TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
THIẾT KẾ BẢNG QUẢNG CÁO LED SỬ DỤNG
VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 16
MODULE ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ
Sinh viên thực hiện: PHẠM MINH ĐỨC
Lớp ĐT12 – K49
Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG
Cán bộ phản biện: TS. HOÀNG MẠNH THẮNG
Hà nội, 5-2009
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------------------
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
---------------------------------
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: .…PHẠM MINH ĐỨC……... Số hiệu sinh viên: …20040847…
Khoá:………...49.……….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………….........
1. Đầu đề đồ án:
Thiết kế bảng quảng cáo LED sử dụng vi điều khiển ATMEGA16
Module điều khiển hiển thị
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
……………………………………..……………………………………………..……..……………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………….
…..………………………..…………………………………………………………………………………….
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
………………………………………………………………………………………………………………..….
………………………………………………………………………………………………………………………………

......................................................................................................................
2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
..........................................................................
Ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
Lời nói đầu
Quảng báo được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội . Hầu
như đi đâu ta cũng có thể thấy những bảng quảng cáo với nhiều hình thức khác
nhau. Với mục đích làm nổi bật lên sản phẩm của mình cả khi trời sáng hay tối
người ta đã sử dụng rộng rãi các bảng quảng cáo điện tử. Bảng quảng báo điện tử có
nhiều loại , được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau , có khả năng hiển thị hình
ảnh và màu sắc phong phú . Tuy nhiên do điều kiện có hạn nên trong đồ án này
chúng em mong muốn tìm hiểu về nguyên lý thiết kế một bảng quảng cáo điện tử có
khả năng điều khiển hiển thị các kí tự theo như mong muốn và thiết kế một module
led quảng báo cỡ nhỏ để thử nghiệm.
Đầu tiên chúng em xin cảm ơn sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy
Nguyễn Tiến Dũng . Thầy đã cung cấp cho chúng em các tài liệu về đề tài giúp
chúng em dễ dàng hơn trong quá trình tìm hiểu đồ án . Trong quá trình làm thực
hiện đồ án thầy đã chỉ bảo chúng em mỗi khi gặp khó khăn để đồ án có thể hoàn
thành.

Lời nói đầu ............................................................................................................... 4
Tóm tắt đồ án ........................................................................................................... 5
Danh sách các hình vẽ ............................................................................................. 8
Danh sách các bảng ................................................................................................. 8
Danh sách các công thức ......................................................................................... 9
Phần mở đầu .......................................................................................................... 10
Chương 1 : Giới thiệu chung ................................................................................ 12
1.1) Quảng cáo ............................................................................................... 12
1.2) Bảng led quảng báo ................................................................................. 13
1.2.1) Một số đặc trưng ......................................................................... 13
1.1.2) Quảng cáo bằng led ..................................................................... 14
1.3) Giới thiệu chung về hệ thống ................................................................... 18
Chương 2 : Giới thiệu về vi điều khiển AVR Atmega16 .................................... 21
2.1) Giới thiệu về vi điều khiển họ AVR .......................................................... 21
2.1.1) Một số đặc trưng ......................................................................... 21
2.1.2) Một số đặc trưng ......................................................................... 23
2.1.3) Một số đặc trưng ......................................................................... 25
2.1.4) Một số họ vi diều khiển AVR ...................................................... 26
2.2) Sơ bộ về vi điều khiển Atmega16 ............................................................. 26
2.2.1) Đặc trưng ..................................................................................... 28
2.2.2) CPU ............................................................................................. 31
2.2.3) Bộ nhớ ......................................................................................... 37
Chương 3 : Nguyên tắc điều khiển led ma trận ................................................... 42
3.1) Cấu trúc và nguyên lý cấp nguồn cho led ma trận .................................. 42
3.2) Nguyên tắc tạo font chữ hiển thị ............................................................. 43
3.3) Điều khiển hiển thị led ma trận .............................................................. 44
Chương 4: Điều khiển cấp nguồn cho led ma trận .............................................. 47
4.1) Điều khiển cấp nguồn cho cột dùng 74HC138 ........................................ 47
4.1.1) Chức năng của 74HC138 .............................................................. 47
4.1.2) Sử dụng 74HC138 để cấp nguồn cho các cột ma trận .................. 48

