Đồ án thi công mạch led cube 5x5x5

Đồ án 2 GVHD: ThS Vũ Thế Đảng

SVTH: Võ Quang Lộc Trang 1

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cám ơn thầy Vũ Thế Đảng đã hướng dẫn tận tình trong suốt

thời gian qua giúp em có thể hoàn thành tốt học phần này.

Trong quá trình viết báo cáo này do trình độ hiểu biết của em còn hạn chế, nên

còn nhiều thiếu sót mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để em hoàn thiện hơn về kiến

thức cũng như rút kinh nghiệm cho các đề tài sau.

Em xin chân thành cảm ơn!

Bình Dương, Ngày 8 tháng 5 năm 2012.



LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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



MỤC LỤC

PHẦN I: GIỚI THIỆU .................................................................................................... 4

PHẦN II: NỘI DUNG ..................................................................................................... 5

CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 5

1.1 Giới thiệu Vi điều khiển AT89S52 ................................................................. 5

1.2 Giới thiệu Led Cube ..................................................................................... 17

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH LED CUBE 5X5X5 .................. 19

2.1 Thiết kế phần cứng ....................................................................................... 19

2.2 Thiết kế phần mềm ....................................................................................... 22

2.3 Thi công và khắc phục lỗi............................................................................. 31

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................... 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 38



PHẦN I: GIỚI THIỆU

Vi điều khiển là một lĩnh vực khá lý thú đối với các bạn sinh viên chuyên ngành

Điện tử nói chung. Cùng với sự phát triển của ngành điện tử thì nhiều họ Vi điều khiển

đƣợc các hãng sản xuất chíp cho ra đời nhƣ: AT89, AVR của Atmel, PIC của

Microchip…

AT89 là bƣớc phát triển tiếp theo của họ 8051, cùng với sự phát triển đó nhiều

ứng dụng về nó đã đƣợc ra đời nhƣ: Mạch báo chuông tiết học, Điều khiển động cơ mà

gần với chúng ta hơn đó là những mạch ứng dụng vi điều khiển điều khiển Led đơn

đƣợc ứng dụng nhiều trong ngành quảng cáo.

Chắc hẳn ai trong chúng ta cũng đã một lần nghe qua từ 3D nhƣ xem phim 3D

hay Tivi 3D, và ắt hẳn bạn cũng đã từng nghe qua khối Led 3D hay Led Cube.

Ngày nay các ứng dụng về 3D ngày càng rộng rãi, đã thúc đẩy nhiều nhà khoa

học đi sâu nghiên cứu và cho ra những sản phẩm ứng dụng công nghệ 3D với chất

lƣợng ngày càng đƣợc nâng cao đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngƣời dùng vì thế

việc nghiên cứu tìm hiểu led 3D đặt nền móng và giúp cho chúng ta hiểu hơn về công

nghệ 3D. Trong bài báo cáo này mình sẽ nói rõ hơn về khối led 3D qua đề tài: THIẾT

KẾ VÀ THI CÔNG LED CUBE 5X5X5 DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52.

Mục tiêu của đề tài: Tìm hiểu cấu tạo khối led cube từ đó lập trình tạo ra hiệu ứng

bắt mắt trong không gian 3 chiều

Phƣơng pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu và tìm hiểu 89S52 để ứng dụng hiệu ứng led Cube

- Thi công và thử nghiệm thực tế

Nội dung đề tài gồm 2 chƣơng :

Chƣơng 1: Giới thiệu chung

1.1 Giới thiệu Vi điều khiển AT89S52

1.2 Giới thiệu Led Cube

Chƣơng 2: Thiết kế và thi công mạch led Cube 5x5x5

2.1 Thiết kế phần cứng

2.2 Thiết kế phần mềm

2.3 Thi công và khắc phục lỗi

Tuy nhiên, do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sự thiếu

sót, mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của Thầyvà các bạn.

Bình Dƣơng, ngày 08 tháng 05 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Võ Quang Lộc



PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu Vi điều khiển AT89S52

1.1.1 Chức năng:

Vi điều khiển 8051 đƣợc Intel cho ra đời vào năm 1980 thuộc vi điều khiển đầu

tiên của họ MCS-51. Hiện tại rất nhiều nhà sản xuất nhƣ Siemens, Advanced

Micro Devices, Fusisu và Philips tập trung phát triển các sản phẩm trên cơ sở

8051.Atmel là hãng đã cho ra đời các chip 89C51, 52, 55 và sau đó cải tiến thêm,

hãng cho ra đời 89S51, 89S52, 89S8252…

Cấu hình 89S52:

