DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1‑1. Sơ đồ khối hệ thống. 12

Hình 2‑1. Sơ đồ chân ATMEGA8515. 16

Hình 2‑2. Sơ đồ bộ nhớ chương trình. 18

Hình 2‑3. Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu. 20

Hình 2‑4. Các thanh ghi hỗ trợ làm việc AVR CPU.. 25

Hình 3‑1. Sơ đồ khối ma trận LED 8x8 (2 màu). 31

Hình 3‑2. Sơ đồ chân của RAM HM62256. 34

Hình 3‑3. Sơ đồ kết nối 37

Hình 3‑4. Sơ đồ chân 74HC595. 38

Hình 3‑5. Ghép nối 74HC595 với vi điều khiển để cấp data cho cột của ma trận. 40

Hình 3‑6. Ghép nối tiếp các IC 74HC595. 41

Hình 3‑7. Sơ đồ chân 74HC573. 42

Hình 3‑8. Sơ đồ khối của 74HC573. 43

Hình 3‑9. Sơ đồ chân của 74HC154. 45

Hình 3‑10. Ghép nối 74HC154 với vi diều khiển dể quét hàng ma trận LED.. 47

Hình 3‑11. Sơ đồ chân IC 74244. 47

Hình 3‑12. Sơ đồ chân và cấu tạo ULN2803. 49

Hình 4‑1. Sơ đồ tương đương của 1 hàng trong 16 hàng trên 1 module  ma trận LED. 50

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Hình 1‑1. Sơ đồ khối hệ thống. 12

Hình 2‑1. Sơ đồ chân ATMEGA8515. 16

Hình 2‑2. Sơ đồ bộ nhớ chương trình. 18

Hình 2‑3. Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu. 20

Hình 2‑4. Các thanh ghi hỗ trợ làm việc AVR CPU.. 25

Hình 3‑1. Sơ đồ khối ma trận LED 8x8 (2 màu). 31

Hình 3‑2. Sơ đồ chân của RAM HM62256. 34

Hình 3‑3. Sơ đồ kết nối 37

Hình 3‑4. Sơ đồ chân 74HC595. 38

Hình 3‑5. Ghép nối 74HC595 với vi điều khiển để cấp data cho cột của ma trận. 40

Hình 3‑6. Ghép nối tiếp các IC 74HC595. 41

Hình 3‑7. Sơ đồ chân 74HC573. 42

Hình 3‑8. Sơ đồ khối của 74HC573. 43

Hình 3‑9. Sơ đồ chân của 74HC154. 45

Hình 3‑10. Ghép nối 74HC154 với vi diều khiển dể quét hàng ma trận LED.. 47

Hình 3‑11. Sơ đồ chân IC 74244. 47

Hình 3‑12. Sơ đồ chân và cấu tạo ULN2803. 49

Hình 4‑1. Sơ đồ tương đương của 1 hàng trong 16 hàng trên 1 module  ma trận LED. 50

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG.

1.1Quảng cáo

Quảng cáo là hình thức tuyên truyền, giới thiệu thông tin về sản phẩm, dịch vụ, là hoạt động truyền thông phi trực tiếp giữa người với để đưa thông tin thuyết phục hay tác động đến người nhận thông tin.

Hiện nay, với sự trợ giúp của máy tính cùng các phương tiện truyền thông khác, thông tin của các công ty, doanh nghiệp có thể dễ dàng đến với khách hàng một cách nhanh chóng và thuận tiện. Nhưng đơn giản, hiệu quả, đa dạng và phổ biến nhất phải kể đến quảng cáo bằng đèn LED (Light Emitting Diode – điốt phát quang).

* Bảng quảng cáo bằng đèn LED

LED là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tia tử ngoại. Cũng giống như diode, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.

Hoạt động của LED cũng giống như nhiều loại diode bán dẫn khác: khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn loại N chứa các điện tử tự do thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối N, cùng lúc đó khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và thừa lỗ trống). Ở biên giới hai mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó). Tùy theo mức năng lượng giải phóng là cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. Thông thường LED có điện thế phân cực thuận cao hơn các loại diode khác khoảng 1,5 đến 3V nhưng điện thế phân cực ngược ở LED lại không cao.

Đèn LED có những ứng dụng rất phong phú và rộng rãi: làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, trang trí, làm đèn giao thông, các đèn LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa trong điện tử dân dụng… thậm chí ngày nay người ta đã sử dụng đèn LED phát ánh sáng trắng để thay thế cho các thiết bị chiếu sáng thông thường như đèn sợi đốt, đèn neon, đèn compact… Đây chắc chắn sẽ là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp năng lượng vì hiện tại đèn LED trắng có tuổi thọ tới 50.000 giờ sử dụng, gấp 50 lần so với bóng đèn 60W. Điều này có nghĩa là chúng có thể thắp sáng liên tục trong vòng gần 6 năm. Hơn thế nữa chúng dùng điện áp thấp nên không gây cháy nổ mà tiết kiệm điện hơn nhiều so với bóng đèn khác. Một trong những ứng dụng quan trọng và phổ biến hiện nay của đèn LED chính là trong lĩnh vực quảng cáo: bảng quảng cáo bằng đèn LED.