Phần mở đầu
Quảng cáo luôn là một trong các vấn đề đóng vai trò quan trọng trong sự
phát triển của một công ty, doanh nghiệp hay thậm chí là của một cửa hàng. Quảng
cáo tốt sẽ đem lại nhiều lợi ích to lớn. Cũng chính vì vậy mà không ngạc nhiên khi
hàng năm các doanh nghiệp đã đầu tư rất nhiều vào vấn đề này. Một trong những
biện pháp được ưa 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 tính 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 đèn 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 có thể hiển thị các hình ảnh đồ họa, các hình ảnh full
colour và đặc biệt là có thể hiển thị được cả video. Nó cũng không chỉ giới hạn
trong việc quảng cáo trong nhà (indoor), bán ngoài trời (semi – outdoor ) mà còn có
thể quảng cáo ở cả ngoài trời, ngay giữa ban ngày với độ sáng và độ sắc nét cao.
(Chương I sẽ giới thiệu chi tiết hơn về vấn đề quảng cáo bằng đèn LED).
Tuy nhiên do còn hạn chế về nhiều mặt nên trong đồ án này chúng em chỉ
giới hạn ở việc hiển thị các dòng chữ được truyền từ máy tính xuống với định dạng
font tiếng anh đã lưu sẵn trong bộ nhớ Flash của AVR và một số hiệu ứng hiển thị
cơ bản.
Trong 2 chương đầu tiên của đồ án chúng em sẽ giới thiệu chung về quảng
cáo bằng bảng LED, giới thiệu hệ thống cũng như sơ lược về vi điều khiển AVR và
họ ATMega 16. Các chương tiếp theo chúng em sẽ trình bày về đóng góp của mình
10
cho đề tài. Các khối khuếch đại công suất và giao tiếp máy tính sẽ được bạn Bùi
Lưu Quỳnh và Nghiêm Xuân Quyền sẽ trình bày nên trong đồ án này em sẽ tập
trung trình bày về việc điều khiển hiển thị, chốt dữ liệu cho ma trận :
- Chương 3 sẽ trình bày về nguyên tắc cơ bản khi điều khiển ma trận led
- Chương 4 sẽ trình bày cề cách sử dụng các IC thông dụng để điều khiển cấp

Các loại hình quảng cáo phổ biến hiện nay :
12
 Truyền hình.
 Internet.
 Báo chí.
 Phát thanh.
 Quảng cáo trực tuyến.
 Quảng cáo qua bưu điện.
 Quảng cáo trên các phương tiện vận chuyển.
 Quảng cáo qua các trang vàng.
 Quảng cáo trên tờ rơi, áp phích, pano hay băng rôn.
 Quảng cáo trên bao bì sản phẩm.
 Quảng cáo qua các thư gửi trực tiếp.
 Quảng cáo truyền miệng.
 Quảng cáo bằng đèn LED.
1.2) Bảng led quảng báo
Trong các loại hình quảng cáo đề cập đến ở trên thì quảng cáo bằng đèn LED
là một loại hình quảng cáo được sử dụng rộng rãi bởi nhiều công ty, cửa hàng bởi
tính đơn giản, hiện đại cũng như hữu dụng của nó. Ta hãy cùng tìm hiểu đèn LED là
gì, hoạt động ra sao và tại sao nó lại được sử dụng cho mục đích quảng cáo và xu
hướng phát triển của quảng cáo bằng đèn LED.
1.2.1) Một số đặc trưng
LED (Light Emitting Diode – đi ốt phát quang) là các loại đi ốt có khả năng
phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như đi ốt, LED được cấu
tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.
Hoạt động của LED cũng giống như nhiều loại đi ốt bán dẫn khác : khối bán
dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối
bán dẫn loại n chứa các điện tử tự do thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động
khuếch tán sang khối N, cùng lúc đó khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm)
từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và thừa

