Thiết kế bảng quảng cáo led sử dụng vi điều khiển atmega 16 module điều khiển hiển thị.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

THIẾT KẾ BẢNG QUẢNG CÁO LED SỬ DỤNG

VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 16

MODULE ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ

Sinh viên thực hiện: PHẠM MINH ĐỨC

Lớp ĐT12 – K49

Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG

Cán bộ phản biện: TS. HOÀNG MẠNH THẮNG

Hà nội, 5-2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

--------------------------------------------------

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

---------------------------------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: .…PHẠM MINH ĐỨC……... Số hiệu sinh viên: …20040847…

Khoá:………...49.……….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………….........

1. Đầu đề đồ án:

Thiết kế bảng quảng cáo LED sử dụng vi điều khiển ATMEGA16

Module điều khiển hiển thị

2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

……………………………………..……………………………………………..……..……………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………….

…..………………………..…………………………………………………………………………………….

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

………………………………………………………………………………………………………………..….

………………………………………………………………………………………………………………………………

……..….

………………………………………………………………………………………………………………………………

………..….……………………………………………………………………………………………

4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

………………………………………………………………………………………………………………………..….

…………………………………………………………………………………………………………………………..

……….………………………………………………………………………………………………………….

5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: …………… NGUYỄN TIẾN DŨNG ..……………………

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……………………………………………….……………

7. Ngày hoàn thành đồ án: ………………………………………………………………………..………

Ngày tháng năm

Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

---------------------------------------------------

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: ............. PHẠM MINH ĐỨC ............ Số hiệu sinh viên: .....20040847......

Ngành: .................................................................................................. Khoá: .............. 49 .........................

Giảng viên hướng dẫn:....................... TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG ....................................................

Cán bộ phản biện: .......................................................................................................................................

1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................

2. Nhận xét của cán bộ phản biện:

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

..........................................................................

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

Lời nói đầu

Quảng báo được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội . Hầu

như đi đâu ta cũng có thể thấy những bảng quảng cáo với nhiều hình thức khác

nhau. Với mục đích làm nổi bật lên sản phẩm của mình cả khi trời sáng hay tối

người ta đã sử dụng rộng rãi các bảng quảng cáo điện tử. Bảng quảng báo điện tử có

nhiều loại , được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau , có khả năng hiển thị hình

ảnh và màu sắc phong phú . Tuy nhiên do điều kiện có hạn nên trong đồ án này

chúng em mong muốn tìm hiểu về nguyên lý thiết kế một bảng quảng cáo điện tử có

khả năng điều khiển hiển thị các kí tự theo như mong muốn và thiết kế một module

led quảng báo cỡ nhỏ để thử nghiệm.

Đầu tiên chúng em xin cảm ơn sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy

Nguyễn Tiến Dũng . Thầy đã cung cấp cho chúng em các tài liệu về đề tài giúp

chúng em dễ dàng hơn trong quá trình tìm hiểu đồ án . Trong quá trình làm thực

hiện đồ án thầy đã chỉ bảo chúng em mỗi khi gặp khó khăn để đồ án có thể hoàn

thành.

Chúng em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa đã tận tình dạy dỗ

chúng em trong nhưng năm học vừa qua đã giúp chúng em có những kiến thức cơ

sở để làm đồ án này.

Sinh viên

Phạm Minh Đức

4

Tóm tắt đồ án

Nội dung chính của đồ án là việc điều khiển hiển thị led ma trận. Khi điều

khiển hiển thị led ma trận có 2 phương pháp cấp nguồn theo từng hàng hay từng

cột. Đồ án sẽ tập trung trình bày về phương pháp cấp nguồn theo từng cột . Việc cấp

nguồn cho các cột được thực hiện bằng cách sử dụng IC giải mã 74HC138 , cấp

nguồn cho các hàng trong cột được thực hiện bằng cách sử dụng bộ ghi dịch

74HC595. Dữ liệu mã hóa cấp nguồn cho các hàng trong cột được gửi ra bộ ghi

dịch thông qua việc sử dụng SPI của vi điều khiển. Việc điều khiển thời gian cấp

nguồn cho ma trận tạo tốc độ quét được thực hiện bằng cách sử dụng bộ định thời.

Phần cuối của đồ án sẽ trình bày về cách tạo một số hiệu ứng cho ma trận led khi sử

dụng phương pháp cấp nguồn theo cột.

Project abstract

The main content of this project is led matrix display control. There has two

power supply methods for controlling the led matrix : row by row or column by

column . In this project , I will introduce the column once. When using this method,

the 74HC138 decoder is used to power for each column and the 74HC595 shift

register is used to power every row in the column which is chosen by 74HC138.

The data which is coded the power suply for every row in each column is tranfered

to the shift register by using the SPI of the microcontroller. Timing to power the led

matrix can be done by using the timer/counter of the microcontroller. This is the

simple method to controll the scan rate for led matix display. Some led matrix

display effects will be presented in the final part of this document.