Đèn LED thực sự là 1 bước đột phá mới trong công nghệ cao nói chung và trong quảng cáo nói riêng. Đó là các bảng hiệu, bảng chỉ dẫn, panel quảng cáo… có sử dụng đèn LED và mạch điện tử để tạo hiệu ứng ánh sáng. Qua tìm hiểu ta thấy nhiều đặc điểm nổi bật của nó như tuổi thọ cao, tiết kiệm điện, không gây cháy nổ, an toàn tuyệt đối, chống rung động tốt, đặc biệt là nó vẫn sáng rõ vào ban ngày. Vì vậy có thể dụng cả những biển quảng cáo trong nhà (indoor) và ngoài trời (outdoor) cho hiệu quả cao để gây sự chú ý, đồng thời truyền đạt thông tin đến khách hàng và người đi đường.

Bảng điện tử có thông tin thay đổi được còn được gọi là bảng quang báo hay màn hình điện tử LED. Nhiều màu sắc, nhiều cách hiển thị sinh động, dễ dàng thu hút sự chú ý của mọi người, dễ dàng thay đổi thông tin trên bảng điện tử. Những đặc điểm trên khiến cho Bảng quang báo trở thành phương tiện truyền đạt thông tin hiện đại, phổ biến một cách nhanh chóng từ khi nó xuất hiện.

Bảng LED quảng cáo được sử dụng cả indoor, outdoor và semi-outdoor:

• Bảng indoor sử dụng tốt trong nhà, không sử dụng ngoài trời được vì không đủ độ sáng và không chịu được mưa nắng.
• Bảng outdoor có độ sáng cao, kết cấu chắc chắn, chịu được mưa nắng.
• Bảng semi-outdoor (bán ngoài trời) có độ sáng cao, sử dụng tốt ngoài trời nhưng chịu mưa nắng kém nên bảng quảng cáo loại này thường được đặt ở dưới mái hiên nhà.

Trong lĩnh vực quảng cáo, ứng dụng của đèn LED được thể hiện dưới nhiều hình thức khác nhau như:

• Bảng thông tin điện tử chữ chạy: là sản phẩm của ngành công nghệ cao với nhiều ưu điểm nổi bật đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Điểm nổi bật của bảng thông tin điện tử là khả năng thay đổi thông tin và phương thức trao đổi thông tin. Với nhiều tính năng độc đáo, bảng thông tin điện tử (bảng quang báo, bảng điện tử, bảng LED) luôn thu hút được đông đảo sự chú ý quan sát của nhiều người. Do đó, nó là sản phẩm đắc dụng cho các chương trình quảng cáo, các bản tin chứng khoán, tài chính…

Cũng vì tính tiện lợi mà bảng thông tin điện tử được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nơi với nhiều mục đích khác nhau như: khách sạn, nhà hàng, trung tâm thương mại, trụ sở công ty, ngân hàng, sân bay, hiệu vàng, sàn giao dịch chứng khoán …

• Biển hiệu, biển vẫy gây chú ý cho khách đi đường: là loại biển quảng cáo điện tử sử dụng đèn LED siêu sáng được lập trình bằng vi điều khiển tạo nên các hiệu ứng hiển thị khác nhau gây ấn tượng mạnh mẽ và sự chú ý đặc biệt đối với người đi đường.
• Bảng quảng cáo màn hình Full Colour: là dòng sản phẩm mới, ứng dụng những công nghệ khoa học tiên tiến nhất của ngành LED hiện nay. Sản phẩm được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của xã hội như văn hóa, truyền thông, thể thao, du lịch.

1.2Giới thiệu chung về hệ thống.

Với mục đích tìm hiểu về cách thiết kế và xây dựng một bảng quảng cáo điện tử bằng đèn LED đơn giản, em đã xây dựng một hệ thống quang báo với sơ đồ khối như sau:

