Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö

Đề tài: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
GV hướng dẫn: 5
6
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ 6
1.1. Lý do chọn đề tài 6
1.2. Đối tượng nghiên cứu 6
1.3. Phương pháp nghiên cứu 6
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED MA TRẬN 7
2.1. Khái quát chung về LED 7
2.1.1. Lịch sử hình thành đèn LED 7
2.1.2. Khái niệm về LED 7
2.1.3. Hoạt động của đèn LED 7
2.1.4. Ưu nhược điểm của đèn LED 8
2.1.5. Ứng dụng của đèn LED 9
2.2. Phương pháp điều khiển đèn LED 9
2.2.1. Cơ sở lý thuyết 9
2.2.2. Giới thiệu chung về hệ thống 11
2.2.3. Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED 12
2.2.4. Nhiệm vụ của các khối 12
Sử dụng 74HC595để cấp nguồn cho các cột của ma trận 19
Hình 2.12. Ghép nối tiếp các IC 74HC595 20
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 21
3.1. Phân tích hệ thống 21
3.1.1. Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử 21
3.1.2. Phân tích hệ thống 22

Bảng ma trận LED hiển thị chữ 1 màu đỏ chạy hiệu ứng từ phải qua trái.
Hiển thị được đồng hồ kim có cả giờ,phút, giây.
Trong thời gian làm đồ án em luôn nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các
thầy cô giáo trong khoa Điện tử, đặc biệt là thầy Nguyễn Xuân Chiến và các bạn sinh
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
viên khác cùng với sự nỗ lực hết mình, em đã hoàn thành bản đồ án một cách tốt nhất.
Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế và thời gian có hạn nên bản đồ án của em hẳn vẫn
còn nhiều thiếu sót. Em kính mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo và các
bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn!

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Giới.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

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 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.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED MA
TRẬN
2.1. Khái quát chung về LED
2.1.1. Lịch sử hình thành đèn LED
Cách đây 13 năm, đèn LED quả là không tưởng cho tới khi khoa học công nghệ
xuất hiện. Nó đã giải quyết mọi khó khăn còn vướng mắc. Kể từ đó, đèn LED đã tạo
nên cuộc cách mạng nhanh chóng. Chúng hiện đang được lắp đặt trong rất nhiều thiết
bị, bao gồm cả hệ thống chiếu sáng của bể bơi, đèn đọc…
Đèn LED đã có mặt từ những thập niên 60, nhưng mà hầu hết chỉ dùng hiển thị
thời gian của đồng hồ báo thức hay dung lượng pin của máy ghi hình. Một thời gian
dài, đèn LED đã không được dùng làm nguồn sáng bởi vì chúng chỉ cho ánh sáng đỏ,
xanh lá cây và vàng mà không cho ánh sáng trắng. Đến năm 1993, công ty hoá chất
Nichia của Nhật Bản cho ra đời loại đèn LED xanh dương, là sự kết hợp giữa ánh sáng
đỏ và xanh lá cây để cho ra ánh sáng trắng. Sự kiện này đã mở ra một lĩnh vực mới về
công nghệ LED. Đèn LED dựa trên công nghệ bán dẫn ngày càng tăng về độ chiếu
sáng, hiệu suất và tuổi thọ, giống như bộ xử lý của máy tính, phát triển ngày càng
nhanh và giá thành ngày càng
giảm theo thời gian.
Những năm 1960: Phát minh ra đèn Led ánh sáng đỏ.
Những năm 1970: Phát minh ra Led 7 đoạn.
Những năm 1980: Phát minh ra led xanh lá cây.
Những năm 1990: Phát minh ra led xanh dương là cơ sở để phát triển đèn led ánh sáng
trắng.
Những năm 2000: Thời điểm bùng nổ đèn Led chiếu sáng.

dụng liên tục gấp 50 lần so với bóng đèn 60W thông thường. Nếu sử dụng 10 giờ mỗi
ngày, thì bóng có thể sử dụng trong 23 năm.
+ Lợi ích kinh tế: Đèn LED tiết kiệm 70-80% năng lượng so với các loại bóng đèn
thông thường.
+ Tốt cho thị lực của người sử dụng: Ánh sáng của đèn LED dịu mát, hiệu ứng chói
mắt thấp và hoàn toàn không nhấp nháy hư của bóng huỳnh quang, vốn bị coi là
nguyên nhân
gây ra bệnh đau nửa đầu và động kinh.
+ Ít ảnh hưởng tới môi trường: Do phần lớn năng lượng được chuyển hóa thành quang
năng, do đó hiệu ứng nhiệt của đèn LED rất thấp. Nó hoàn toàn không tỏa nhiệt vào
môi trường. Các nghiên cứu khoa học cho thấy một bóng LED trung bình tỏa ra một
lượng nhiệt 3,4 btu/h (tương đương với 1W), trong khi một bóng đèn dây tóc có độ
sáng tương đương tỏa ra nhiệt lượng khoảng 85 btu/h (tương đương với 25W). Ngoài
ra bóng đèn LED không chứa thủy ngân và do đó sẽ ít gây hại cho môi trường hơn khi
thải bỏ
+ Thời gian khởi động nhanh: Không giống với bóng đèn huỳnh quang, đèn LED gần
như bật sáng ngay lập tức khi được cấp điện.
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
+ Bền vững đặc biệt: Do được làm từ chất liệu nhựa cao cấp nên đèn LED có thể chịu
đựng các lực va đập mạnh, hoặc các ảnh hưởng bởi thời tiết như mưa , nắng …
 Nhược điểm
+ Chi phí sản xuất cao, lắp đặt thi công phức tạp, tốn nhiều thời gian hơn các loại bóng
thông thường khác.
+ Toả nhiệt ở chân đèn, gây ảnh hưởng đến các bộ phận liền kề.
+ Chưa tiện dụng: Đèn LED vẫn là mặt hàng công nghệ cao phải mua từ đại lý của
hãng, bộ điều khiển của hãng nào chỉ chạy với đèn LED của đúng hãng đấy mà thôi.
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 hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng

để hiển thị được toàn bộ hình ảnh của ma trận đèn, ta có thể quét ma trận nhiều lần với
tốc độ quét rất lớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt của đèn. Mắt người chỉ nhận biết
được tối đa 24 hình/s do đó nếu tốc độ quét rất lớn thì sẽ không nhận ra được sự thay
đổi nhỏ của đèn mà sẽ thấy được toàn bộ hình ảnh cần hiển thị.
Sơ đồ khối:
Dữ liệu
Hình 2.1. Sơ đồ khối dùng ma trận LED
Để thực hiện được quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau:
+ Các LED trên cùng một hàng sẽ được nối các chân dương với nhau.
+ Các LED trên cùng một cột sẽ được nối các chân âm với nhau như hình vẽ.
Ta có thể mô phỏng một ma trận LED đơn giản 4x4 như sau:
Hình 2.2. Sơ đồ thiết kế ma trận LED
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Giải mã
hàng
Ma trận đèn
LED
Giải mã cột
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời
cả 2 chân. Ví dụ để LED sáng thì điện áp 5v phải đưa vào chân dương và chân âm phải
được nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương. Với đề tài này,
chúng em chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thước mỗi modul là 16x32 LED để hiển
thị.
Ta có sơ đồ nguyên lý của ma trận LED 8x8:
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8
2.2.2. Giới thiệu chung về hệ thống
Với mục đích tìm hiểu về cách thiết kế và xây dựng một bảng quảng cáo điện tử
bằng đèn LED đơn giản chúng em xây dựng một hệ thống quang báo với sơ đồ khối
như sau:

làm bus địa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ
liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài. Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập
trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình.
- Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.
Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mức cao
bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm
nhiệm vụ
là các port nhập, các chân của port 1 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên
ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong.
- Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.
Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được sử dụng như là
các ngõ
vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp
do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 2 tạo ra
byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và
trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit.
- Port 3: Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong. Khi các
logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo lên mức cao bởi các
điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm
vụ port nhập, các chân của port 3 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên
ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 3 còn được sử dụng làm
các chức năng khác của AT89C52:
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 bên ngoài của bộ định thời 1.
P3.5 gõ vào bên ngoài của bộ định thời 0.
P3.6 điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.
P3.7 điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.

= 40 pF ± pF for Ceramic Resonators
Hình 2.6. Kết nối của mạch dao dộng
 Mạch giải mã hàng
Dùng IC 74LS138 (3 đầu vào, 8 đầu ra) để giải mã cho các cột của các ma trận
LED. Do mỗi thời điểm chỉ có một IC giải mã được làm việc nên ta phải thiết kế mạch
phân kênh để chọn IC làm việc.Ví dụ dùng chân P2.3 & P2.4 của vi điều khiển 89C52
để làm đầu vào cho mạch phân kênh.

Hình 2.7. Sơ đồ chân IC 74LS138
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
Hình 2.8. Sơ đồ chân IC 74L
Ta có bảng 1: bảng trạng thái cho mạch phân kênh như sau:

H = HIGH Level
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
L = LOW Level
X = Don’t Care
G2 = G2A + G2B
Hình 2.9. Bảng trạng thái phân kênh
Theo nguyên tắc quét ma trận led thì tại mỗi thời điểm ta chỉ cấp nguồn cho
một hàng của ma trận do đó có thể dùng 74LS138 để cấp nguồn cho các hàng của ma
trận . Các đầu vào ( A,B,C) của 74LS138 sẽ được nối với các chân của IC đệm tăng
dòng, các đầu ra của 74LS138 được nối với các cột của ma trận led thông qua một
cổng phủ định ( hoặc các bộ đệm dòng cấp nguồn cho hàng ), còn các chân G
1
được
nối với dương nguồn,G
2A

DS Q7’ Qn
X X L L X L kđ
MR mức thấp dữ liệu chỉ dịch
trong thanh ghi dịch đầu ra
không đổi trạng thái
X
↑
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’ kđ
Dịch chuyển trạng thái cao vào
thanh ghi dịch, giá trị trước đó
của bít thứ 6 trong thanh ghi
dịch được chuyển sang đầu ra
Q7’
X
↑
L H X kđ Qn’
Nội dụng của thanh ghi dịch
được chuyển sang thanh ghi
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
chứa và chuyển sang đầu ra
↑
↑

Hình 2.12. Ghép nối tiếp các IC 74HC595
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.1. Phân tích hệ thống
3.1.1. Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử
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
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
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 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

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:
Error: Reference source not found 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
Nguyễn Văn Giới - Líp TC-C§ §T1 – K7 B¸o C¸o Thùc TËp Tèt NghiÖp
Trêng §H C«ng NghiÖp Hµ néi Khoa §iÖn Tö
quyết định đẩy dữ liệu đến các Module hiển thị tiếp theo hoặc chốt dữ liệu để hiển thị
ra bảng điện tử.
Trên cơ sở đó, mỗi module hiển thị cần phải có các tín hiệu chính sau :
SHIFT(CLOCK) :Xung đồng hồ để dịch 1 bit dữ liệu vào từ (và ra khỏi) thanh ghi
dịch.
DATA :Xuất tín hiệu điều khiển ra khuếch đại công suất 74HC245.
OE : Chân cho phép đầu ra
A, B : Chân xuất tín hiệu ra hàng
LATCH : Chốt dữ liệu ra thanh ghi dịch để cập nhật các điểm ảnh trên cột.