5

Mục lục

Lời nói đầu ............................................................................................................... 4

Tóm tắt đồ án ........................................................................................................... 5

Danh sách các hình vẽ ............................................................................................. 8

Danh sách các bảng ................................................................................................. 8

Danh sách các công thức ......................................................................................... 9

Phần mở đầu .......................................................................................................... 10

Chương 1 : Giới thiệu chung ................................................................................ 12

1.1) Quảng cáo ............................................................................................... 12

1.2) Bảng led quảng báo ................................................................................. 13

1.2.1) Một số đặc trưng ......................................................................... 13

1.1.2) Quảng cáo bằng led ..................................................................... 14

1.3) Giới thiệu chung về hệ thống ................................................................... 18

Chương 2 : Giới thiệu về vi điều khiển AVR Atmega16 .................................... 21

2.1) Giới thiệu về vi điều khiển họ AVR .......................................................... 21

2.1.1) Một số đặc trưng ......................................................................... 21

2.1.2) Một số đặc trưng ......................................................................... 23

2.1.3) Một số đặc trưng ......................................................................... 25

2.1.4) Một số họ vi diều khiển AVR ...................................................... 26

2.2) Sơ bộ về vi điều khiển Atmega16 ............................................................. 26

2.2.1) Đặc trưng ..................................................................................... 28

2.2.2) CPU ............................................................................................. 31

2.2.3) Bộ nhớ ......................................................................................... 37

Chương 3 : Nguyên tắc điều khiển led ma trận ................................................... 42

3.1) Cấu trúc và nguyên lý cấp nguồn cho led ma trận .................................. 42

3.2) Nguyên tắc tạo font chữ hiển thị ............................................................. 43

3.3) Điều khiển hiển thị led ma trận .............................................................. 44

Chương 4: Điều khiển cấp nguồn cho led ma trận .............................................. 47

4.1) Điều khiển cấp nguồn cho cột dùng 74HC138 ........................................ 47

4.1.1) Chức năng của 74HC138 .............................................................. 47

4.1.2) Sử dụng 74HC138 để cấp nguồn cho các cột ma trận .................. 48

4.2) Điều khiển cấp nguồn cho hàng dùng 74HC595 ..................................... 50

6

4.2.1) Chức năng của 74HC595 .............................................................. 50

4.2.2) Sử dụng 74HC595để cấp nguồn cho các hàng của ma trận ......... 51

4.3) Truyền dữ liệu cấp nguồn cho hàng sử dụng SPI .................................... 54

4.3.1) Atmega16 SPI .............................................................................. 54

4.3.2) Thiết lập SPI truyền dữ liệu cho 74HC595 ................................... 58

4.3) Kết luận ................................................................................................... 59

Chương5: Tạo tần số quét cho ma trận ............................................................... 60

5.1) Timer1 Atmega16 ................................................................................. 60

5.1.1) Một số chế độ hoạt động .............................................................. 60

5.1.2) Các thanh ghi ................................................................................ 65

5.2) Tạo tần số quét ma trận ....................................................................... 70

5.3) Kết luận ............................................................................................... 71

Chương 6: Hiệu ứng hiển thị bảng led ................................................................. 72

6.1) Bảng led hiển thị ..................................................................................... 72

6.2) Dịch trái, phải ........................................................................................ 74

6.3) Dịch lên xuống ....................................................................................... 78

6.4) Hiển thị từng kí tự ................................................................................... 81

6.5) Kết luận .................................................................................................. 83

Kết luận .................................................................................................................. 84

Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 85

Phụ lục A: Sơ đồ ghép nối hệ thống điều khiển led ma trận .............................. 86

Phụ lục B: Mã chương trình nạp cho vi điều khiển ............................................ 90

7

Danh sách các hình vẽ

Danh sách các bảng

8

Danh sách các công thức

9

Phần mở đầu

Quảng cáo luôn là một trong các vấn đề đóng vai trò quan trọng trong sự

phát triển của một công ty, doanh nghiệp hay thậm chí là của một cửa hàng. Quảng

cáo tốt sẽ đem lại nhiều lợi ích to lớn. Cũng chính vì vậy mà không ngạc nhiên khi

hàng năm các doanh nghiệp đã đầu tư rất nhiều vào vấn đề này. Một trong những

biện pháp được ưa dùng hiện nay đó là sử dụng bảng quảng cáo bằng đèn LED, vì

sự đơn giản, hiện đại, bắt mắt, chi phí hợp lý cũng như tính hiệu quả của nó. Những

bảng thông tin, cổng chào hay những bảng LED quảng cáo với màu sắc sặc sỡ, bắt

mắt, gây nhiều chú ý chắc hẳn đã không còn xa lạ đối với người dân, nhất là người

dân đô thị.

Quảng cáo bằng đèn LED hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều

ngành, nhiều lĩnh vực. Nó không chỉ giới hạn bởi việc hiển thị các dòng chữ, các

biển hiệu nhấp nháy mà còn có thể hiển thị các hình ảnh đồ họa, các hình ảnh full

colour và đặc biệt là có thể hiển thị được cả video. Nó cũng không chỉ giới hạn

trong việc quảng cáo trong nhà (indoor), bán ngoài trời (semi – outdoor ) mà còn có

thể quảng cáo ở cả ngoài trời, ngay giữa ban ngày với độ sáng và độ sắc nét cao.

(Chương I sẽ giới thiệu chi tiết hơn về vấn đề quảng cáo bằng đèn LED).

Tuy nhiên do còn hạn chế về nhiều mặt nên trong đồ án này chúng em chỉ

giới hạn ở việc hiển thị các dòng chữ được truyền từ máy tính xuống với định dạng

font tiếng anh đã lưu sẵn trong bộ nhớ Flash của AVR và một số hiệu ứng hiển thị

cơ bản.

Trong 2 chương đầu tiên của đồ án chúng em sẽ giới thiệu chung về quảng

cáo bằng bảng LED, giới thiệu hệ thống cũng như sơ lược về vi điều khiển AVR và

họ ATMega 16. Các chương tiếp theo chúng em sẽ trình bày về đóng góp của mình

10