• Máy tính: gồm có một giao diện giao tiếp với người dùng để chọn các thông số cần truyền như: nội dung, hiệu ứng, màu sắc…
• Khối giao tiếp với máy tính: có chức năng trao đổi dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển để truyền các dữ liệu như nội dung hiển thị, màu sắc hiển thị, hiệu ứng hiển thị... đến vi điều khiển.
• Khối xử lý trung tâm: có chức năng xử lý các dữ liệu mà máy tính truyền tới để tạo ra các dữ liệu về mức logic cần cấp cho các LED trong từng cột đồng thời điều khiển quá trình cấp nguồn cho LED ma trận. Khối này được xây dựng bằng các thủ tục xử lý dữ liệu trên vi điều khiển. Khi nhận được dữ liệu về chuỗi ký tự cần hiển thị thì khối này sẽ tạo dữ liệu về mức logic cần cấp cho LED ma trận.
•  Khối công suất: có chức năng nhận tín hiệu điều khiển hàng từ khối xử lý trung tâm, sau đó khuếch đại tín hiệu này để cấp đủ nguồn cho các hàng của LED ma trận.
• Khối lưu trữ: có chức năng lưu trữ dữ liệu nhận được từ máy tính, để có thể hiển thị sau khi ngắt kết nối với máy tính.
• Khối  hiển thị: có chức năng nhận tín hiệu điều khiển hàng từ khối công suất và dữ liệu từ khối xử lý trung tâm để hiển thị LED theo yêu cầu.

CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AVR ATMEGA8515

2.1Giới thiệu về vi điều khiển AVR ATMEGA 8515.

2.1.1Một sô đặc trưng:

• Đây là loại vi điều khiển 8 bit, xử lý nhanh, tiêu thụ năng lượng thấp.
• AVR có cấu trúc RISC với :

• 130 lệnh, hầu hết các lệnh thực thi trong một chu kỳ xung nhịp.
• 32 x 8 thanh ghi đa dụng.
• Tốc độ làm việc 16MPIS, với thạch anh 16 MHz.

• Bộ nhớ :

• 8 Kbytes ISP Flash với khả năng 10.000 lần ghi xóa.
• 512 Bytes EEPROM với khả năng 100.000 lần ghi xóa.
• 512 Bytes SRAM nội, có khả năng mở rộng tới 64K Bytes

• Ngoại vi:

• 3 kênh điều biến độ rộng xung(PWM:pulse width modulation)
• Giao tiếp nối tiếp loại chủ tớ SPI

• Bộ thu phát tổng hợp đồng bộ và không đồng bộ.

• Bộ định thời watchdog lập trình được với bộ tạo dao động riêng biệt trên chip.
• Timer 8 bit với các chế độ so sánh, chia tần số.
• Timer 16 bit với các chế độ so sánh, bắt giữ, chia tần số.
• Bộ so sánh tương tự trên chip

2.1.2Chức năng đặc biệt của vi điều khiển:

• Bộ dao động RC bên trong hiệu chỉnh được.
• Bộ nguồn ngắt bên trong và ngoài
• 3 chế độ chờ:không họat động, nguồn giảm, chế độ nghỉ.
• Ngõ vào/ra và gói chương trình:

• 40 chân ngoại vi.

• Mức điện thế hoạt động:

• 2.7-5.5 V cho ATMEGA8515L.
• 4.5-5.5V cho ATMEGA8515.

• Cấp tần số:

• 0-8 Mhz cho ATMEGA8515L.
• 0-16 Mhz cho ATMEGA8515.

2.1.3Sơ đồ chân

Hình 2‑1. Sơ đồ chân ATMEGA8515

• VCC: Điện áp nguồn nuôi.
• GND: Nối mass.
• Port A cung cấp các đường địa chỉ/dữ liệu vào/ra hoạt động theo kiểu đa hợp kênh khi dùng bộ nhớ SRAM ở bên ngoài.
• Port B,D: tương tự như là các port xuất nhập.
• PortC (PC7…PC0): tương tự như PortA. Nhưng nếu cho phép giao diện JTAG, thì các chân PC5, PC3, PC2 sẽ hoạt động ngay cả khi reset lại tín hiệu.
• Port E: chỉ có 3 chân PE0, PE1, PE2. Ở đây chân PE1 là chân chức năng ALE  dùng để cho phép chốt địa chỉ, ta dùng chân này để hỗ trợ giao tiếp với RAM ngoài.
• Reset: Lối vào đặt lại. Bộ vi điều khiển sẽ được đặt lại khi chân này ở chế độ thấp trong hơn 50ns, các xung ngắn hơn không tạo ra tín hiệu đặt lại.
• XTAL1: Lối vào bộ khuếch đại đảo và lối vào mạch tạo xung nhịp bên trong.
• XTAL2: Lối ra bộ khuếch đại đảo : XTAL1 và XTAL2 lần lượt là lối vào và lối ra của một bộ khuếch đại đảo. Bộ khuếch đại này được bố trí để làm bộ tạo dao động trên chip. Một bộ tinh thể thạch anh hoặc một bộ cộng hưởng gốm có thể được sử dụng. Để điều khiển bộ vi điều khiển từ một nguồn xung nhịp bên ngoài, chân XTAL2 để trống, còn chân XTAL1 được nối với bộ dao động bên ngoài.

