ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011
Giáo viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)
Nhận xét của giáo viên chấm
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………
Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011
Giáo viên chấm
(Ký ghi rõ họ tên)
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
1
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
LỜI NÓI ĐẦU 3
CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 4
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 8
2.6SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG 26

cũng như tầm quan trọng của các hệ thống nhúng, nhóm chúng em đã tìm
hiểu và đưa ra mô hình quang báo sử dụng LED ma trận 8x32.
Nhóm thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn
sự hướng dẫn tận tình của ThS. Nguyễn Văn Huy – Bộ môn Kỹ
thuật máy tính - Khoa Điện Tử đã giúp nhóm hoàn thành đề
tài một cách tốt nhất.
Chúng em xin chân thành cảm
ơn!
Nhóm thực hiện đề tài: Vũ Thị Nguyệt
Trần Thị Lưu
Lê Thị Thu Phương
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
3
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Quang báo là hình thức thông báo trên bảng đèn. Bảng đèn quang báo
gồm nhiều ma trận LED ghép lại, mỗi một ma trận biểu diễn một kí tự. Tùy
chiều dài của bảng đèn mà có thể hiển thị những bản tin có độ dài khác
nhau.Với sự ra đời của máy tính điện tử đặc biệt là máy vi tính, chúng có
những tính năng ưu việt như khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng, độ tin cậy
cao, lưu trữ lượng thông tin lớn và quan trọng hơn cả là máy tính có thể kết
hợp với nhiều thiết bị ngoại vi tùy theo mục đích ứng dụng cụ thể, mà việc
trao đổi và điều khiển trở nên đơn giản, chúng phụ thuộc vào phần mềm điều
khiển. Dựa vào tính đa dạng và mềm dẻo của máy tính người ta tìm cách ứng
dụng nó vào mục đích quảng cáo, chẳng hạn như dùng trong quang báo. Nhờ
vậy, việc thiết kế phần cứng cho quang báo trở thành ít phức tạp hơn, nhưng
độ tin cậy cao hơn. Trong thực tế để hiển thị các văn bản, người ta dùng các
kiểu chữ là các Ma Trận LED 8x32, 8x12 hoặc 8x14 tuỳ thuộc vào mục đích
sử dụng và độ phân giải.

điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b. Tương tự với các
chân và các led còn lại.
1.2.2 Hệ thống quang báo dùng LED đơn
Diode phát quang là Diode phát sáng khi ta phân cực thuận cho nó và
có dòng điện cấp qua. Diode này có thể phát ra màu sắc khác nhau. 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 diode 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.
Ưu điểm: giá thành rẻ.
Nhược điểm: Phải xếp LED theo những gì muốn hiển thị, không thể
thay đổi được, khó khăn trong việc thi công những bảng quang báo có diện
tích lớn
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
5
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
1.2.3 Hệ thống quang báo dùng LCD
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau.
Trong thời đại hiện nay LCD cũng được ứng dụng khá nhiều trong lĩnh vực
quang báo vì nó có khả năng hiển thị các nội dung cần truyền tải tốt hơn và
đưa lại kết quả tốt hơn nhiều so với các loại hình quang báo khác. Nhưng
trong thực tế loại hình này được sử dụng với tỉ lệ khá ít so với các loại hình
khác do giá thành và chi phí bảo dưỡng cao, khó khăn trong việc sửa chữa,
bảo dưỡng.
1.2.4 Hệ thống quang báo dùng LED ma trận
Bảng hiển thị ma trận LED (dot-matrix display) co rất nhiều loại và đủ
kích cỡ to nhỏ khác nhau, mỗi bảng gồm có rất nhiều LED đơn được ghép lại