8 KB Flash ROM bên trong

Vùng điện áp hoạt động 4.0V – 5.0V

Xung clock: 0 Hz – 33 MHz

256 x 8-bit RAM nội

8 nguồn ngắt

4 Port xuất nhập I/O 8 bit

3 bộ Timer/Counter 16 bit

Watchdog Timer

Giao tiếp nối tiếp

Cờ báo ngắt

Có thể mở rộng 64 KByte không nhớ chƣơng trình ngoài

Có thể mở rộng 64 KByte không nhớ dữ liệu ngoài

Sơ đồ chân

Hình 1.1: Sơ đồ chân IC AT89s52



Sơ đồ khối

Hình 1.2: Sơ đồ khối IC AT89s52

Chức năng các chân

Port 0: là port có 2 chức năng với số thứ tự chân từ 32-39

- Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong

không dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 0 đƣợc dùng làm các

đƣờng I/O



- Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài

thì port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu AD7-AD0.

Port 1: với số thứ tự chân từ 1-8. có chức năng làm các đƣờng điều khiển

xuất nhập ngoài ra còn có các chân có chức năng nhƣ bảng sau:

Hình 1.3: Chức năng các chân port 1

Port 2: với số thứ tự chân từ 21-28 với hai chức năng

- Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong

không dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 đƣợc dùng làm các

đƣờng I/O

- Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài

thì port 2 có chức năng là bus địa chỉ cao A8-A15

Port 3: có hai chức năng với số thứ tự chân 10-17các chân của port này có

nhiều chức năng khác nhau nhƣ bảng sau:

Hình 1.4: Chức năng các chân port 3



Chân PSEN (Program store enable): là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 cho phép

đọc bộ nhớ chƣơng trình mở rộng. khi có giao tiếp với bộ nhớ bên ngoài

mới dùng đến chân PSEN

Chân ALE/PROG (Address latch enable): là tín hiệu ngõ ra ở chân 30 dùng

làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đƣờng địa chỉ và dữ liệu khi kết

nối chúng với IC chốt..

Chân EA/VPP (External Access) số thứ chân là 31 có chức năng chọn bộ

nhớ chƣơng trình: EA=GND: Chọn bộ nhớ ngoại, EA=VCC chọn bộ nhớ

nội.

Chân RST (Reset) chân số 9 của vi điều khiển, khi nhấn nút reset thì mạch

sẽ reset vi điều khiển, khi reset thì tín hiệu phải ở mức cao ít nhất 2 chu kỳ

máy.

Sơ đồ mạch reset:

VCC

10kR

ResetSW

10uFC

Hình 1.5: Sơ đồ mạch Reset



Trạng thái các thanh ghi sau khi reset:

Hình 1.6: Trạng thái các thanh ghi sau khi Reset

Chân XTAL1 và XTAL2: Chân 18, 19 của vi điều khiển. thƣờng đƣợc nối

với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK. Tần số thạch anh

thƣờng dùng trong các ứng dụng là : 12Mhz , Tần số tối đa 33Mhz. Tần số

càng lớn vi điều khiển xử lí càng nhanh.

Sơ đồ mạch kết nối thạch anh:



Y1

CRYSTAL

C233P

X2X1

C333P

Hình 1.7: Sơ đồ mạch kết nối thạch anh

Chân VCC, GND: chân 40, 20 của vi điều khiển dùng để cấp nguồn và nối

đất cho vi điều khiển.

1.1.2 Tổ chức bộ nhớ của Vi điều khiển

Vi điều khiển 89S52 có bộ nhớ nội bên trong và thêm khả năng giao tiếp với bộ

nhớ bên ngoài nếu bộ nhớ bên trong không đủ khả năng lƣu trữ chƣơng trình.

Bộ nhớ nội bên trong gồm có hai loại bộ nhớ: Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chƣơng

trình. Bộ nhớ dữ liệu có 256 byte, bộ nhớ chƣơng trình có dung lƣợng 8kbyte.

Bộ nhớ mỡ rộng bên ngoài cũng đƣợc chia làm hai loại bộ nhớ: bộ nhớ dữ liệu

và bộ nhớ chƣơng trình, khả năng giao tiếp là 64kbyte cho mỗi loại.

Hình 1.8: Tổ chức bộ nhớ của Vi điều khiển

Bộ nhớ mở rộng bên ngoài và bộ nhớ chƣơng trình bên trong không có gì đặc biệt

chỉ có khả năng lƣu trữ dữ liệu và mã chƣơng trình.

Bộ nhớ chƣơng trình bên trong của vi điều khiển thuộc loại bộ nhớ flash rom cho

phép xóa bằng xung điện và lập trình lại.