2.1.4Đặc điểm.

AVR có cấu trúc Havard trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (data memory bus) và đường truyền cho bộ nhớ chương trình (Program memory bus) được tách riêng. Data memory bus chỉ có 8 bit và được kết nối với hầu hết các thiết bị ngoại vi, các Register File. Trong khi đó, program memory bus có độ rộng 16 bit và chỉ phục vụ cho thanh ghi lệnh (instruction register).

2.2Bộ nhớ AVR ATMEGA8515

Trong phần này sẽ mô tả những vùng nhớ khác nhau trong ATMEGA8515. Cấu trúc của AVR gồm 2 vùng nhớ chính, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Thêm vào đó, bộ nhớ EEPROM đặc trưng của ATMEGA8515 là lưu giữ dữ liệu. Ba vùng nhớ trên thì tuyến tính và bình thường.

2.2.1Bộ nhớ chương trình Flash:

ATMEGA8515 có bộ nhớ chương trình chứa 8Kbyte trên chip. Vùng nhớ chương trình được chia làm 2 vùng: vùng chương trình khởi động và vùng chương trình ứng dụng.

Bộ nhớ có độ bền tối thiểu là 10000 lần ghi/xóa.Chương trình đếm của ATMEGA8515 rộng 12 bit.

Việc hoạt động của bộ chương trình khởi động được miêu tả trong phần sau.

Hình 2‑2. Sơ đồ bộ nhớ chương trình

2.2.2Bộ nhớ dữ liệu SRAM:

Chức năng: định địa chỉ cho thanh ghi, bộ nhớ xuất/nhập và dữ liệu bên trong SRAM.

Các thành phần khác:

• Dữ liệu bên ngoài SRAM được tùy chọn để có thể sử dụng với ATMEGA8515.
• Khi mà địa chỉ truy cập vào vùng nhớ SRAM vượt quá vùng nhớ dữ liệu bên trong thì vùng dữ liệu bên ngòai SRAM được truy xuất sử dụng các lệnh giống như việc truy xuất vùng nhớ dữ liệu bên trong.
•  Khi vùng nhớ dữ liệu bên trong đựơc truy xuất thì việc đọc và ghi thông qua các chân PD6,PD7
• Sự họat động của SRAM bên ngoài được kích hoạt bởi bit SRE bên trong thanh ghi MCUCR.

Hình 2‑3. Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu

2.2.3Bộ nhớ dữ liệu EEPROM:

ATMEGA8515 có 512byte bộ nhớ dữ liệu EEPROM. Nó được tổ chức độc lập trên các vùng dữ liệu mà tại đó các byte đơn có thể được đọc và ghi. EEPROM có độ bền khoảng 100.000 lần ghi/xóa.

a)Truy xuất việc đọc/ghi cho EEPROM:

Khi EEPROM đọc, CPU dừng khoảng 4 chu kỳ xung clock trước khi các lệnh kế tiếp được thực hiện.

Khi EEPROM được ghi, CPU dừng khoảng 2 chu kỳ xung clock trước khi các lệnh kế tiếp được thực hiện.

b)Thanh ghi định địa chỉ EEPROM (EEARH và EEARL):

Bit 0..8: Địa chỉ EEPROM

Bit  9..15: Bit mặc định.Những bit này đã được mặc định trong ATMEGA8515 và sẽ luôn đọc bằng 0.

c)Các thanh ghi dữ liệu EEPROM (EEDR):

Bit 0..7: Dữ liệu EEPROM

Đối với việc ghi vào EEPROM,các thanh ghi EEDR chứa dữ liệu được ghi vào EEPROM thông qua các thanh ghi EEAR

Đối với việc đọc từ EEPROM, thanh ghi EEDR chứa dữ liệu đọc ra từ EEPROM tại các địa chỉ được cho bởi EEAR.

d)Thanh ghi điều khiển EEPROM (EECR):

Bit 7..4: các bit mặc định. Những bit này đã được mặc định trong ATMEGA8515 và sẽ luôn đọc bằng 0.

Bit 3-EERIE: Kích họat việc gián đọan EEPROM

Bit 2-EEMWE: Kích họat chức năng ghi chính

Bit 1-EEWE: Kích họat ghi EEPROM

Bit 0-EERE: Kích họat việc đọc EEPROM

2.2.4CPU

Kiến trúc AVR nói chung, các chức năng chính của CPU đảm bảo sự thực thi chính xác process. CPU phải có khả năng truy xuất bộ nhớ, thực hiện tính toán, điều khiển thiết bị ngoại vi và các kênh ngắt.

