1

LỜI MỞ ĐẦU

Quảng cáo luôn là một trong các vẫn đề đóng vai trò quan trọng trong sừ
phát triển của một công ty, doanh nghiệp hay thậm chí là một của hàng. Quảng
cáo tốt sẽ đem lại lợi ích to lớn. Cũng chính vì vậy mà không ngạc nhiên khi
hàng trăm doanh nghiệp đã đầu tư rất nhiều vào vẫn đề này. Một trong những
biện pháp được ưu 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 tín 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 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 hiển thị các hình đồ hoạ, các hình ảnh đầy đủ màu
sắc và đặc biệt là có thể hiển thị được cả video. Nó không chỉ giới hạn việc
quảng cáo trong nhà (indoor), bán ngoài trời (senmi – outdoor) mà còn có thể
quảng cáo ở cả ngoài trời, ngay giữa ban ngày với độ sáng và độ sắc nét cao.
Do vậy em chọn đề tài: “ Nghiên cứu xây dựng bảng quảng cáo từ LED
ma trận ” là đề tài môn thực tập tốt nghệp.

Sinh viên thực hiện
Hoàng Ngọc Tâm


chất lý thuyết, và liên quan mật thiết đến thực tế nên việc tìm kiếm tài liệu tiếng
Việt liên quan đến đề tài là rất khó khăn nên quá trình hòan thành đồ án môn học
3

chủ yếu bằng các tài liệu do giáo viên hướng dẫn cung cấp cùng sự giúp đỡ của
bạn bè, các sinh viên khóa trên và một số tài liệu trên mạng Internet hoàn thành
nhiệm vụ được giao. Đề tài này có ý nghĩa rất lớn bởi vì nó mang tính khoa học,
tính thực tế và tính kinh tế cao.


2.1.2. Khái niệm về LED
LED (viết tắt của Light Emitting Diodc, có nghĩa là điốt phát quang) là
các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống
như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán
dẫn loại n.
5 2.1.3. Hoạt động của đèn LED
Hoạt động của đèn LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn. Khối bán dẫn
loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán
dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động
khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm)
từ khối n chuyển sang. Ket quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư
thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lồ
trống).
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lồ 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 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.
LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong
khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do
đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.
Loại LED điện thế phân cực thuận: Đỏ: 1,4- 1,8V; Vàng: 2 - 2,5V; Xanh lá cây:
2 - 2,8V.



2.1.5. Ứng dụng của đèn LED
+ Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng.
+ LED được dùng để làm bộ phận hiến thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn
quảng cáo, trang trí, đèn giao thông.
+ Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng
khí neon. Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ,
bền, tiết kiệm năng lượng.
7

+ Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển tù’ xa
cho đồ điện tử dân dụng.
+ Đèn LED có thế được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như đèn đọc, chiếu sáng
bê bơi, nhất là cho chiếu sáng quảng cáo ngoài trời tại những nơi khó thay lắp,
do có tuổi thọ cao hon nhiều lần so với bóng đèn neon, đồng thời có nhiều mầu
sắc phong phú như: đỏ, xanh lá, xanh da trời, mầu hổ phách
Ở nước ta, đòn LED được úng dụng đế tiết kiệm năng lượng, phục vụ cho
quảng cáo, chiếu sáng đô thị. Điển hình là việc lắp đặt hệ thống đèn LED tại cầu
sông Hàn và Thuận Phước (TP. Đà Nằng).

2.2. Phương pháp điều khiến đèn LED
Theo yêu cầu của đồ án: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED
đơn. Hiển thị được dòng chữ chạy: “KHOA KTCN”. Bảng hiển thị màu đỏ, với
kích thước 16x64. Vì vậy ta chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thước mồi modul
là 16x32 LED tương đương với một LED ma trận có kích thước 16x32. Sau đó
ta điều khiển theo nguyên tắc của LED ma trận.

2.2.1. Cơ sở lý thuyết
Dựa trên nguyên tắc như quét màn hình, ta có thể thực hiện việc hiến thị
ma trận đèn bàng cách quét theo hàng và quét theo cột. Mỗi LED trên ma trận


Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8.