Bộ nhớ Ram nội bên trong là bộ nhớ đặc biệt, sơ đồ cấu trúc bên trong đƣợc trình

bày trong hình dƣới.



7F FF

F0 F7 F6 F5 F4 F3

F2 F1 F0 B

RAM đa dụng

E0 E7 E6 E5 E4 E3

E2 E1 E0 ACC

D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW

30 B8 - - - BC BB BA B9 B8 IP

2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78

2E 77 76 75 74 73 72 71 70 B0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P.3

2D 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68

2C 67 66 65 64 63 62 61 60 A8 AF AC AB AA A9 A8 IE

2B 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58

2A 57 56 55 54 53 52 51 50 A0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2

29 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48

28 47 46 45 44 43 42 41 40 99 không đƣợc địa chỉ hóa bit SBUF

27 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 98 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON

26 37 36 35 34 33 32 31 30

25 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 90 97 96 95 94 93 92 91 90 P1

24 27 26 25 24 23 22 21 20

23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 8D không đƣợc địa chỉ hóa bit TH1

22 17 16 15 14 13 12 11 10 8C không đƣợc địa chỉ hóa bit TH0

21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 8B không đƣợc địa chỉ hóa bit TL1

20 07 06 05 04 03 02 01 00 8A không đƣợc địa chỉ hóa bit TL0

1F Bank 3 89 TMOD

18 88 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON

17 Bank 2 87 không đƣợc địa chỉ hóa bit PCON

10

0F Bank 1 83 không đƣợc địa chỉ hóa bit DPH

08 82 không đƣợc địa chỉ hóa bit DPL

07 Bank thanh ghi 0 81 không đƣợc địa chỉ hóa bit SP

00 (mặc định cho R0-R7) 80 87 86 85 84 83 82 81 80 P0

Hình 1.9: Cấu trúc bộ nhớ RAM bên trong vi điều khiển

1.1.3 Hoạt động định thời

1.1.3.1 Giới thiệu

Các bộ định thời (Timer) đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lƣờng và

điều khiển. Tùy thuộc vào ứng dụng đầu vào của bộ định thời có thể là nguồn xung lấy

từ xung nhịp của vi điều khiển hoặc nguồn xung từ bên ngoài đƣa đến.



Vi điều khiển họ 8051 có ba bộ định thời 16 bit trong đó hai bộ Timer 0 và Timer 1

có bốn chế độ hoạt động, còn Timer 2 có ba chế độ hoạt động.

1.1.3.2 Các thanh ghi của bộ định thời.

a. Các thanh ghi của Timer 0 và Timer 1.

Thanh ghi chế độ định thời TMOD: Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bit dùng để

đặt chế độ làm việc cho Timer 0 và Timer 1

Bit Name Timer Description

7 GATE 1 Khi GATE = 1, Timer chỉ làm việc khi INT = 1

6 C/T 1 Bit đếm sự kiện hay ghi giờ

C/T = 1: Đếm sự kiện

C/T = 0: Ghi giờ đều đặn

5 M1 1 Bit chọn Mode của Timer 1


3 GATE 0 Bit chọn cổng của Timer 0

2 C/T 0 Bit chọn chế độ Timer/Counter của Timer 0



Hình 1.10: Thanh ghi TMOD của Timer 0 và Timer 1

Thanh ghi điều khiển Timer TCON: Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái điều

khiển cho Timer 0 và Timer 1.

Bit Symbol Bit

Address

Description

TCON.7 TF1 8FH Cờ báo tràn của Timer1, đƣợc đặt bởi phần

cứng khi có tràn, đƣợc xóa bởi phần mềm

hoặc bởi phần cứng khi bộ xử lý chỉ đến

chƣơng trình phục vụ ngắt.

TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển Timer 1 hoạt động, đƣợc đặt/

xóa bằng phần mềm để điều khiển cho Timer

chạy/dừng



TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn Timer 0

TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển Timer 0 hoạt động

TCON.3 IE1 8BH Cờ ngắt do Timer 1.

TCON.2 IT1 8AH Cờ ngắt ngoài 1.

TCON.1 IE0 89H Cờ ngắt do Timer 0

TCON IT0 88H Cờ ngắt ngoài 0

Hình 1.11: Thanh ghi TCON của Timer 0 và Timer 1

b. Các thanh ghi của Timer 2.

Thanh ghi T2CON

Thanh ghi T2MOD: có địa chỉ 0C9H, thanh ghi này không định địa chỉ bit.

