Thiết kế và thi công mạch quang báo giao tiếp với máy tính sử dụng vi điều khiển 89c52.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ



KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO

GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH SỬ DỤNG VI ĐIỀU

KHIỂN 89C52

Người thực hiện : NGUYỄN THUỲ LAN

Lớp : 11CVL

Khoá : 2011-2015

Ngành đào tạo : CỬ NHÂN VÂT LÝ

Giáo viên hướng dẫn : Th.S NGUYỄN VĂN DŨNG

Đà Nẵng, 5/2015

GVHD: NGUYỄN VĂN DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: NGUYỄN THÙY LAN 1 Mạch quang báo giao tiếp máy tính

LỜI CẢM ƠN

Không có sự thành công nào mà không cợ hỗ trợ hay giúp đỡ, trực tiếp hay gián tiếp

của người khác. Trong suốt 4 năm học trên giảng đường đại học, em đã nhận rất nhiều sự

quan tâm, giúp đỡ của gia đình bạn bè cùng với sự giảng dạy tận tình của thầy cô tại

trường đại học sư phạm Đà Nẵng nói chung và ở khoa Vật lý nói riêng .

Em xin gửi đến tất cả quí thầy cô lòng biết ơn sâu sắc nhất, cảm ơn thấy cô đã tận tình,

tâm huyết truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập

tại trường. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Dũng đã tận tâm hướng

dẫn em hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này. Nếu không có sự giúp đỡ, gợi ý và

hướng dẫn của thầy thì em nghĩ bài khóa luận của em khó có thể hoàn thiện được.

Bài khóa luận này được thực hiện trong khoảng thời gian không dài nên chắc chắn

không tránh khỏi nhiều thiếu sót. Bên cạnh đó kiến thức của em còn hạn chế và thời gian

tìm hiểu gấp rút nên mong nhận được sự góp ý tận tình của quý thầy cô để kiến thức của

em được hoàn thiện hơn.

Em xin kính chúc quí thầy trường ĐHSP Đà Nẵng nói chung và thầy cô khoa Vật Lý

nói riêng dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao cả của mình là truyền đạt

thêm nhiều kiến thức cho thế hệ mai sau.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô!

Đà Nẵng, ngày…tháng…năm….

Sinh viên thực hiện

(Kí và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thùy Lan

GVHD: NGUYỄN VĂN DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: NGUYỄN THÙY LAN 2 Mạch quang báo giao tiếp máy tính

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh của xã hội thì khoa học kĩ thuật cũng ngày càng tiến

bộ,cho nên nhu cầu về thông tin dần trở nên thiết yếu đối với con người trong cả cuộc

sống lẫn trong công việc. Song hành với sự phát triển của ngành kĩ thuật máy tính, công

nghệ điện tử đã có những bước tiến vượt bậc với khả năng tích hợp ngày càng cao của vi

mạch, nhờ đó giúp tăng tốc độ xử lí, nâng cao độ tin cậy và giá thành sản phẩm cũng

giảm theo nên vi mạch ngày càng được sử dụng rộng rãi. Để đáp ứng nhu cầu nói trên

và đi theo sự phát triển của công nghệ, quang báo trở thành một trong những hình thức

cung cấp thông tin không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày, nó ngày càng trở nên tinh

vi đa dạng hơn từ thiết kế cho đến mẫu mã, chất lượng.

Sự ra đời của máy vi tính đã mở ra một bước ngoặt lớn trong lịch sử nhân loại. nó có

khả năng xử lý dữ liệu nhanh, lưu trữ được lượng thông tin lớn, độ tin cậy cao và quang

trọng hơn là nó có thể kết nối được với nhiều loại thiết bị ngoại vi khác.Tùy mục đích ứng

dụng mà ta chọn phương thức giao tiếp thích hợp. Dựa vào tính mềm dẻo, đa dạng và dễ

sử dụng của máy tính mà người ta đã tìm cách ứng dụng nó vào quang báo để việc thiết

kế phần cứng trở nên dễ dàng hơn và độ tin cậy cao hơn.

Từ những ứng dụng ban đầu trong lĩnh vực quân sự và máy tính, ngày nay với sự phát

triển không ngừng của ngành kĩ thuật máy tính mà quang báo đã mở rộng được đối tượng

ứng dụng của mình trong các ngành công nghệ điện tử hiện đại, trong các hệ thống máy

tính lớn, các hệ thống viễn thông cho đến những sản phẩm quen thuộc trong cuộc sống

hằng ngày : máy giặt, đèn giao thông,… hay trong việc kinh doanh sản xuất: biển quảng

cáo, biển hướng dẫn…

Vì những lí do trên mà em chọn đề tài cho khóa luận tốt nghiệp của mình là

“Thiết kế và thi công mạch quang báo tiếp xúc với máy tính sử dụng vi điều khiển

89C52.”

