Đồ án môn Thiết kế mạch Logic Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Nam Quân
Nhóm sinh viên: Nguyễn Chí Linh Tek Song Leng
Chơng 3
Mạch quang báo dùng Vi Điều Khiển PIC16F88

I. Nguyên lý làm việc của mạch quang báo
I.1 Giới thiệu về bảng LED ma trận
Trớc khi đi vào nguyên lý hoạt động của mạch ta tìm hiểu qua về bảng ma trận LED
đợc sử dụng trong đề tài.
Bảng hiển thị ma trận LED (dot-matrix display) có rất nhiều loại và đủ kích cỡ to nhỏ
khác nhau, mỗi bảng gồm có rất nhiều LED đơn đợc ghép lại với nhau trong một khối.
Trong khối đó các LED đơn đợc sắp sếp theo các hàng và các cột, tại mỗi giao điểm của
hàng với cột là một LED đơn, và ngời ta thờng phân biệt các loại bảng LED theo số hàng
và cột. Một bảng LED 5x7 tức là có 5 cột dọc và 7 hàng ngang, tổng cộng sẽ có 5x7=35
LED đơn đợc ghép lại. Cũng nh vậy một bảng 8x8 là có 8 hàng và 8 cột, do 64 LED đơn
ghép lại. Và nhiều loại cỡ to hơn nh 16x16 hay 32x32
Trên thị trờng ta thờng thấy các bảng LED cỡ lớn, dài hàng mét với đủ kích cỡ. Các
bảng LED đó là do hàng nghìn LED đơn ghép lại. Khi thiết kế những bảng LED to nh vậy
ta cần chú ý đến sự đồng đều về độ sáng của các LED để việc hiển thị đợc đồng đều. Bên
cạnh đó vấn đề cấp nguồn cho mạch cũng cần đợc chú ý và thiết kế cho phù hợp. Trong đề
tài này em sử dụng hai bảng LED 8x8 cho việc hiển thị, sử dụng ma trận 5x7 cho việc hiển
thị mỗi một ký tự.
Sau đây là sơ đồ ghép nối của hai loại bảng LED thông dụng là 5x7 và 8x8.

Đồ án môn Thiết kế mạch Logic Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Nam Quân
Nhóm sinh viên: Nguyễn Chí Linh Tek Song Leng
H1.1 Bảng LED 8x8


Bảng ma trận LED có hai loại, loại có các cột là các chân Anode, còn hàng là các chân
Cathode và loại kia thì ngợc lại các cột là Cathode, hàng là Anode. Khi sử dụng LED ta cần
chú ý điều này để điều khiển cho đúng. Khi đóng vỏ, sự phân bố chân các hàng và cột là
không theo thứ tự (do tính phức tạp trong ghép nối), do đó ta cần tìm hiểu kỹ để mắc mạch
cho đúng.
Dới đây là sơ đồ chân của bảng LED 8x8 đợc dùng trong đề tài.
Các số gạch chân là hàng
Các số không gạch chân là cột

§å ¸n m«n ThiÕt kÕ m¹ch Logic Gi¸o viªn h−íng dÉn: NguyÔn Nam Qu©n
Nhãm sinh viªn: NguyÔn ChÝ Linh – Tek Song Leng
6 3 4 1 6 7 2 4
Hµng

Cét



8
5 3 5 8 7 2 1

H1.2 B¶ng LED 5x7
Đồ án môn Thiết kế mạch Logic Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Nam Quân
Nhóm sinh viên: Nguyễn Chí Linh Tek Song Leng
I.2 Nguyên tắc làm sáng đèn LED trên bảng LED

Khi muốn làm sáng LED dơn, ta cần đa điên áp dơng vào chân Anode và điện áp âm
vào chân Cathode với giá trị thích hợp, khi đó LED sáng. Giá trị điện áp và dòng điện tuỳ
thuộc vào màu sắc từng loại LED. Dòng chảy qua các LED để đảm bảo độ sáng bình thờng
là từ 10mA cho đến 25mA. Về điện áp ta có bảng sau.
Màu LED\Điện áp V
min
V V
max

Đỏ 1.88 1.9 1.93
Xanh 2.08 2.1 2.12
Vàng 1.98 2.0 2.02

Khi ta muốn làm sáng một điểm trên bảng ma trận LED ta cũng làm tơng tự. Xét với
bảng LED 5x7 dới đây (H1.3).

H1.3 Bảng LED 5x7
Ta muốn làm sáng LED tại vị trí hàng 5 - cột 3 (Row = 5 : Col = 3), ta đa mức điện áp
dơng (mức logic 1) đến chân số 4 tức hàng thứ 5 và nối chân số 10 tức cột 3 xuống đất
(GND hay mức logic 0), đèn LED tại vị trí đó sẽ sáng.
Việc hiển thị thông tin trên bảng LED ta cũng làm tơng tự, cho sáng những điểm theo sự
điều khiển của ta để tạo ra chữ và hình ảnh. Việc điều khiển hiển thị sẽ đợc trình bày trong
phần dới dây.