Thanh ghi TH2 và TL2, RCAP2H và RCAP2L: Thanh ghi TH2 và TL2 chứa giá trị

đếm của Timer 2, còn RCAP2H và RCAP2L chứa giá trị cần nạp lại của Timer 2.

1.1.3.3 Chế độ của bộ định thời

a. Các chế độ của Timer 0 và Timer 1.

- Mode 0 (mode Timer 13 bit): là chế độ định thời 13 bit, chế độ này tƣơng thích

với các bộ vi điều khiển trƣớc đó, trong các ứng dụng hiện nay, chế độ này không còn

thích hợp.

Hình 1.12: Chế độ Mode 0 của Timer 2

- Mode 1 (Mode Timer 16 bit): trong chế độ 1, bộ Timer dùng cả 2 thanh ghi TH

và TL để chứa giá trị đếm, vì vậy chế độ này còn đƣợc gọi là chế độ định thời 16 bit.



Hình 1.13 : Chế độ Mode 1 của Timer 2

- Mode 2 (chế độ 8 bit tự nạp lại): Timer dùng TL để chứa giá trị đếm và TH để

chứa giá trị nạp lại vì vậy chế độ này đƣợc gọi là chế độ tự nạp lại 8 bit. Cách điều

khiển giống chế độ 1.

Hình 1.14 : Chế độ Mode 2 của Timer 2

- Mode 3 (Chế độ tách Timer): Timer 0 đƣợc tách thành 2 bộ Timer hoạt động

độc lập, chế độ này sẽ cung cấp cho vi điều khiên thêm một Timer nữa.

Hình 1.15: Chế độ Mode 3 của Timer 2

b. Các chế độ của Timer 2: có 3 chế độ hoạt động là chế độ thu nhận, tự nạp

lại và cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp.



Hình 1.16: Các Chế độ của Timer 2

- Chế độ thu nhận (capture):

Hình 1.17: Chế độ thu nhận của Timer 2

- Chế độ tự nạp lại

Hình 1.18: Chế độ tự nạp lại của Timer 2



- Chế độ phát tần số Baud

Hình 1.19: Chế độ phát tần số Baud của Timer 2



1.2 Giới thiệu Led Cube

1.2.1 Giới thiệu

LED CUBE đƣợc tạo thành từ 125 bóng led, xếp thành 5 lớp, mỗi lớp 25 bóng.

Điều đặc biệt là ta không dùng 125 mối nối để thắp sáng từng bóng mà thay vào đó, ta

mắc chung các chân anode của 25 bóng trên 1 lớp lại với nhau và mắc chung 5 chân

cathode để tạo thành cột (có 25 cột).

1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Để cho 1 led bất kỳ bật sáng, đầu tiên ta nối chân anode chung của lớp với điểm có

điện thế cao, khi đó 25 bóng led sẽ có chân anode đƣợc gắn với điểm điện thế cao,

việc còn lại là nối điểm điện thế thấp cho chân cathode của bóng led nào cần thắp sáng.

Việc cấp điện thế cao cho các lớp đƣợc thực hiện bởi 5 transistor PNP. 5 Transistor

này đƣợc điều khiển bởi 5 chân IO của vi điều khiển và đƣợc phân cực ở vùng bão hòa

và vùng ngƣng tƣơng ứng với mức logic 0 và 1 (ngƣợc mức logic với chân I/O của vi

điều khiển) Việc cấp điện thế thấp cho các cột đƣợc thực hiện bởi 25 chân I/O của vi

điều khiển. do không có transistor để nhận dòng nên khi khi tính toán điện trở hạn dòng

cho led phải lƣu ý đến khả năng nhận dòng của chân I/O vi điều khiển (thông số IOL

khoảng 200mA là tối đa). Ở thời điểm nào đó, mỗi chân này phải nhận dòng từ 5 bóng

led của 1 cột. Sơ đồ nguyên lý điều khiển sau đây:

Hình 1.20: Sơ đồ nguyên lý điều khiển Led

1.2.3 Cơ sở tính toán chọn linh kiện:



Port 0 muốn hiển thị đƣợc và không bị nhiễu khi bỏ trống ta dùng điện trở léo lên

nguồn, chọn điện trở kéo lên 4,7 k.

Mỗi led đơn để sáng đƣợc đòi hỏi dòng qua led là 10mA, hiệu điện thế 3V (dùng

led 5mm xanh dƣơng).

Tính toán chọn điện trở hạn dòng cho led:

Ta có:

5 32 0 0

1 0

C C le d

le d

le d

V V V VR

I m A

chọn Rled = 220.