Với đề tài này em gặp không ít khó khăn. Bên cạnh thời gian tìm hiểu gấp rút, phải tự

bổ sung những kiến thức mình còn thiếu về cả việc làm phần cứng và phần mềm của một

mạch quang báo. Những kiến thức mới lạ về code hay các bước để làm một mạch điện.

GVHD: NGUYỄN VĂN DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: NGUYỄN THÙY LAN 3 Mạch quang báo giao tiếp máy tính

Thêm vào đó là sự khác biệt giữa lí thuyết và thực hành nên trong việc nghiên cứu, thiết

kế và thi công em đã cố gắng hết sức để có một bài luận văn hoàn chỉnh và đầy đủ nhất

có thể. Nhưng không thể tránh được nhiều sai xót. Mong quí thầy cô và các bạn sinh viên

cho em những góp ý chân thành để em có thể hoàn thiện bài luận văn của mình. Em xin

chân thành cảm ơn.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thùy Lan

GVHD: NGUYỄN VĂN DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: NGUYỄN THÙY LAN 4 Mạch quang báo giao tiếp máy tính

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Có rất nhiều cách để thực hiện quang báo như dùng IC rời, dùng EPROM, dùng vi xử

lý hoặc dùng máy vi tính để điều khiển mạch. Trong đề tài này, em chọn thực hiện mạch

quang báo giao tiếp với máy vi tính bởi vì:

+ Những mạch quang báo khác phải nạp dữ liệu chết trong ROM, phải mất nhiểu thủ

tục khi muốn xuất dữ liệu ra bảng đèn. Mỗi lần như vậy, ta phải khai báo lại dữ liệu và

phải nạp vào ROM rồi sau đó mới xuất ra bản đèn được. Giao tiếp với máy tình là dữ liệu

ta có thể nhập bất kì vào máy tính và xuất ra trực tiếp xuống bảng led mà không phải tốn

nhiều lần nạp vào ROM.

+ Việc truyền dữ liệu trực tiếp từ máy tính (nội dung phong phú, có thể là 1 kí tự hay

chuối nội dung…) xuống bảng đèn, thông qua một phần mềm đổi chuỗi, việc xuất dữ liệu

thật đơn giản: chỉ việc nhập dữ liệu vào máy tính và truyền xuống.

- Trên đây là những lý do chọn làm mạch quang báo giao tiếp với máy tính mà không

chọn các loại quang báo khác được nêu ở trên.

2. MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu thêm được nhiều kiến thức về các vi mạch, vi điều khiển, các IC, board mạch..

- Thiết kế và thi công được một bảng mạch quang báo giao tiếp với máy tính.

- Đề ra thêm được những khả năng ứng dụng của mạch trong cuộc sống.

3. ĐỒI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là thiết kế và thi công mạch quang báo giao tiếp

máy tính sử dụng vi điều khiển 89C52

4. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Mạch quang báo có thể hiển thị được hình ảnh sinh động chứ không chỉ gói gọn trong

việc chạy hiệu ứng chữ. Tuy nhiên, do thời gian tìm hiểu gấp rút cũng như kinh phí hạn

chế nên đề tài chỉ giới hạn ở việc nhận các kí tự từ máy và hiển thị các chữ chạy trên bảng

LED.

GVHD: NGUYỄN VĂN DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: NGUYỄN THÙY LAN 5 Mạch quang báo giao tiếp máy tính

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................1

LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................2

MỤC LỤC ......................................................................................................................5

PHẦN 1: TỔNG QUAN................................................................................................7

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH QUẢNG BÁO.............................................8

I.1. Các phương pháp thực hiện quang báo................................................................8

I.2. Phân loại quang báo .............................................................................................9

I.3. Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính .......................................................10

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN HỌ 8051 ............................12

II.1. Giới thiệu về cấu trúc vi điều khiển họ 8051......................................................12

II.2. Khảo sát vi điều khiển 8051 ...............................................................................14

II.2.1. Sơ đồ khối của 8051 ..................................................................................14

II.2.1. Sơ đồ chân và chức năng các chân của 8051.............................................15

II.3. Cấu trúc bên trong của họ vi điều khiển 8051 ....................................................20

II.3.1. Tổ chức bộ nhớ ...........................................................................................20

II.3.2. Các dãy thanh ghi .......................................................................................24

II.3.3. Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) ....................................................25

II.3.4. Hoạt động Reset..........................................................................................31

II.4. Hoạt động Timer của 89C51...............................................................................32

II.4.1. Giới thiệu ....................................................................................................32

II.4.2. Các chế độ Timer và cờ tràn.......................................................................32

II.4.3. Hoạt động Port nối tiếp...............................................................................34

CHƯƠNG III: CÁC CHUẨN GIAO TIẾP MÁY TÍNH...........................................43

III.1. Giao tiếp qua cổng máy in (LPT)......................................................................43