động tốt, đặc biệt là nó vẫn sáng rõ vào ban ngày vì vậy có thể dụng cả những biển
14
quảng cáo trong nhà (indoor) và ngoài trời (outdoor) cho hiệu quả cao cũng như gây
sự chú ý đồng thời truyền đạt thông tin đến khách hàng và người đi đường.
Bảng điện tử có thông tin thay đổi được còn được gọi là bảng quang báo hay
màn hình điện tử LED, có nhiều màu sắc, nhiều cách hiển thị sinh động, dễ dàng
thu hút sự chú ý của mọi người. Do dễ dàng thay đổi thông tin trên bảng điện tử nên
đây được xem là phương tiện truyền đạt thông tin hiện đại, nhanh chóng.
Bảng LED quảng cáo được sử dụng cả indoor, outdoor và semi-outdoor :
 Bảng indoor sử dụng tốt trong nhà, không sử dụng ngoài trời được vì
không đủ độ sáng và không chịu được mưa nắng.
 Bảng outdoor có độ sáng cao, kết cấu chắc chắn, chịu được mưa nắng.
 Bảng semi-outdoor có độ sáng cao, sử dụng tốt ngoài trời nhưng chịu
mưa nắng kém nên bảng quảng cáo loại này thường được đặt ở dưới
mái hiên nhà.
Trong lĩnh vực quảng cáo, ứng dụng của đèn LED được thể hiện dưới nhiều
hình thức khác nhau như :
 Bảng thông tin điện tử chữ chạy
Bảng thông tin điện tử là sản phẩm của ngành công nghệ cao với nhiều ưu
điểm nổi bật đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của cuộc
sống. Điểm nổi bật của bảng thông tin điện tử là khả năng thay đổi thông tin và
phương thức trao đổi thông tin. Với nhiều tính năng độc đáo, bảng thông tin điện tử
(bảng quang báo, bảng điện tử, bảng LED) luôn thu hút được đông đảo sự chú ý
quan sát của nhiều người. Do đó, nó là sản phẩm đắc dụng cho các chương trình
quảng cáo, các bản tin chứng khoán, tài chính…
Cũng vì tính tiện lợi mà bảng thông tin điện tử được ứng dụng rộng rãi ở
nhiều nơi với nhiều mục đích khác nhau như: khách sạn, nhà hàng, trung tâm
thương mại, trụ sở công ty, ngân hàng, sân bay, hiệu vàng, sàn giao dịch chứng
khoán, giao thông hay tại các cổng trào của các tỉnh và thành phố…
15

phục vụ cho lĩnh vực quảng bá thương hiệu, sản phẩm đa dạng về chủng loại, có thể
dùng indoor, outdoor hay semi-outdoor.
Sản phẩm có khả năng hiển thị được tất cả các dạng thông tin quảng cáo,
trình diễn các hình ảnh động, chiếu một đoạn phim video như một màn hình Ti Vi
lớn và còn hơn thế nữa có thể kết nối trực tuyến với mạng máy tính. Sản phẩm cũng
được thiết kế để lắp đặt cả trong nhà lẫn ngoài trời.
 Bảng thông tin điện tử dùng cho thị trường chứng khoán:
Khác với đặc trưng hiển thị LED quảng cáo bình thường, đây là bảng hiển thị
thông tin dữ liệu động, thông tin được cập nhật liên tục. Màn hình lớn có thể chia ra
thành nhiều vùng để hiển thị theo từng nhóm thông tin chứng khoán như: tên công
ty, các tiêu đề và các thông số đấu giá, ảnh logo… Thông tin hiển thị được chia
thành các kịch bản chạy song song với nhau trên cùng hoặc khác phân vùng hiển
thị. Thông tin chứng khoán được cập nhật một cách tự động lên bảng điện tử. Màu
sắc thông tin hiển thị trên bảng điện tử thay đổi theo từng mã chứng khoán và phụ
thuộc vào sự tăng giảm giá của mã chứng khoán đó. Điều này giúp cho mọi người
theo dõi thông tin chứng khoán một cách dễ dàng hơn.
Không chỉ có vậy ngày nay bảng LED quảng cáo còn được ứng dụng trong
nhiều ngành, lĩnh vực khác nữa như : bảng thông tin nghiệp vụ cho ngành du lịch,
bưu điện điện tử, ngân hàng điện tử, bảng kết quả xổ số kiến thiết, bảng tỷ số thi
17
đấu thể thao, bảng điện tử dùng cho tín hiệu giao thông… với kiểu dáng phong phú,
thiết kế hiện đại và hiệu ứng bắt mắt cho hiệu quả cao trong lĩnh vực quảng cáo.
Tuy nhiên, do hạn chế về nhiều mặt cũng như ảnh hưởng của suy thoái kinh
tế toàn cầu nên hiện nay ở Việt Nam xuất hiện không nhiều các bảng, biển quảng
cáo hiển thị video, nhưng các bảng quảng cáo hiển thị dạng text dùng để giới thiệu,
quảng bá thương hiệu hay để hiển thị thông tin về các loại hình dịch vụ, sản phẩm
(mức lãi xuất ở ngân hàng, thông tin tại sàn giao dịch chứng khoán, thông tin về
thời gian biểu tại sân bay, kết quả các trận bóng …) … thì vẫn đang phát triển mạnh
mẽ. Đặc điểm ưu việt của loại hình này là dễ dàng thay đổi, cập nhật nội dung cần
hiển thị bằng phần mềm.