Trong thứ tự thực hiện song song, AVR sử dụng kiến trúc Harvard với bộ nhớ tách rời giữa hai luồng process và dữ liệu. Trong khi một lệnh đang thực thi, lệnh tiếp theo sẽ được tìm nạp trước từ bộ nhớ process. Khái niệm này cho phép các lệnh sẽ được thực hiện trong mọi chu kỳ xung. Bộ nhớ process là hệ thống bộ nhớ Flash lập trình lại được. Truy xuất nhanh thanh ghi File chứa 32x8 bit thanh ghi làm việc đa năng với một chu kỳ xung đơn truy xuất thời gian. Điều này cho phép bộ tính toán ALU làm việc đơn chu kỳ.

6 trong 32 thanh ghi có thể sử dụng như 3 địa chỉ gián tiếp thanh ghi con trỏ cho không gian địa chỉ dữ liệu. Nó cũng có thể được sử dụng như con trỏ của bộ nhớ process Flash.

Một lệnh AVR có 16 bit đơn định dạng word.

Mỗi địa chỉ bộ nhớ process chứa 16 hoặc 32 lệnh.

Bộ nhớ process Flash được chia ra làm 2 khu vực, khu vực khởi động process và khu vực ứng dụng process. Cả hai khu vực được thiết kế bảo vệ các bit ghi và đọc/ghi.

Trong khi các ngắt và process con được gọi, địa chỉ trả về của Counter process (PC) được lưu trữ trong Stack. Stack được định phần trong dữ liệu tổng quát SRAM, vì vậy kích thước STACK được hạn chế bởi kích thước SRAM tổng và cách sử dụng của nó. Tất cả các process sử dụng phải khởi tạo giá trị đầu cho Stack Poiter trước khi process con hoặc ngắt được gọi. Stack Poiter được đọc/ghi được sử dụng trong không gian I/O. Dữ liệu SRAM có thể dễ dàng được truy xuất qua 5 cách đánh địa chỉ khác nhau hộ trợ trong kiến trúc AVR. Không gian bộ nhớ trong kiến trúc AVR là tất cả những bản đồ bộ nhớ phổ biến tuyến tính. Một module  ngắt linh hoạt có những thanh ghi điều khiển trong không gian I/O với một ngắt toàn cục cho phép ngắt trong thanh ghi trạng thái. Tất cả các ngắt đều có vector ngắt riêng biệt trong bảng vector ngắt. Địa chỉ vector ngắt càng thấp quyền ưu tiên ngắt càng cao.

Không gian bộ nhớ I/O chứa 64 địa chỉ cho các chức năng ngoại vi CPU như thanh ghi điều khiển,SPI, và một số chức năng I/O khác.

a)ALU – Arithmetic Logic Unit.

Thực thi cao AVR ALU hoạt động trong sự kết nối trực tiếp với tất cả 32 thanh ghi hỗ trợ làm việc. Hoạt động trong ALU được chia thành 3 chức năng chính: số học, logic và chức năng bit.

b)Thanh ghi trạng thái (Status Registers).

Chứa thông tin về kết quả của các tính toán được thực thi gần nhất. Chú ý Status Register được thay đổi sau tất cả các phép tính toán trong ALU.

Bit 7-I : cho phép ngắt toàn cục. Không cho phép người sử dụng tự ý xóa. Chỉ bị xóa khi có ngắt mới xuất hiện và được chỉ dẫn bởi RETI cho những ngắt kế tiếp. Có thể được đặt hoặc được xóa bởi SEI và CLI.

Bit 6-T : bit lưu trữ. Có thể chép từ BST sang BLD và ngược lại.

Bit 5-H : Cờ nhớ nửa H sử dụng để nhớ nửa hữu ích trong phép tính số BCD.

Bit 4-S : tín hiêu bit  S = N  V

Bit 3-D : 2 cờ tràn

Bit 2-N : cờ phủ định.

Bit 1-Z : cờ zero

Bit 0-C : cờ nhớ.

c)Thanh ghi mục đích chung:

Thanh ghi file được tối ưu hóa cho AVR tăng cường lập tập tin. Trong mệnh lệnh để đạt được sự thực hiện đòi hỏi và tính tối ưu hóa những sơ đồ vào ra đây được hỗ trợ:

• Một toán hạng ngõ ra 8 bit và một kết quả ngõ vào 8 bit.
• Hai  toán hạng ngõ ra 8 bit và một kết quả ngõ vào 8 bit.
• Hai  toán hạng ngõ ra 8 bit và một kết quả ngõ vào 16 bit.
• Một toán hạng ngõ ra 16 bit và một kết quả ngõ vào 16 bit.

Hình 2‑4. Các thanh ghi hỗ trợ làm việc AVR CPU

d)Con trỏ ngăn xếp (Stack pointer)

Thanh ghi Stack Poiter luôn trỏ đến đỉnh của ngăn xếp.