2.2.2. Giới thiệu chung về hệ thống
Với mục đích tìm hiếu về cách thiết kế và xây dựng một bảng quảng cáo
điện tử bàng đèn LED đơn giản chúng em xây dựng một hệ thống quang báo với
sơ đồ khối như sau:
Khối điều khiến hiến thị: có chức năng xử lý các dừ liệu mà máy tính truyền tới
đê tạo ra các dữ liệu về mức logic cần cấp cho các LED trong từng cột đồng thời
điều khiên quá trình cấp nguồn cho led ma trận. Khối này được xây dựng bằng
các thủ tục xử lý dữ liệu trên vi điều khiến. Khi nhận được dừ liệu về chuỗi ký
tự cần hiến thị thì khối này sẽ tạo dữ liệu về mức logic cần cấp cho LED ma
trận. Khi nhận được dữ liệu về màu sắc,hiệu ứng hiển thị thì khối này sẽ xác
định thủ tục gửi dữ liệu cho các khối chốt dừ liệu hàng và cột.

2.3. Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED
Nhiệm vụ của các khối
 Bộ vi điều khiển 89S52
10

Đây là nơi lưu giừ chương trình điều khiển chính và dữ liệu cho các mạch
giải mã hàng và cột. AT89C52 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu
suất cao, công suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá
được/lập trình được. Chip này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không
mất nội dung có độ tích hợp cao. AT89S52 có các đặc trưng chuẩn sau: 8Kbyte
Flash, 256 byte RAM, 32 đường xuất nhập, ba bộ định thời/đếm 16 bit, một cấu
trúc ngắt hai mức ưu tiên và 6 nguyên nhân ngắt, một port nổi tiếp song công,
mạch tạo dao động và tạo xung Clock trên Chip. Chế độ nghỉ dừng CPU trong
khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời/đếm, Port nối tiếp và hệ thống ngắt
hoạt động.

+ P3.0 gõ vào Port nối tiếp.
+P3.1 gõ ra Port nối tiếp.
+P3.2 gõ vào ngắt ngoài 0.
+P3.3 gõ vào ngắt ngoài 1.
+P3.4 gõ vào bcn ngoài của bộ định thời 1.
+P3.5 gõ vào bên ngoài của bộ định thời 0.
+P3.6 điều khiên ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.
+P3.7 điều khiên đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.
-RST: Ngõ vào Reset. Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ
dao động đang hoạt động sẽ Reset AT89S52.
12 Hình 2.5. Mạch Reset tự động khi khởi động máy.
Với bài này thực hiện Reset bằng cách nối chân 9 của 89S51 với nguồn 5 V .
-ALE: ALE là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch
Enable) cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ
ngoài. Chân này cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình (PROG) trong thời
gian lập trình cho FlashC.
Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số
bàng 1/6 tần số mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích
định thời tù' bên ngoài vàtạo xung Clock. Tuy nhiên cần lưu ý là một xung ALE
sẽ bị bó qua trong mồi chu kì truyxuất của bộ nhớ dữ liệu ngoài.
Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu
hoá bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8E(h).
Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnh MOVX hoặc
MOVC. Ngược lại chân này sẽ được kéo lên mức cao. Việc set bit không cho
phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽkhông có tác dụng nếu bộ vi điều
khiển đang ở chế độ thực thi chưong trình ngoài.
XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ

2
A được nối đất, G
2
B nối với chân
cho phcp đầu ra của IC đệm tăng dòng .Thông qua việc gửi tín hiệu từ vi điều
khiển tới các chân đầu vào của 74LS138 ta có thê chọn được hàng cần cấp
nguồn.
Khi mở rộng ma trận ta tăng thêm số lượng IC đề cấp nguồn cho tất cả các
hàng, các IC này có thể cùng nối chung hoặc riêng chân điều khiển. Hoặc chỉ sử
dụng một IC nhưng cấp nguồn đồng thời cho tất cả các ma trận, khi đó một chân
của IC sẽ được nối với các hàng của các ma trận khác nhau.
 Mạch giải mã cột
Điều khiển cấp nguồn cho cột dùng 74HC59.
Chức năng của 74HC59
74HC595 là bộ ghi dịch 8 bít gồm có :
- 1 đầu vào cho phép (OE )
- 1 đầu vào chọn thanh ghi dịch (
MR
)
- 1 đầu vào dữ liệu nổi tiếp (DS)
- 1 đầu vào cấp xung cho thanh ghi dịch (SH_CP)
15

- 1 đầu vào cấp xung cho thanh ghi chứa (ST_CP)
- 8 đầu ra 3 trạng thái ( Q1 đến Q7 và Q7’