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 dữ liệu hàng và cột.
Khối chốt dữ liệu hàng : có chức năng chốt các giá trị logic cấp nguồn cho
các hàng của ma trận. Khối này gồm một chuỗi các bộ 74HC595 mắc nối tiếp. Dữ
liệu về mức logic của các hàng và tín hiệu báo chốt dữ liệu sẽ được khối điều khiển
hiển thị gửi đến. Các dữ liệu này sẽ được chốt lại tại đầu ra của khối cho đến khi dữ
liệu mới được yêu cầu chốt.
Khối chốt dữ liệu cột : có chức năng chốt các giá trị logic cấp nguồn cho các
cột của ma trận. Khối này được thực hiện bằng cách sử dụng IC 74HC138. Dữ liệu
về mức logic của các cột sẽ được khối điều khiển hiển thị gửi đến phù hợp với dữ
liệu của các hàng để có thể hiển thị đúng như mong muốn. Các dữ liệu này sẽ được
chốt lại tại đầu ra của khối cho dến khi dữ liệu mới được yêu cầu chốt.
Khối khuếch đại công suất hàng : có chức năng đảm bảo cấp đủ nguồn cho
các hàng của led ma trận, đồng thời hạn chế dòng chạy qua các chân của các IC
chốt dữ liệu hàng. Để đảm bảo chức năng này khối này gồm các IC ULN2803 mắc
nối tiếp với các IC 74HC595.
Khối khuếch đại công suất cột : có chức năng đảm bảo cấp đủ nguồn cho
các cột của led ma trận, đồng thời hạn chế dòng chạy qua các chân của các IC chốt
dữ liệu cột. Để đảm bảo chức năng này khối được xây dựng gồm các transistor
B562. Cực B của các transistor được điều khiển bởi IC 74HC138.
20
Chương 2 : Giới thiệu về vi điều khiển AVR Atmega16
2.1) Giới thiệu về vi điều khiển họ AVR
2.1.1) Một số đặc trưng
Đây là loại vi điều khiển 8 bit, xử lý nhanh, tiêu thụ năng lượng thấp.
AVR [6] có cấu trúc RISC với :
 131 lệnh, hầu hết các lệnh thực thi trong một chu kỳ xung nhịp.
 32 x 8 thanh ghi đa dụng
 Full static operation
21

 AVRStudio, Code Vision. Các phần mềm này có hỗ trợ phần nạp và
Debug on chip.
 Ngoài ra có thể dùng chương trình nạp PonyProg2000, Winpic800 …
2.1.2) Một số đặc trưng
AVR có cấu trúc Havard trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (data
memory bus) và đường truyền cho bộ nhớ chương trình (Program memory bus)
được tách riêng. Data memory bus chỉ có 8 bit và được kết nối với hầu hết các thiết
bị ngoại vi, các Register File. Trong khi đó, program memory bus có độ rộng 16 bit
và chỉ phục vụ cho thanh ghi lệnh (instruction register).
Bộ nhớ chương trình (program memory) là bộ nhớ Flash lập trình được.
Trong các loại AVR cũ như AT90S1200 bộ nhớ chương trình chỉ gồm một phần là
Application Flash Section còn trong các loại AVR mới có thêm phần Boot Flash
Section. Chức năng chính của bộ nhớ chương trình là chứa các lệnh (instruction)
nên chúng ta không có nhiều cơ hội tác động nên bộ nhớ này khi lập trình cho chip.
Cũng chính vì vậy mà đối với người lập trình thì bộ nhớ này “không quá quan
trọng”. Tất cả các thanh ghi quan trọng cần khảo sát nằm trong bộ nhớ dữ liệu của
chip.
23
Hình 2 - Cấu trúc bộ nhớ AVR
Bộ nhớ dữ liệu (data memory) : đây là phần chứa các thanh ghi quan trọng
nhất của chip. Bộ nhớ dữ liệu trên các chip AVR có độ lớn khác nhau tùy theo mỗi
chip. Tuy nhiên về cơ bản bộ nhớ này được chia làm các phần :
 Tệp thanh ghi (Register file) : gồm 32 thanh ghi 8 bit có địa chỉ tuyệt
đối từ 0x0000 đến 0x001F. Các thanh ghi này được đặt tên là từ R0
đến R31. Chúng có đặc điểm :
• Được truy cập trực tiếp trong các instruction.
• Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ cần
một xung Clock.
• Tệp thanh ghi được kết nối trực tiếp với bộ xử lý trung tâm,
CPU chip.