Stack Poiter trỏ đến ngăn xếp dữ liệu SRAM lưu trữ những process con và những ngắt cục bộ. Khoảng trống trong SRAM phải được định nghĩa bởi process trước bất kỳ process con nào gọi nó thực thi hoặc ngắt nào được hoạt động. Stack Poiter giảm đi 1 khi dữ liệu được đẩy lên trên Stack với lệnh PUSH, và giảm đi 2 khi trả về địa chỉ được đẩy lên trên Stack với sự gọi process con hoặc ngắt được gọi. Stack Poiter tăng lên 1 khi dữ liệu được đưa ra khỏi Stack với lệnh POP, và tăng lên 2 khi dữ liệu được đưa ra khỏi Stack trả về từ process con RET hoặc trả về từ ngắt RETI.

Stack Poiter AVR được bổ xung như 2 thanh ghi 8 bit trong không gian I/O. Số lượng các bít được sử dụng là sự thi hành phụ thuộc. Chú ý không gian dữ liệu trong bổ sung của kiến trúc AVR nhỏ nên chỉ sử dụng thanh ghi SPL, trong trường hợp này không có thanh ghi SPH.

e)Reset và xử lý ngắt.

AVR cung cấp vài nguồn ngắt khác nhau. Các ngắt này có vector Reset riêng biệt với vector process. Tất cả các ngắt ghi ở mức logic 1 cùng với ngăt toàn cục. Trong thanh ghi trạng thái các bit cho phép ngắt phụ thuộc giá trị Counter process. Các ngắt có thể tự động bị cấm khi khởi động khóa bit BLB02 hoặc BLB12.

Khi một ngắt xuất hiện, ngắt toàn cục cho phép I-bit xóa và tất cả các ngắt còn lại bị cấm. Sử dụng phần mềm có thể ghi logic 1 cho I-bit cho phép ngắt. Tất cả các ngắt được cho phép có thể ngắt thường trình. I-bit tự động được lập khi một lệnh ngắt trở lại thực thi từ RETI.

Có hai kiểu ngắt cơ bản.

• Kiểu 1: hoạt động bởi 1 sự kiện lập bởi cờ ngắt. Với mỗi ngắt Counter process là một vector tới vector ngắt hiện tại trong thứ tự thực thi, phần cứng sẽ xóa cờ ngắt. Các cờ ngắt có thể bị xóa bởi ghi logic 1 tới vị trí bit cờ để xóa. Nếu điều kiện một ngắt  xuất hiện trong khi cho phép ngắt bit bị xóa thì cờ ngắt sẽ được lập và nhớ đến khi ngắt cho phép hoặc cờ ngắt bị xóa bởi phần mềm. Tương tự, điều kiện để các ngắt xuất hiện trong khi bit GIE (Global Interrupt Enable) bị xóa thì cờ nhớ sẽ lập và nhớ đến khi bit GIE được lập.
• Kiểu 2: các ngắt sẽ được hoạt động nếu điều kiện để ngắt có mặt. Những ngắt này không cần có cờ ngắt. Nếu điều kiện ngắt không xuất hiện trước khi ngắt cho phép ngắt sẽ không được hoạt động.

Khi AVR thoát khỏi 1 ngắt, nó sẽ luôn trả về process chính và thực thi hơn một lệnh trước khi tạm dừng ngắt. Chú ý thanh ghi trạng thái không tự động lưu trữ khi vào một thủ tục ngắt và cũng không tự phục hồi khi thoát ra khỏi thủ tục. Khi sử dụng lệnh CLI để cấm các  ngắt thì ngắt sẽ không trực tiếp bị cấm. Không có ngắt được thực thi sau lệnh CLI ngay cả khi xuất hiện đồng thời với lệnh. Xem ví dụ sau:

Ghi bằng Assembly

Ghi bằng C

Khi sử dụng lệnh SEI cho phép ngắt:

Ghi bằng Assembly

Ghi bằng C

f)Ngắt đáp ứng lại thời gian

Ngắt thực thi đáp ứng cho tất cả các ngắt cho phép của AVR là 4 chu kỳ xung tối thiểu. Sau 4 chu kỳ xung vector process thêm địa chỉ cho ngắt đang hoạt động trong process con thực thi. Trong khoảng thời gian này bộ nhớ process sẽ đẩy lên trên Stack. Vector ngắt nhảy đến ngắt trong process con và lệnh ngắt này sẽ đưa ra 3 chu kỳ  xung. Nếu một ngắt xuất hiện trong khi thực thi nhiều chu trình lệnh, thì lệnh sẽ được trước khi ngắt được thực hiện. Nếu một ngắt xuất hiện khi MCU ở chế độ ngủ, ngắt thực thi yêu cầu thời gian tăng bởi 4 chu kỳ xung.