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG
Sơ đồ khối của hệ thống quang báo
Khối nguồn: Tạo ra điện áp một chiều ổn định 5V từ nguồn xoay chiều
220V để cung cấp cho các khối và linh kiện trong hệ thống.
Khối xử lý trung tâm: Tạo ra tín hiệu điều khiển khối điều khiển LED
ma trận và khối hiển thị để hiển thị các ký tự như chương trình đã định trước.
Khối điều khiển LED ma trận: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm,
giải mã và cung cấp nguồn ổn định và đủ lớn để chuyển ra khối hiển thị.
Khối hiển thị: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm và khối điều
khiển LED ma trận để hiển thị các ký tự theo chương trình đã trong khối xử lý
trung tâm
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
KHỐI
NGUỒN
KHỐI
XỬ LÝ
TRUNG
TÂM
KHỐI
ĐIỀU
KHIỂN
LED
MA TRẬN
KHỐI
HIỂN
THỊ
8
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH
Sơ đồ Callgraph

vi điều khiển
Bộ reset như trong hình vẽ dưới nhằm tạo ra xung reset, xác lập trạng thái ban
đầu cho vi điều khiển khi nút reset được nhấn.
Sơ đồ nguyên lý module điều khiển trung tâm
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
10
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
2.4.2 Module hiển thị
Module hiển thị sử dụng 4 led ma trận 8x8 ghép nối lại với nhau thành
một ma trận 8x32. Các LED ma trận được nối chung các chân cho phép hàng
với nhau(H1 đến H8). Các chân cho phép cột được tách riêng và nối vào
Module điều khiển LED ma trận (C1 đến C32)
Sơ đồ module hiển thị
2.4.3 Module điều khiển LED ma trận
Module điều khiển LED được kết nối như hình dưới đây. Module sử
dụng IC chốt dịch 74HC595 và IC đệm dòng ULN2803.
Các chân Clock và Latch của IC 74HC595 được mắc song song như
hình vẽ. Chân Data của IC 74HC595 đầu tiên được nối vào vi điều khiển. Các
chân Data của 3 IC còn lại được mắc vào chân số 9 của IC 74HC595 trước
đó.
Các đầu ra của IC chốt dịch 74HC595 được mắc vào các cổng vào của
IC đệm dòng ULN2803, các đầu ra của ULN2803 sẽ được nối trực tiếp với
các chân cho phép cột của các LED ma trận trong module hiển thị.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
11
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
Sơ đồ module điều khiển LED ma trận
2.4.4 Module nguồn
Module này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn xoay chiều 220V để
cung cấp cho các linh kiện trong hệ thống. Sử dụng biến áp để biến điện áp

C
1 2 V
Module nguồn
2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN
2.5.1 Khối điều khiển
a. Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A
Hình 2.9: Sơ đồ chân PIC 16F877A
b. Một vài thông số về vi điều khiển PIC 16F877A
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có
độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
13
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ
nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ
liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
• Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
• Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa
vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
• Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. Hai bộ Capture/so
sánh/điều chế độ rộng xung.
• Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C. Chuẩn
giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
• Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR,
CS bên ngoài.
• Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit. Hai bộ so sánh.
• Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần. Bộ nhớ EEPROM với
khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần. Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ
trên 40 năm. Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.

chỉ còn lại trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ
như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu
giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương
trình.
Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là
một vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi. Khi lệnh CALL được
thực hiện hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị rẽ nhánh, giá trị của bộ
đếm chương trình PC tự động được vi điều khiển cất vào trong stack. Khi
một trong các lệnh RETURN, RETLW hat RETFIE được thực thi, giá trị PC
sẽ tự động được lấy ra từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương
trình theo đúng qui trình định trước.
Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứa
được 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào
bộ nhớ Stack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá
trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị 6 cất vào Stack lần thứ
2. Cần chú ý là không có cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đó ta
không biết được khi nào stack tràn. Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển
dòng PIC cũng không có lệnh POP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack
sẽ hoàn toàn được điều khiển bởi CPU.
e. Các cổng xuất nhập của PIC16F877A
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng
để tương tác với thế giới bên ngoài. Sự tương tác này rất đa dạng và thông
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
16
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một
cách rõ ràng.
Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin),
tùy theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất
nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi

ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình.
Các thanh ghi SFR liên quan đến Port B bao gồm:
Port B (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong
Port B TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập
OPTION_REG(địa chỉ 81h,181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0
 Port C
PortC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISC. Bên cạnh đó Port C còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ
Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.
Các thanh ghi điều khiển liên quan đến Port C:
Port C (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong
Port C TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập.
 Port D
Port D (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương
ứng là TRISD. Port D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP
(Parallel Slave Port).
Các thanh ghi liên quan đến Port D bao gồm:
Thanh ghi Port D : chứa giá trị các pin trong Port D.
Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập.
Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập Port E và chuẩn giao tiếp PSP.
 Port E
Port E (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương
ứng là TRISE. Các chân của PortE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó Port E
còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.
Các thanh ghi liên quan đến Port E bao gồm:
Port E : chứa giá trị các chân trong PortE.
TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao
tiếp PSP
ADCON1: thanh ghi điều khiển khối ADC.