Hiển thị hiệu ứng trên khối led cube bằng phƣơng pháp quét giải mã bằng phần

cứng và phần mềm. khối quét và hiển thị led cube đƣợc thiết kế gồm 5 lớp, mỗi lớp 25

led đơn đƣợc nối anode chung đƣợc điều khiển bằng phƣơng pháp quét nhằm hiển thị

đƣợc các hiệu ứng 3D trên khối led cube.

Để cho led sáng ở chế độ đóng ngắt thì dòng qua led phải gấp 5 lần dòng có định

tức là mỗi led phải đƣợc cấp dòng đóng ngắt lên đến 50mA.

Dòng ngõ ra của vi điều khiển mức thấp là 20mA.

Phải chọn Transistor có: m a x

m a x5 * 2 0 1 0 0

CE

I I m A m A

m a x/ 1 0 0 / 2 0 5

C BI I

Ta có thể chọn Transistor là A1015 có dòng định mức là IC=200mA, =180 hoặc

transistor A1013 có dòng định mức IC=200mA, =60-320.

Tính toán chọn điện trở RB: khi transisotr dẫn bảo hòa VBE=0,7V; VCE=0,2V.

C E C C C C le dV V I R V (

C BI I )

B C C C le d C EI R V V V

C C le d C E

B

C

V V VI

R

Mà C C B E

B

B

V VI

R

C C B E C C le d C E

B C

V V V V V

R R

( ) (5 0 , 7 ) .5 .2 2 02 6 2 7

5 3 0 , 2

C C B E C

B

C C le d C E

V V RR

V V V

Vậy ta có thể chọn RB=1k; 1,2 k;; 1,5 k;;1,8 k;; 2,2 k;



CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH LED

CUBE 5X5X5

2.1 Thiết kế phần cứng

2.1.1 Sơ đồ mạch nguyên lý

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Led Cube 5x5x5

X1

R3

01K

KH

OÁI T

AÏO

DA

O Ñ

OÄN

G

KH

OÁI X

ÖÛ L

YÙ T

RU

NG

TA

ÂM

R1

9220

R1

4220

R1

RE

SIS

TO

R S

IP 9

1 23456789

+5

V

R9

220

J4

CO

N8

1 2 3 4 5 6 7 8

R3

31K

+5

V

MA

ÏCH

ÑIE

ÀU K

HIE

ÅN L

ED

CU

BE

5X

5X

5

Y1

CR

YS

TA

L

U2

LM

780

51

2

3V

I

GND

VO

KH

OÁI N

GU

OÀN

U1

AT8

9S

52

9

18

19

20

29

30

31

40

1 2 3 4 5 6 7 8

21

22

23

24

25

26

27

28

10

11

12

13

14

15

16

17

39

38

37

36

35

34

33

32

RS

T

XTA

L2

XTA

L1

GND

PS

EN

ALE

/PR

OG

EA

/VP

P

VCC

P1.0

/T2

P1.1

/T2

-EX

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

P2.0

/A8

P2.1

/A9

P2.2

/A10

P2.3

/A11

P2.4

/A12

P2.5

/A13

P2.6

/A14

P2.7

/A15

P3.0

/RXD

P3.1

/TXD

P3.2

/IN

T0

P3.3

/IN

T1

P3.4

/T0

P3.5

/T1

P3.6

/WR

P3.7

/RD

P0.0

/AD

0P

0.1

/AD

1P

0.2

/AD

2P

0.3

/AD

3P

0.4

/AD

4P

0.5

/AD

5P

0.6

/AD

6P

0.7

/AD

7

D1

LE

D

R1

5220

R3

11K

R1

2220

R2

4220

+5

V

R2

1220

C1

C

R2

7220

LE

D

R2

6220

R3

21K

Q2

C2

33P

+5

V

R2

0220

RE

SE

T

RE

SE

T

R1

7220

R5

220

R4

220

Q5

X2

R1

0220

Q4

J2

CO

N8

1 2 3 4 5 6 7 8

R2

5220

X1

R2

220

R1

1220

R2

9220

R1

6220

X2

R3

41K

R3

220

SW

3R

36

220

LE

D

R2

2220

+5

V

Q1

PN

P B

CE

R8

220

KH

OÁI R

ES

ET

KH

OÁI B

AÙO

TÍN

HIE

ÄU

R1

3220

R3

510K

R2

3220

J1

1 2 3 4 5 6 7 8

J6

CO

N2

1 2

C5

22uF

R1

8220

+5

V

R2

8220

J3

CO

N8

1 2 3 4 5 6 7 8

D2

LE

D

+5

VQ

3

C3

33P

R7

220



2.1.2 Sơ đồ mạch in

Hình 2.2: Sơ đồ mạch in mạch điều khiển Led Cube 5x5x5



2.1.3 Mạch hoàn thành thực tế:

Hình 2.4: Mạch điều khiển Led Cube 5x5x5 thực tế



2.2 Thiết kế phần mềm

2.2.1 Lƣu đồ:

KHỞI TẠO BIẾN

BẮT ĐẦU

HIỆU ỨNG TỎA RA

HIỆU ỨNG CHỚP TẮT

HIỆU ỨNG NƯỚC DÂNG

HIỆU ỨNG QUAY ĐỨNG

HIỆU ỨNG LƯỢN SÓNG

CHỚP

TẮT

NƯỚC

DÂNG

I <= n

QUÉT P0,P1,P2,P3

DELAY

XÓA

DELAY

Đ

S

Hình 2.5: Lưu đồ Chương trình chính Hình 2.6: Lưu đồ hiệu ứng Chớp tắt



TỎA RA

XÓA

i <= n

QUÉT 5 DÒNG, CỘT 13

DELAY

XÓA

QUÉT 5 DÒNG, CỘT

7,8,9,12,14,17,18,19

DELAY

XÓA


1,2,3,4,5,16,15,20,25,24,

23,22,21,16,11,6

DELAY

XÓA

CHỚP

TẮTS

NƯỚC

DÂNG

QUAY

ĐỨNG

KHỞI TẠO MẢNG

XÓA

I <= n

j <= 4

TẤT CẢ CỘT

DELAY

P0 = M[j]

Đ

S

Đ

S

Hình 2.8: Lưu đồ hiệu ứng Nước dâng Hình 2.7: Lưu đồ hiệu ứng Tỏa ra



QUAY

ĐỨNG

LƯỢN

SÓNG

I <= n

XÓA


11,12,13,14,15

DELAY

XÓA


6,13,20

DELAY

XÓA


1,7,13,19,25

DELAY

XÓA


2,13,24

DELAY

XÓA


3,8,13,15,23

DELAY

XÓA


4,13,22

DELAY


5,9,13,17,21

DELAY


16,13,10

DELAY

Hình 2.9: Lưu đồ hiệu ứng Quay đứng



LƯỢN

SÓNG

I <= n

XÓA

K < TIME

QUÉT L5, CỘT 1,2,3,4,5,

11,12,13,14,15,21,22,

23,24,25

DELAY

QUÉT L5, CỘT 1,2,3,4,5,

11,12,13,14,15,21,22,

23,24,25

DELAY

QUÉT L4, CỘT 6,7,8,9,

10,16,17,18,19,20

DELAY

DELAY

QUÉT L1, CỘT 1,2,3,4,5,

11,12,13,14,15,21,22,

23,24,25

DELAY

QUÉT L2, CỘT 6,7,8,9,10

16,17,18,19,20

DELAY

QUÉT L2, CỘT 6,7,8,9,10

16,17,18,19,20

DELAY

QUÉT L2, CỘT 1,2,3,4,

5 11,12,13,14,15,21,

22,23,24,25

DELAY

QUÉT L5, CỘT 6,7,8,9,

10,16,17,18,19,20

DELAY

QUÉT L5, CỘT 6,7,8,9,

10,16,17,18,19,20

DELAY

QUÉT L2, CỘT 1,2,3,4,

5,11,12,13,14,15,21,

22,23,24,25

DELAY

QUÉT L2, CỘT 1,2,3,4,

5,11,12,13,14,15,21,

22,23,24,25

DELAY

K < TIME

QUÉT L1, CỘT 6,7,8,9,

10,16,17,18,19,20

DELAY

QUÉT L1, CỘT 6,7,8,9,

10,16,17,18,19,20

DELAYQUÉT L1, CỘT 1,2,3,4,5,

11,12,13,14,15,21,22,

23,24,25

QUÉT L2, CỘT 1,2,3,4,

5 11,12,13,14,15,21,

22,23,24,25

DELAY

KHỞI TẠO BIẾN

(TRỞ VỀ CH.TR CHÍNH)