Trở về từ ngắt process con đưa rad 4 chu kỳ xung bộ đếm chương trình sẽ được đưa ra từ Stack, Stack Poiter tăng thêm 2 và I-bit trong SREG được lập.

1.1IC 74HC244.

Để đảm bảo dòng kích cho các transitor, ta sử dụng IC 74HC244 để đệm dòng điều khiển hàng nhận từ mạch xử lý trung tâm.

IC 74HC244 là IC đệm 3 trạng thái với sơ đồ chân ở hình 3.4

Hình 3‑11. Sơ đồ chân IC 74244

Một số thông số về IC 74HC244:

• Điện áp nguồn cấp cho IC (Vcc): -0.5V -  +7.0V
• Điện áp ở các chân đầu vào: -1.5V – Vcc + 1.5V
• Điện áp ở các chân đầu ra: -0.5V – Vcc + 0.5V
• Dòng đầu vào ở mỗi chân: 20mA
• Dòng đầu ra ở mỗi chân: 35mA

Bảng 3‑6. Bảng trạng thái của 74HC244

1.2IC ULN2803.

Vi mạch ULN2803 (hoặc tương tự ULN2803) là một trong những vi mạch đệm được dùng khá phổ biến.Vi mạch ULN2803 là các mảng Darlington chịu được dòng điện lớn và điện áp cao, trong đó 8 cặp Darlington cực góp hở với các cục phát chung. Từng kênh trong số 8 kênh đều có thể chịu được lâu dài dòng điện đến 500mA với biên độ đỉnh lên đến 600mA. Mỗi một kênh có một diode chặn (suppression), diode này có thể được sử dụng trong trường hợp tải có tính cảm ứng, chẳng hạn như các rơle.

Lối vào của ULN2803 tương thích TTL. Những ứng dụng điển hình của vi mạch đệm là điều khiển cuộn dây solenoid, rơle, môtơ một chiều, các bộ hiển thị LED, đầu máy tản nhiệt,…

Đối với mỗi một trong số các bộ đệm, có một diode với anode (cực dương) được kết nối với lối ra, còn catode (cực âm) được nối với điểm chung cho toàn bộ 8 diode. Lối ra này là loại cực góp hở, có nghĩa là tải bên ngoài được nối giữa nguồn nuôi và lối ra của bộ đệm. Nguồn nuôi có thể là một nguồn điện áp dương bất kì nhỏ hơn +50V, như được chỉ định trong các tài liệu kĩ thuật của nhà cung cấp. Giá trị tải phải ước tính sao cho dòng điện chạy qua lâu dài nhỏ hơn 500mA và dòng đỉnh nhỏ hơn 600mA tính trên mỗi mạch đệm.

Hình 3‑12. Sơ đồ chân và cấu tạo ULN2803

CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ LINH KIỆN
TRONG MẠCH.

Mạch quang báo được thiết kế theo dạng module. Mạch quang báo 16x64 gồm 2 module ghép nối tiếp lại, mỗi module là 16x32 (16 hàng x 32 cột).

Mỗi module đều có phần công suất riêng để đảm bảo nguồn cung cấp khi mở rộng bảng quang báo. Mỗi một hàng của module gồm 32 điểm LED, mỗi điểm LED gồm 1 LED xanh và 1 LED đỏ, do đó 1 hàng của module gồm 64 LED mắc song song với nhau.

Khảo sát sơ đồ tương đương của 1 hàng trong 16 hàng trên 1 module ma trận LED.

Hình 4‑1. Sơ đồ tương đương của 1 hàng trong 16 hàng trên 1 module
ma trận LED.

Dòng qua LED ở chế độ thường trực là 5mA-25mA, chọn dòng trung bình qua LED là 20mA.

Tại mỗi thời điểm ta chọn một hàng để kích sáng, khi một hàng được chọn thì ta phải cho sáng 64 LED đơn nên ta có:

Dòng Ic của TIP42 là:

                     Ic = 64 x 20 = 1280 (mA)

Để Q1 dẫn bão hòa thì:  (Q1 = TIP42 có = 15 - 75)              à       

Chọn Ib= 250mA   

Với Vcc = 5V.