III.2. Giao tiếp qua khe cắm trong máy tính (Slot Card)............................................44

III.3. Giao tiếp qua cổng nối tiếp đa năng USB .........................................................44

III.4. Giao tiếp qua cổng nối tiếp RS-232 (COM)......................................................44

GVHD: NGUYỄN VĂN DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: NGUYỄN THÙY LAN 6 Mạch quang báo giao tiếp máy tính

CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU VÈ MA TRẬN LED....................................................46

IV.1. Bộ hiển thị .........................................................................................................46

IV.2. Ma trận leb 8x8 (1 màu)....................................................................................47

IV.3. Khái quát phương pháp quét ma trận LED .......................................................47

IV.4. Phương pháp quét LED đối với ma trận LED (16 hàng 48 cột) ......................48

PHẦN 2: THI CÔNG MẠCH ......................................................................................49

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG....................................................................50

V.1. Sơ đồ khối của mạch quang báo .........................................................................50

V.1.1. Sơ đồ khối...................................................................................................50

V.1.2. Chức năng của từng khối............................................................................50

V.1.3. Nguyên lý hoạt động...................................................................................51

V.2. Khối xữ lý quét cột .............................................................................................51

V.3. Khối xữ lý quét hàng ..........................................................................................54

V.4. Khối hiển thị .......................................................................................................56

CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ PHẦN MỀM....................................................................58

VI.1. Lưu đồ thuật toán ..............................................................................................58

VI.2. Chương trình .....................................................................................................63

TỔNG KẾT-KẾT LUẬN..............................................................................................102

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................105

MỤC LỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG .............................................................................106

GVHD: NGUYỄN VĂN DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: NGUYỄN THÙY LAN 7 Mạch quang báo giao tiếp máy tính

PHẦN 1:

TỔNG QUAN

GVHD: NGUYỄN VĂN DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: NGUYỄN THÙY LAN 8 Mạch quang báo giao tiếp máy tính

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU VỀ MẠCH QUANG BÁO

I.1/ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN QUANG BÁO

Quang báo là dùng ánh sáng để hiển thị mục đích tạo ra nó. Với sự giúp sức của các kĩ

thuật mạch, vi xử lý, vi điều khiển, máy tính…Hiện nay có rất nhiều cách để thực hiện

quang báo như dùng IC rời, dùng EPROM, dùng vi xử lý hoặc dùng máy vi tính để điều

khiển mạch.

- Nếu dùng IC rời : ta sử dụng IC giải đa hợp (Demultiplexer) kết hợp với các diode để

làm thành mạch ROM, kiểu này được gọi là MADE ROM. Chương trình cho loại ROM

này được tạo ra bằng cách sắp xếp vị trí các diode, mỗi khi thay đổi chương trình phải

thay đổi vị trí các diode này (thay đổi phần cứng). Dung lượng bộ nhớ này thay đổi theo

kích thước mạch, kích thước càng lớn thí dung lượng mạch càng lớn (vì khi tăng dung

lượng thì phải thêm IC giải đa hợp, thêm các diode nên kích thước mạch tăng lên). Nếu

muốn đủ bộ nhớ để chạy một mạch quang báo bình thường thì kích thước mạch phải rất

lớn vì thế giá thành rất cao, việc thi công mạch sẽ gặp nhiều khó khăn, độ phức tạp tăng

lên. Dạng mạch này không thực tế. Do đó, dạng ROM này không đáp ứng được yêu cầu

của việc thực hiện mạch quang báo trên thực tế.

- Khi dùng EPROM thì kích thước mạch và giá thành của mạch sẽ giảm đi đáng kể.

Kích thước mạch của EPROM hầu như không tăng theo dung lượng bộ nhớ. Ngoài ra, khi

muốn thay đổi chương trình hiển thị thì ta chỉ việc xóa chương trình cũ và nạp vào

EPROM chương trình mới (thay đổi về phần mềm). Hoặc có thể thay EPROM cũ bằng

EPROM mới có chứa chương trình mới cần thay đổi. Việc thay đổi chương trình kiểu này

thực hiện đơn giản hơn rất nhiều so với cách dùng IC rời nêu trên. Đặc biệt, khi có yêu

cầu hiển thị hình ảnh thì việc sử dụng EPROM là để điều khiển là hợp lý nhất, nó đơn

giản hơn nhiều việc sử dụng vi xử lý hoặc dùng máy tính để điều khiển. Vi sử lý và máy

tính điều khiển muốn giao tiếp với bên ngoài đều phải thông qua chương trình và các IC

ngoại vi, còn EPROM thì giao tiếp trực tiếp và không cần chương trình điều khiển nó. Vì

phải dùng chương trình nên tín hiệu điều khiển đưa ra ngoài tuần tự, không được liên tục

như EPROM nên khi muốn hiển thị hình ảnh thì sẽ gặp nhiều khó khăn (do hiển thị hình