Hình 2.10. Sơ đồ chân 74HC595

Bảng 2: Chức năng hoạt động của 74HC595
Đầu vào Đầu ra



L L X L L
Xóa thanh ghi dich nạp dữ
liệu vào thanh ghi chứa
X X H L X L Z
Xóa thanh ghi dịch đầu ra ở
trạng thái trở kháng cao 
X L H H Q6’


L H X Q6’
Qn’

D
ịch chuyển nội dung của
thanh ghi dịch đồng thời nội
dung của thanh ghi dịch cũ
được chuyển vào thanh ghi
chứa và các đầu ra song song
Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử dựa theo nguyên lý hoạt động của
các màn hình, đó là sử dụng phương pháp quét hình theo từng dòng.Mỗi dòng
gồm nhiều điểm ảnh, mỗi điểm ảnh có thể có một hoặc vài đèn, màu sắc khác
nhau. Mỗi đèn được biểu diễn thông qua một bit dữ liệu, bit 1 tương ứng với đèn
sáng, bit 0 tương ứng với đèn tắt.
Tại một thời điểm, không phải tất cả các dòng trên màn hình đều sáng
nhưng do tốc độ quét nhanh và sự lưu ảnh trên võng mạc tạo cho người nhìn
thấy hình ảnh liên tục. Trong quá trình quét, mạch điều khiển sẽ đưa dữ liệu ra
Module hiển thị, chính dữ liệu này sẽ quyết định điểm ảnh nào sáng, điểm ảnh
nào tắt, màu sắc của điểm ảnh là gì. Các điểm ảnh này sẽ tạo ra hình ảnh trên
bảng điện tử.

Hình 3.1. Nguyên tắc tạo ảnh trên ma trận LED

3.1.2. Phân tích hệ thống
Trong đồ án này, bảng điện tử có kích thước 16x64 cm, ta chia làm 16x64
điểm ảnh, mỗi điểm ảnh là một đèn LED, ta chia làm 2 Module, mỗi Module có
kích thước 16x32 điểm ảnh.
Để hiển thị một hình ảnh ta phải quét hết 16 dòng. Nếu thời gian quét một
dòng là 1ms, thì để quét xong một hình ảnh ta phải mất 16ms. Nếu thời gian trễ

19

cho một hình ảnh là 34ms thì thời gian hiển thị của hình ảnh đó là 50ms. Như
vậy, ta có thể hiển thị được 1000/50 = 20 hình/s.
Chất lượng hình ảnh phụ thuộc vào tốc độ dòng quét, tỉ lệ thời gian sáng
và thời gian tối của từng dòng. Thời gian quét dòng phụ thuộc vào thời gian đẩy
dữ liệu ra và thời gian trễ sáng cho dòng đó. Độ trễ sáng của dòng có ảnh hưởng
đến mức độ sáng tối cũng như màu sắc của hình ảnh, vì vậy, để tạo ra nhiều mức
sáng tối và tăng số màu hiển thị thì phải có khả năng thay đổi độ trễ sáng của

Các Module hiển thị nhận dữ liệu và tín hiệu điều khiển từ Module điều
khiển và Module quét dòng, thông qua các IC chuyên dụng để điều khiển các
đèn sáng tối, tạo ra hình ảnh trên bảng điện tử.
Sau đây là thiết kế chi tiết từng module.
a. Module hiển thị
Module này có nhiệm vụ nhận dữ liệu và các tín hiệu điều khiển đưa tới từ
Module điều khiển để xác định điểm ảnh nào sẽ sáng hay tắt, sáng màu gì trên
mỗi dòng được quét.
Hệ thống sử dụng bảng hiển thị Led ma trận anode chung có kích thước
16x32 LED. Các ma trận này được nối với nhau thành 16 dòng và 32 cột.
Module hiển thị sử dụng các ma trận LED.Trong một Module 16x32 ta chia làm
4 phần nhỏ, mỗi phần có kích thước 4x32 LED. Sau đây chúng em trình bày sơ
đồ nguyên lý của một bảng hiển thị có kích thước 16x32 Led.
Sơ đồ nguyên lý của một Module ma trận LED như sau:
Led ma trận hàng Anôt, cột Catôt kích thước 4x32 Led
Led ma trận hàng Anôt, cột Catôt kích thước 4x32 Led
Led ma trận hàng Anôt, cột Catôt kích thước 4x32 Led
Led ma trận hàng Anôt, cột Catôt kích thước 4x32 Led
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý của một ma trận LED
21