Hình 2.10: Lưu đồ hiệu ứng Lượn sóng



2.2.2 Chƣơng Trình

#include <REGX52.H>

#include<stdlib.h>

unsigned int i,j,k,n;

sbit c1 = P1^0;

sbit c2 = P1^1;

sbit c3 = P1^2;

sbit c4 = P1^3;

sbit c5 = P1^4;

sbit c6 = P1^5;

sbit c7 = P1^6;

sbit c8 = P1^7;

sbit c9 = P3^0;

sbit c10 = P3^1;

sbit c11 = P3^2;

sbit c12 = P3^3;

sbit c13 = P3^4;

sbit c14 = P3^5;

sbit c15 = P3^6;

sbit c16 = P3^7;

sbit c17 = P2^0;

sbit c18 = P2^1;

sbit c19 = P2^2;

sbit c20 = P2^3;

sbit c21 = P2^4;

sbit c22 = P2^5;

sbit c23 = P2^6;

sbit c24 = P2^7;

sbit c25 = P0^6;

sbit L1 = P0^4;

sbit L2 = P0^3;

sbit L3 = P0^2;

sbit L4 = P0^1;

sbit L5 = P0^0;



//=======================================

void delay(unsigned int t)

{

unsigned int i;

for(i=0;i<=t;i++);

}

//---------------------------------------

void tatcacot()

{

P1=P2=P3=0x00;c25=0;

}

//---------------------------------------

void xoatatcacot()

{

P1=P2=P3=0xff;c25=1;

}

//---------------------------------------

void xoa()

{

P0=P1=P2=P3=0xff;

}

//---------------------------------------

void toara(unsigned int time, unsigned char n)

{

xoa();

for(i=0;i<=n;i++)

{

L1=L2=L3=L4=L5=0;c13=0;delay(time);

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;c7=c8=c9=c12=c14=c17=c18=c19=0;delay(time);

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;c1=c2=c3=c4=c5=c10=c15=c20=c25=c24=c23=c22=c21

=c16=c11=c6=0;delay(time);

xoa();

}

}



//----------------------------------------

void nuocdang(unsigned int time, unsigned char n)

{

unsigned char M[5]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef};

xoa();

for(i=0;i<=n;i++)

{

for(j=0;j<=4;j++)

{

P0=M[j];

tatcacot();

delay(time);

}

}

}

//----------------------------------------

void choptat(unsigned int time,unsigned char n)

{

for(i=0;i<n;i++)

{

P0=P1=P2=P3=0;delay(time);

xoa();delay(time);

}

}

//----------------------------------------

void quaydung(unsigned int time,unsigned char n)

{

for(i=0;i<n;i++)

{

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;

c11=c12=c13=c14=c15=0;

delay(time);

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;

c6=c13=c20=0;

delay(time);



xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;

c1=c7=c13=c19=c25=0;

delay(time);

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;

c2=c13=c24=0;

delay(time);

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;

c3=c8=c13=c18=c23=0;

delay(time);

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;

c4=c13=c22=0;

delay(time);

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;

c5=c9=c13=c17=c21=0;

delay(time);

xoa();

L1=L2=L3=L4=L5=0;

c16=c13=c10=0;

delay(time);

}

}

//----------------------------------------

void luonsong(unsigned int time,unsigned char n)

{

for(i=0;i<n;i++)

{

xoa();

for(k=0;k<time;k++)

{

L5=0;c1=c2=c3=c4=c5=c11=c12=c13=c14=c15=c21=c22=c23=c24=c25=0;delay(50);


L4=0;c6=c7=c8=c9=c10=c16=c17=c18=c19=c20=0;delay(50);








}

for(k=0;k<time;k++)

{









}

}

}

//========================================

void main()

{

while(1)

{

toara(20000,5);

choptat(10000,5);

nuocdang(15000,3);

quaydung(20000,3);

luonsong(50,10);

}

}



2.3 Thi công và khắc phục lỗi

2.3.1. Chuẩn bị:

Dụng cụ:

- Khung led cube 5x5x5

- Mỏ hàn

- Chì hàn

- Nhựa thông

Linh kiện:

Tên linh kiện Số lƣợng

Chip Atmel 89S52 01

Thạch anh 12Mhz 01

Tụ điện 33pF hoặc 22pF 02

Tụ điện 100uF 01

Tụ điện 10uF 01

Nút nhấn 4 pin 01

Điện trở mảng 4,7 k 01

Điện trở 10k 01

Điện trở 1k 05

Điện trở 220 25

Đế 40 chân 01

IC ổn áp 7805 01

Led đục cao 5mm màu xanh dƣơng 125

Led đục cao màu xanh đỏ 02

Transistor 05

Jack cắm 8 và cáp bẹ 8 04

Jack nguồn và Adapter 01

2.3.2. Thi công.

B1: Ta tiến hành bẻ chân led nhƣ sau: chân Anode ta bẻ vuông góc ,chân cathode giữ

nguyên sau khi bẻ ta tiến hành hàn led .Hàn đủ 25 led ta đƣợc 1 lớp thứ nhất



Hình 2.11 -2.12: Gắn led lên khung led cube 5x5x5

Và cứ nhƣ vậy ta bẻ tiếp 4 lớp còn lại.