Rb = (VCC –VBE) / Ib

Rb = (5 – 0.7) / 0.25 =17.2 (Ω)

à Chọn Rb = 15Ω

Ta có (R1//R2) = Rb

Chọn R2 = 22(Ω) , ta tính được R1 = 47(Ω)          

Khi LED sáng, áp rơi ngay trên LED đỏ là 1,8V, LED xanh là 2,2V, để đơn giản ta chỉ tính theo LED đỏ.

                    code = code & "!" & "149"

                    biCode = biCode & "64,2008,2056,2128,4056,2048,0,"

                Case "ï"

                    code = code & "!" & "147"

                    biCode = biCode & "64,1984,2048,10304,4032,2048,0,"

                Case Else

                    code = code & "!" & "87"

                    biCode = biCode & "64,1984,2048,2112,4032,2048,0,"

            End Select

            dai = dai + 1

        Case "ö"

         Select Case Mid(str, (i + 1), 1)

            Case "ù"

            code = code & "!" & "154"

            biCode = biCode & "64,1984,2048,2128,4040,2176,192,0,"

            Case "ø"

            code = code & "!" & "157"

            biCode = biCode & "64,1984,2056,2128,4032,2176,192,0,"

            Case "û"

            code = code & "!" & "156"

            biCode = biCode & "64,1984,2056,2136,4040,2176,192,0,"

            Case "õ"

            code = code & "!" & "155"

biCode = biCode & "64,2008,2056,2128,4056,2176,192,0,"

            Case "ï"

code = code & "!" & "153"

biCode = biCode & "64,1984,2048,10304,4032,2176,192,0,"

Case Else

            code = code & "!" & "152"

            biCode = biCode & "64,1984,2048,2112,4032,2176,192,0,"

            End Select

            dai = dai + 1

        Case "v"

            code = code & "!" & "88"

            biCode = biCode & "64,192,832,3072,768,192,64,0,"

            dai = dai + 1

        Case "w"

            code = code & "!" & "89"

            biCode = biCode & "64,960,3072,576,960,3136,768,192,64,0,"

            dai = dai + 1

        Case "}"

            code = code & "!" & "95"

            biCode = biCode & "8200,7920,256,0,"

            dai = dai + 1

    End Select

Next i

'----Kiem tra xem ky tu cuoi cung co phai là 0? Neu dung thi bo----

If Right(biCode, 3) = ",0," Then

    biCode = Left(biCode, Len(biCode) - 3)

End If

TextToAscii = biCode

Exit Function

End Function

'----Dua vao tung ky tu, lay ra mang cac gia tri tuong ung cua ky tu do

str = TextToAscii(Trim(txtContent.Text))

'----Kiem tra xem hieu ung co phai la tu trai qua phai khong----

'----Neu khong phai thi thuc hien xu ly chuoi----

If chkRL.Value = False Then

    str = ProcessStringForBT(str)

End If

'----Xu ly chuoi ra thanh ma tran 64x16----

str = StringToMatrix(str)

'---Lay hieu ung

str = LayHieuUng() & "," & str

'----Nap xuong VXL---

'txtReceiv.Text = str

NapVXL (str)

Exit Sub

End Sub

CHƯƠNG 1:TỔNG KẾT

• Những công việc đã thực hiện được:

Đồ án đã hoàn thành và đạt được những kết quả sau:

• Có khả năng hiển thị chuỗi kí tự nhập từ máy tính với 4 hiệu ứng: chạy từ phải qua trái, từ dưới lên, từ trên xuống, đứng yên.
• Có thể hiển thị chuỗi với 3 màu: xanh, đỏ, cam.
• Tốc độ chữ chạy vừa phải.
• Thiết kế dưới dạng module nên có thể mở rộng lên bảng có kích thước là 16x128 điểm ảnh.
• Sử dụng Ram ngoài nên có thể hiển thị chuỗi ký tự lớn.

Tuy nhiên đồ án vẫn còn những hạn chế sau:

• Độ ổn định của mạch chưa cao.
• Có thể hiển thị màu sắc của chuỗi nhưng chưa hiển thị màu riêng cho từng ký tự.
• Do sử dụng đường truyền RS-232 nên độ dài cáp có giới hạn.
• Không có nhiều font chữ để thay đổi.

• Hướng phát triển:

• Tăng kích thước của mạch quang báo cho phù hợp với thực tế sử dụng.
• Sử dụng nhiều font chữ để làm phong phú hơn bảng quang báo.
• Sử dụng giao tiếp USB để thay thế cho RS232.
• Tăng thêm nhiều hiệu ứng cho bảng quang báo đa dạng hơn.

• Kết luận:

Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BẢNG QUANG BÁO”. Đề tài đã trình  bày được  nguyên tắc hoạt động cơ bản của mạch quang báo giao tiếp máy tính, giới thiệu về cách sử dụng cũng như sơ đồ chân, sơ đồ nội bộ của LED ma trận và các IC số dùng trong mạch.

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô cùng các bạn sinh viên, đã đóng góp rất nhiều ý kiến, công sức quý báu trong quá trình em thực hiện đề tài này.

 Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy Đặng Đắc Chi đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm, kiến thức thực tế để đề tài được hoàn thành đúng thời gian quy định.

Tuy  nhiên, do còn hạn chế về thời gian và trình độ nên đề tài không tránh khỏi nhiều sai sót, em rất mong  nhận được sự đóng góp ý kiến chân tình của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn.