. 54 2.1.2.1. Mô tả chung ........................................................................... 54 2.1.2.2. Sơ đồ chân của IC 74HC595: ................................................ 55 2.1.2.3. Bảng hoạt động của IC 74HC595: ......................................... 55 2.1.2.4. Sơ đồ hoạt động: .................................................................... 56 2.1.2.5. Sơ đồ logic của IC 74HC595: ................................................ 57 2.1.2.6. Nguyên tắc hoạt động: ........................................................... 58 2.1.3. IC 74HC573 .................................................................................. 58 2.1.3.1. Mô tả chung: .......................................................................... 58 2.1.3.2. Sơ đồ chân:............................................................................. 58 2.1.3.3. Bảng hoạt động của IC 74HC573: ......................................... 59 2.2 THIẾT KẾ MẠCH MASTER .............................................................. 59 2.2.1 Thiết kế mạch hoạt động cho 89c55: ............................................. 59 2.2.2. Khối xuất dữ liệu hàng: ................................................................. 59 2.2.3. Khối ghi dịch và khối hiển thị: ..................................................... 61 2.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH MASTER .......................................... 62 2.4. SƠ ĐỒ MẠCH IN MẠCH MASTER ................................................. 63 2.5 SƠ ĐỒ MẠCH IN MODUL ................................................................. 64 Chƣơng III : CHƢƠNG TRÌNH PHẦN MỀM .......................................... 65 3.1. LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN .................................................................... 65 3.2. CHƢƠNG TRÌNH PHẦN MỀM......................................................... 66 KẾT LUẬN .................................................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 70 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật vi điều khiển với tốc độ phát triển nhanh đã và đang mang đến những thay đổi to lớn trong khoa học và công nghệ cũng nhƣ trong đời sống hàng ngày. Ngày nay, các thiết bị máy móc ngày càng trở nên thông minh hơn, các công việc đƣợc thực hiện với hiệu quả cao hơn, đó cũng là nhờ vi điều khiển. Kỹ thuật vi điều khiển là kỹ thuật của tƣơng lai, là chìa khóa đi vào công nghệ hiện đại. Đối với sinh viên chuyên nghành điện tự động công nghiệp, đây là một lĩnh vực hƣa hẹn và mở ra nhiều triển vọng. Với tính ƣu việt của vi điều khiển, em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống bảng thông tin điện tử ”.Đề tài gồm những nội dung sau: Chƣơng 1: Tổng quan các phƣơng án điều khiển Chương 2: Thiết kế và thi công phần cứng của bảng thông tin điện tử Chƣơng 3: Thiết kế chƣơng trình phần mềm Những kiến thức học đƣợc cộng thêm hiểu biết từ các tài liệu tham khảo,tuy có thể hoàn thành cuốn đồ án này nhƣng không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót mong các thầy cô giáo khi xem cuốn đồ án này có thể thông cảm. Để hoàn thành cuốn đồ án này, em đã nhận đƣợc sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn và sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè. Cuối cùng em xin cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn Th.s Nguyễn Trọng Thắng và các thầy cô giáo đã dạy cho em những kiến thức cơ bản để em có thể hoàn thành cuốn đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Lê Minh Hòa 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong thời đại hiện nay có rất nhiều hình thức thông tin quảng cáo.Một trong số những hình thức có hiệu quả nhất và đang đƣợc sử dụng rộng rãi đó là thông tin quảng cáo bằng bảng điện tử.Để thực hiện điều này ngƣời ta dùng ma trận led. Để điều khiển các ma trận led, ta có 2 phƣơng án: Điều khiển quét và điều khiển điểm. 1.2 ĐIỀU KHIỂN QUÉT: 1.2.1. Sơ đồ khối: Với phƣơng án điều khiển quét thì một bảng quảng cáo điện tử thông thƣờng gồm có bốn khối chính: Khối điều khiển,khối quét cột,khối xuất dữ liệu và khối hiển thị Khối quét cột Khối hiển thị (các ma trận led) (c¸c ma trËn led) Khối điều khiển Khối xuất dữ liệu hàng 1.2.2. Nguyên lý hiển thị: Để hiển thị thông tin lên bảng quảng cáo trong một thời gian nhất định(đủ lâu để mắt ngƣời có thể lƣu giữ hình ảnh)thì thực chất ta sẽ làm cho 2 các cột của bảng điện tử sáng lên trong 1 thời điểm nhỏ(quét cột).Tại một thời điểm đó,dữ liệu sẽ xuất phát từ vi điều khiển qua 2 con đƣờng.Đƣờng thứ nhất chứa thông tin về một cột cụ thể nào đó sẽ đƣợc phát sáng,qua khối quét cột làm cho cột đó phát sáng còn các cột còn lại sẽ tắt.Đƣờng thứ 2 mang dữ liệu sẽ đƣợc phát sáng tại cột đó thông qua khối xuất dữ liệu hàng.Tất cả các thông tin đó tập trung tại bảng ma trận led và nó sẽ hiển thị thông tin trên một cột mà ta mong muốn.Các cột liên tục luân phiên phát sáng với tần số cao nhờ sự lƣu ảnh của mắt mà ta thấy đƣợc các thông tin trên bảng điện tử một cách liên tục ,không bị chớp tắt 1.2.3. Ƣu điểm và nhƣợc điểm: a. Ƣu điểm: - Do trong mỗi thời điểm chỉ có một cột sáng nên phƣơng án quét tiết kiệm điện - Xây dựng phần cứng dễ dàng - Chi phí giá thành sản xuất rẻ b. Nhƣợc điểm: - Tuy rằng tiết kiệm điện năng nhƣng phƣơng án quét cho ta độ sáng của bảng điện tử khi đặt ngoài trời không đƣợc tốt nên ít sử dụng . -Với những bảng có kích thƣớc lớn xáy ra hiện tƣợng rò dòng(có những thông tin sáng lờ mờ không mong muốn xuất hiện trên bảng điện tử)do sự không đồng bộ giữa khối xuất dữ liệu và khối quét cột 1.3. ĐIỀU KHIỂN ĐIỂM 1.3.1 Sơ đồ khối: Điều khiển điểm _ với tên gọi này ta có thể hiểu đây là phƣơng án điều khiển từng con led trên bảng điển tử.Phƣơng án này bao gồm những khối sau:Khối điều khiển,khối xuất dữ liệu hàng,khối ghi dịch,chốt dữ liệu và khối hiển thị 3 Khối ghi dịch, chốt dữ liệu Khối điều khiển Khối hiển thị (các ma trận led) Khối xuất dữ liệu hàng 1.3.2 Nguyên lý hiển thị: Tại thời điểm ban đầu ,khối xuất dữ liệu nhận dữ liệu từ khối điều khiển đƣa đến khối ghi dịch.Đây là dữ liệu của một cột.Khối ghi dịch nhận dữ liệu và lƣu dữ liệu này lại.Lúc này khối điều khiển phát xung đến khối ghi dịch,cho phép khối ghi dịch này đƣa dữ liệu ra led.Việc điều khiển cứ tuần tự nhƣ vậy. 1. 3.3 Ƣu điểm và nhƣợc điểm: a. Ƣu điểm: - Do điều khiển từng led nên phƣơng án điều khiển điểm mang lại cho ta độ sáng tối đa của led - Không xảy ra hiện tƣợng rò dòng - Kích thƣớc của bảng điện tủ vô hạn b. Nhƣợc điểm: - Tiêu thụ điện năng nhiều - Phần cứng phức tạp 1.4. XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU Ta nhận thấy rằng điều khiển điểm có tính năng ƣu việt hơn so với điều khiển quét.nó thể hiện sự vƣợt trội về ánh sáng,mỹ thuật .Mặc dù vẫn có những nhƣợc điểm nhƣng chúng ta vẫn có thể hạn chế nếu xây dựng đƣợc phần cứng tối ƣu.Trên cơ sở đó,em tìm hiểu và thiết kế sản phẩm là bảng thông tin điện tủ dùng phƣơng pháp điều khiển điểm 4 Chƣơng 2 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG CỦA BẢNG THÔNG TIN ĐIỆN TỬ 2.1. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 2.1.1. Khảo sát họ vi điều khiển 8051: IC vi điều khiển 8051 thuộc họ MCS51 có đặc điểm sau: - 4kb ROM(đƣợc lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051) - 128 byte Ram - 4 port I/O 8 bit - 2 bộ định thời 16 bit - Giao tiếp nối tiếp - 64 kb không gian bộ nhớ chƣơng trình mở rộng - 64 kb không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng - 1 bộ xử lí luận lí (thao tác trên các bit đơn) - 210 bit nhận địa chỉ hóa - bộ nhân / chia 4μs 5 2.1.1.1. Cấu trúc bên trong của 8051: Hình 2.1 : Sơ đồ khối 8051 Phần chính của vi điều khiển 8051 là bộ xử lí trung tâm(CPU:central processing unit) bao gồm : - Thanh ghi tích lũy A - Thanh ghi tích lũy phụ B,dùng cho phép nhân và chia - Đơn vị logic học ( ALU : Arithmetic Logical Unit ) - Từ trạng thái chƣơng trình ( PSW :Program Status Word ) - Bốn băng thanh ghi - Con trỏ ngăn xếp - Ngoài ra còn có bộ nhớ chƣơng trình ,bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ giao động ,ngoài ra còn có khả năng đƣa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài. Chƣơng trình dang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong .Các nguồn ngắt có thể là : các biến cố ở bên ngoài ,sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp. 6 Hai bộ định thời 16 bit hoạt động nhƣ 1 bộ đếm. Các cổng (port0,port1,port2,port3 ). Sử dụng vào mục đích điểu khiển. Ở cổng 3 có thêm các đƣờng dẫn điều khiển dùng để tra đổi với một bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đấu nối giao diện nối tiếp, cũng nhƣ các đƣờng ngắt dẫn ở bên ngoài Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ,làm việc độc lập với nhau.Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong dải rộng và đƣợc ấn định bằng một bộ định thời. Trong vi điều khiển 8051 có 2 thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi: Bộ nhớ gồm có bộ nhớ ram và bộ nhớ rom(chỉ có ở 8031) dùng để lƣu trữ dữ liệu và mã lệnh. Các thanh ghi sử dụng để lƣu trữ thông tin trong quá trình xử lí .Khi CPU lam việc nó lam thay đổi nội dung của các thanh ghi. 2.1.1.2. Chức năng các chân vi điều khiển: a.port0: là port có chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ (không dùng bộ nhớ mở rộng) có 2 chức năng nhu các đƣờng I/O.Đối với các thiết kế cỡ lớn (với bộ nhớ mở rộng ) nó đƣợc kết hợp kênh giữa các bus. 7 b.port1: port1 là một port I/O trên các chân 1 – 8.các chân đƣợc kí hiệu p1.0,p1.1,p1.2…có thể dùng cho các thiết bị ngoài nếu cần.Port1 không có chức năng khác, vì vậy chúng ta chỉ đƣợc dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài . c.port2: port2 là một port công cụ kép trên các chân 21 – 28 đƣợc dùng nhƣ các đƣờng xuất nhập hoặc byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. d.port3: port3 là một port công cụ kép trên các chân 10 -17.các chân của port này có nhiều chức năng , các công cụ chuyển đổi có liên hệ với các tính đặc biệt của 8051 nhƣ ở bảng sau: e.Psen ( program store enable): 8052 có 4 tín hiệu điều khiển PSEN là tín hiệu ra trên chân 29.Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chƣơng trình mở rộng và thƣờng đƣợc nối đến chân OE ( output enable ) của 1 EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh.Các mã nhị phân của chƣơng trình đƣợc đọc từ EPROM qua bus và đƣợc chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 để giải mã lệnh.Khi thi hành chƣơng trình trong ROM nội (8051) PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao). 8