Hình 2.13: Hoàn thành 5 lớp trong khối led cube

B2: Khi đã bẻ xong 5 lớp ta tiến hành ghép các lớp thành một khối, ta ghép từng

lớp một cho đến khi hoàn thành ghép xong 5 lớp

Hình 2.14: Ghép và hàn các lớp thành khối led



Hình 2.15: Hoàn thành hàn các lớp của khối led cube

Sau khi hàn đƣợc thành một khối ta tháo khung led cube ra ta đƣợc một khối hoàn

chỉnh.

B3: Hàn khối led vào cáp bẹ 8 theo sơ đồ sau:

J1 J2 J3 J4 J5

J10 J9 J8 J7 J6

J11 J12 J13 J14 J15

J20 J19 J18 J17 J16

J21 J22 J23 J24 J25



Với: J1 = P1.0 J2 = P1.1 J3 = P1.2 J4 = P1.3 J5 = P1.4

J6 = P1.5 J7 = P1.6 J8 = P1.7 J9 = P3.0 J10 = P3.1

J11 = P3.2 J12 = P3.3 J13 = P3.4 J14 = P3.5 J15 = P3.6

J16 = P3.7 J17 = P2.0 J18 = P2.1 J19 = P2.2 J20 = P2.3

J21 = P2.4 J22 = P2.5 J23 = P2.6 J24 = P2.7 J25 = P0.6

Các chân điều khiển các lớp nhƣ sau:

L 1= P0.0 L2 = P0.1 L3 = P0.2 L4 = P0.3 L5 = P0.4

Hình 2.16: Hàn dây vào các chân của khối led cube

B4: Ráp khối led cube vào board mạch điều khiển, sau đó cắm nguồn và kiểm tra.



Hình 2.17: Gắn board điều khiển vào khối led cube

B5: Hoàn tất khối led cube với hộp mica bao quanh khối led.

Hình 2.18: Khối led cube sau khi hoàn thành



PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT

TRIỂN ĐỀ TÀI

Sau một thời gian thực hiện đề tài cơ bản đã hoàn thành đúng thời gian và kết quả

thu đƣợc gần nhƣ đáp ứng đƣợc yêu cầu đề ra. Khối led cube đƣợc thiết kế đƣợc bao

trong vỏ hộp bằng mica tạo thêm tính thẩm mỹ cho khối led. Về mặt sử dụng, khối led

sử dụng nguồn adapter 5v vì thế chúng ta có thể linh động trong việc di chuyển cũng

nhƣ không lo về vấn đề hết pin. Về mặt ổn định và hiệu quả làm việc mạch hoạt động

tốt tuy nhiên vẫn còn một số điểm mắc phải do yếu tố về mặt thời gian và kinh nghiệm.

Tuy nhiên cũng có nhiều khó khăn và hạn chế trong quá trình thực hiện, thời gian

là vấn đề khó khăn lớn nhất mà ngƣời thực hiện gặp phải do phải đi làm ban ngày và đi

học ban đêm nên thời gian thực để thực hiện đề tài không đƣợc nhiều. mặt khác vấn đề

lập trình cũng là một đề cần đƣợc quan tâm nhiều hơn, do trình độ lập trình có hạn nên

các hiệu ứng trong khối led chƣa thực sự đẹp và bắt mắt. ngoài ra với những hạn chế

khách quan cũng nhƣ chủ quan nên một số vấn đề chƣa đƣợc tìm hiểu và quan tâm đầy

đủ nên sự thiếu sót của đề tài là điều không thể tránh khỏi.

Hƣớng phát triển đề tài:

- Trong thời gian tới sẽ có gắng phát triển từ khối led cube 5x5x5 lên khối led

cube 8x8x8 và10x10x10 sử dụng các loại vi điều khiển khác nhau nhƣ PIC hay AVR.

- Nâng cao khả năng lập trình để thêm vào các hiệu ứng nhấp nháy theo nhạc, cho

phép hiển thị ảnh động và trong khối led.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Đình Phú. Vi điều khiển lý thuyết và thực hành, Trƣờng Đại học

Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh

2. Datasheet AT89S52

3. Website:

- Điện tử viễn thông - Đại học Huế

- Điện tử Việt Nam

- Đại học công nghiệp Hà Nội

- http://machdientu.net

- http://picprojects.org.uk - http://www.instructables.com

- http://dtvt.vn

http://machdientu.net/

http://picprojects.org.uk/

http://www.instructables.com/

http://dtvt.vn/

Đồ án thi công mạch led cube 5x5x5

Engineering