Tại mỗi điểm là một đèn LED. Mỗi đèn có hai cực dương và âm. Cực
dương sẽ dùng để điều khiển quét dòng. Do đó tất cả các đèn trên cùng một
dòng có chung cực dương (Li). Các đèn trên cùng một cột có chung cực âm .
Dữ liệu và các tín hiệu điều khiển được đưa ra Module hiển thị theo kiểu
đẩy nối tiếp. Các IC điều khiển led trên Module hiển thị sẽ dựa vào các tín hiệu
điều khiển để quyết định đẩy dữ liệu đến các Module hiển thị tiếp theo hoặc chốt

Hình 3.7. Sơ đồ chân của IC 74HC245 23

Hoạt động của Module này như sau: Các bít dữ liệu cho các Led trên
Module được đưa đến chân SDI của IC 74HC595 trên Module điều khiển Led
tương ứng , đầu ra SDO của IC trước được nối với đầu vào SDI của IC tiếp
theo.
Khi xung SHIFTM được kích hoạt, tại mỗi IC, bit dữ liệu ở đầu vào SDI
được lưu vào thanh ghi dịch tại bit b0, đồng thời bit b6 dịch sang bit b7 và giá trị
của bít b7 được đưa ra SDO.
Quá trình dịch liên tục đến khi hết một hàng ngang các Module, tương ứng
với các điểm ảnh cần hiển thị.
Sau khi đợi một khoảng thời gian (phụ thuộc vào tốc độ quét), dữ liệu cho
cột mới được cập nhật bằng cách kích hoạt tín hiệu LATCH để chốt tín hiệu từ
các thanh ghi dịch đồng thời nguồn điện cung cấp cho cột trước đó bị tắt để
chuyển cho cột kế tiếp.
AM, BM là chân xuất tín hiệu ra hàng.
OEM là chân cho phép xuất tín hiệu đầu ra đưa tới Module hiển thị thứ nhất.
LATCHM là chân chốt dữ liệu của Module hiển thị thứ nhất.
SHIFTM là chân ghi dịch tín hiệu ra Module hiển thị thứ nhất.
DATAM là chân xuất tín hiệu ra Module hiển thị thứ nhất.
LATCHN là chân chốt dữ liệu của Module hiển thị tiếp theo.
SHIFTN là chân ghi dịch tín hiệu ra Module hiển thị tiếp theo.
Ưu điểm :
Do sử dụng IC chuyên dụng nên tốc độ đẩy dữ liệu nhanh, nên có thể tận
dụng thời gian còn lại vào việc khác
Do sử dụng bộ chốt bên trong nên đảm bảo thời gian tắt rất nhỏ, không ảnh
hưởng tới độ sáng của các điểm ảnh

.
.
Bộ phận
giải mã

Bộ phận
khuyếch
đại công
suất

chọn một trong số 16 dòng để hiện thị. Mỗi Module hiển thị tại một thời điểm
chỉ cho một dòng được sáng.
Module quét dòng phải chọn một trong số 16 dòng để hiển thị nên cần tín
hiệu chọn dòng từ Module điều khiển đưa xuống là các tín hiệu AM, BM. Các
tín hiệu chọn dòng sẽ được giải mã bằng IC giải mã 74LS138. Trên mỗi dòng
của bảng điện tử có 64 điểm , do vậy một dòng sẽ có 64 đèn. Vì vậy, các tín hiệu
chọn dòng này phải đi qua bộ khuếch đại công suất để có thể cung cấp đủ dòng
cho 64 đèn sáng đồng thời trong trường hợp cực đại.
Sau đây là sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của một Module quét dòng:
Sơ đồ khối của một Module quét dòng:


tín hiệu H2, H3, H4 ta có đầu ra tương ứng là HLED2 và HLED6, HLED3 và
HLED7, HLED4 và HLED8
c. Module điều khiển
Đây là Module điều khiển chính của bảng điện tử với bộ xử lý trung tâm
là vi điều khiển AT89C52. Module điều khiển là Module quan trọng nhất, nó
điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Có thể nói đây là bộ não của toàn bộ
hệ thống, nó thực hiện các chức năng sau.
- Nhận dữ liệu từ bộ nhớ chương trình ghi vào bộ nhớ RAM.
- Lấy dữ liệu từ bộ nhớ RAM và hiển thị qua bảng điện tử thông qua các thao tác
đẩy dữ liệu và quét hàng.