 Ngắt INT
Ngắt này dựa trên sự thay đổi trạng thái của pin RB0/INT. Cạnh tác
động gây ra ngắt có thể là cạnh lên hay cạnh xuống và được điều khiển bởi
bit INTEDG (thanh ghi OPTION_ REG <6>). Khi có cạnh tác động thích
hợp xuất hiện tại pin RB0/INT, cờ ngắt INTF được set bất chấp trạng thái các
bit điều khiển GIE và PEIE. Ngắt này có khả năng đánh thức vi điều khiển từ
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
19
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
chế độ sleep nếu bit cho phép ngắt được set trước khi lệnh SLEEP được thực
thi.
 Ngắt do sự thay đổt trạng thái các PIN trong Port B
Các pin PORTB<7:4> được dùng cho ngắt này và được điều khiển bởi
bit RBIE (thanh ghi INTCON<4>). Cờ ngắt của ngắt này là bit RBIF
(INTCON<0>).

Hình ảnh thực tế vi điều khiển PIC 16F877A
2.5.2 Khối nguồn
Khối nguồn của mạch sử dụng IC ổn áp LM7805 thuộc dòng 78xx.
78xx là loại IC dùng để ổn định điện áp dương với điều kiện điện áp đầu vào
luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V. Dòng IC 78xx có nhiều loại, ổn định nhiều mức
điện áp khác nhau, cụ thể ở đây 7805 là dùng để ổn định điện áp đầu ra ở mức
5V.

Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế IC 7805
7805 đóng gói dạng TO-220 gồm có 3 chân:
1. Vin: Chân đầu nguồn vào
2. GND: Chân nối đất
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
20

thì tín hiệu từ bộ chốt được đưa ra đầu ra. Khi nó ở mức cao thì các đầu
ra song song ở trạng thái trở kháng cao. Đầu ra nối tiếp không bị ảnh
hưởng bởi chân này.
- Chân 12 (Latch clock): Quá trình chuyển từ mức thấp sang mức cao ở
Latch clock sẽ chốt dữ liệu được dịch trong thanh ghi dich vào bộ chốt.
- Chân 11 (Shift Clock) : Đầu vào xung nhịp, một quá trình chuyển từ
mức thấp đến mức cao ở chân này sẽ dịch dữ liệu trong thanh ghi dịch
một nhịp.
- Chân 10 (Reset) : Reset không đồng bộ, tích cực mức thấp. Mức thấp ở
chân này sẽ reset thanh ghi dịch nhưng không reset bộ chốt lối ra.
Hình ảnh thực tế IC chốt dich 74HC595
2.5.4 IC đệm dòng ULN2803
Đây là IC gồm 8 transistor NPN ghép Darlington gắn mạch điện tử
trong dãy này của chuổi là một bộ lý tưởng để giao tiếp với mạch điện dạng
số mức logic thấp như: TTL, CMOS hoặc PMOS/NMOS
Sơ đồ khối IC ULN2803
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
23
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD: Nguyễn Văn Huy
ULN2803 được thiết kế để phù hợp với chuẩn TTL
Vài chỉ số kĩ thuật của IC ULN2803:
• Dòng điện ngõ vào khoảng 25mA
• Điện áp ngõ vào khoảng 0.5V – 30V
• Dòng ra tới 500 mA/ 50 V
• Đệm 8 kênh riêng biệt
• Đầu ra đảo.
Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dòng của ULN2803
Hình ảnh thực tế IC ULN2803
2.5.5 Khối hiển thị (LED ma trận)
Khối hiển thị là một khối LED ma trận 8x32 được ghép thành từ 4 LED