Đồ án môn Thiết kế mạch Logic Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Nam Quân
Nhóm sinh viên: Nguyễn Chí Linh Tek Song Leng
I.3 Nguyên tắc quét bảng ma trận LED
Trong đề tài này em sử dụng hai bảng LED 8x8 ghép lại thành một bảng cỡ 8x16 (8 hàng

và 16 cột). Mỗi ký tự sẽ đợc hiển thị trong một khung cỡ 5x7. Dới đây là nguyên tắc quét
và hiển thị một ký tự (giả thiết là chữ R) trên khung hình 5x7.
Để hiển thị ký tự lên bảng LED, ở đây ta dùng phơng pháp quét cột và xuất dữ liệu
hàng. Quá trình quét cột là ta gửi tín hiệu cho phép đến từng cột trong từng thời điểm. Cùng
lúc đó ta gửi dữ liệu hàng đến 7 hàng. Trong đề tài này tín hiệu cho phép cột là mức logic
1, và dữ liệu hàng tơng ứng là mức 0 hay 1 của từng hàng, mức 0 ứng với LED sáng
(on) và mức 1 là tắt (off).
- Đầu tiên ta đa dữ liệu cần hiển thị đến 7 hàng, ví dụ 11100110
- Kích hoạt cột thứ nhất và các LED tơng ứng sẽ sáng. Tạo một thời gian trễ, sau đó tắt
cột thứ nhất.
- Gửi tiếp giá trị dữ liệu 7 hàng của cột thứ 2, kích hoạt cột thứ 2, tạo trễ và lại tắt cột
thứ 2.
- Quá trình quét đó cứ tiếp diễn cho đến khi quét hết 16 cột của bảng LED. Việc quét
hiển thị này diễn ra trong thời gian rất ngắn, cỡ vài chục mili giây, ta sẽ thấy hình ảnh
hay chữ hiển thị trên bảng LED. Tuy rằng trong mỗi thời điểm chỉ có một cột đợc
sáng nhng do thời gian quét rất nhanh và do hiện tơng lu ảnh trong võng mạc của
mắt nên ta thấy hình ảnh xuất hiện liên tục. Tần số quét cần phải đảm bảo sao cho đủ
hoặc lớn hơn 24hình/s. Thờng ta chọn tần số quét từ 40Hz đến 100Hz hoặc có thể
lớn hơn.
Dữ liệu hiển thị của hàng đợc lấy từ EEPROM hoặc từ Flash ROM của Vi Điều Khiển
hay từ ROM ngoài. Trong đề tài này ban đầu dữ liệu đợc lấy từ ROM trong PIC16F88, khi
câp nhật dữ liệu từ máy tính thì dữ liệu sẽ đợc lấy từ EEPROM trong PIC16F88 (256 byte).

Quét cột
D liu
hng
Tín hiệu kích hoạt
cột (C1 -> C5)
Đồ án môn Thiết kế mạch Logic Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Nam Quân
Nhóm sinh viên: Nguyễn Chí Linh Tek Song Leng

I.4 Phơng pháp tạo hiệu ứng chữ chạy từ phải qua trái trên bảng LED
Sau khi đ hiển thị đợc hình ảnh lên bảng LED. Bây giờ ta sẽ tìm hiểu cách tạo hiệu ứng
chữ chạy trên bảng LED. Thủ thuật ở đây là quét và hiển thị một hình ảnh trong một thời
gian nhất định, sau đó ta dịch dữ liệu của các cột sang trái một vị trí, khi đó ta sẽ tạo đợc
hiệu ứng chữ chạy trên bảng LED.
Đề tài này ta sử dụng mạch mẫu là bảng LED 8x16, sử dụng 16 byte RAM làm bộ đệm
cho màn hình, lu giá trị dữ liệu hàng của 16 cột. Bộ đệm đợc khai báo trong RAM nội của
chip PIC16F88 là một mảng gồm 17 phần tử. Chơng trình hiển thị làm nhiệm vụ đọc dữ liệu
từ các vị trí 0 đến 16 của bộ đệm và đa ra màn hình hiển thị. Hiệu ứng chữ chạy đợc tạo ra
bằng cách dịch giá trị các phần tử đi một vị trí (15 ->16, 14 ->15, 13 ->12). Sau mỗi lần
dịch ta lại gọi chơng trình hiển thị. Khi đó trên bảng LED ta sẽ quan sát đợc hiệu ứng chữ
chạy.
II. Nguyên lý làm việc của mạch quang báo
Mạch điện sử dụng Vi Điều Khiển PIC nên về phần cứng khá đơn giản. Mạch gồm có 3
khối chính với 3 IC chính đợc sử dụng.
Khối điều khiển trung tâm sử dụng Vi Điều Khiển PIC16F88. Vi Điều Khiển
này có 18 chân (kích thớc nhỏ nhất của dòng PIC Mid-range). Tuy vậy, với nhiều tính năng
mạnh đợc tích hợp sẵn nên PIC16F88 đợc chọn.
Khối giải m địa chỉ cột sử dụng IC 74HC154 là IC giải m/giả đa hợp. Chíp
CMOS này đợc dùng để giải m cột, 4 đờng vào và 16 đớng ra. 16 đờng ra này đợc nối
đến 16 cột để làm nhiệm vụ đa tín hiệu cho phép cột.
KhốI giải m dữ liệu hàng sử dụng IC 74HC595, đây là thanh ghi dịch 8-bit vào
nối tiếp ra song song. Ta sử dụng IC này nhằm mục đích tiết kiệm chân giao tiếp giữa IC giải
m với Vi Điều Khiển. Chân DATA-IN (14) để đa dữ liệu nối tiếp vào, chân CLK (11) đa
xung đồng hồ dịch bit, chân LATCH(12) để chốt dữ liệu đợc gửi ra. 8 đầu ra đợc nối đến 8
hàng của bang LED thông qua mạch đệm dòng.
Nguyên lý hoạt động: Chơng trình phần mềm chứa trong Vi Điều Khiển làm nhiệm vụ
điều khiển chính mọi hoạt động của mạch. Chơng trình phần mềm gồm có nhiều chơng
trình con: chơng trình hiển thị, chơng trình cập nhật EEPROM