Chương 2 TỔNG QUÁT VỀ LINH KIỆN TRONG MẠCH 2
2.2 Giới thiệu về LCD 16x02 27
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẽ.
2.2.2 Tổng quát về LCD : 2.2.2.1 Hình dáng và kích thước:
LCD 16X02 có nghĩa là 16 ô cột x 2 hàng.
Hình 2.17 Hình dáng của hai loại LCD thông dụng
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết.
Hình 2.18 Sơ đồ chân 2.2.3. Chức năng các chân :
Bảng 2.7 Chức năng các chân của LCD
Ghi chú :
Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx.
Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx.
2.2.4 Sơ đồ khối của HD44780:
Hình 2.19 Sơ đồ khối của HD44780 2.2.4.1 Các thanh ghi :
Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register)
Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám đường bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng.
Người dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa là, khi ta nạp vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chíp HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh tại địa chỉ mà IR cung cấp và thực hiện lệnh đó.
Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM DDRAM hoặc CGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ 2 vùng
RAM này gởi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội bên trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặcCGRAM. Hoặc khi thông tin về địa chỉ được ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền cho MPU.
Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này khi giao tiếp với MPU.
Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp.
Bảng 2.8 Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng
2.2.4.2 Cờ báo bận BF: (Busy Flag)
Khi thực hiện các hoạt động bên trong chíp, mạch nội bên trong cần một khoảng thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, LCD bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thông qua chân DB7 khi có thiết lập RS=0, R/W=1) lên để báo cho MPU biết nó đang “bận”. Dĩ nhiên, khi xong việc, nó sẽ đặt cờ BF lại mức 0.
2.2.4.3 Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter)
Như trong sơ đồ khối, thanh ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM (DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm địa chỉ AC. Bộ đếm này lại nối với 2 vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một địa chỉ lệnh được nạp vào thanh ghi IR, thông tin được nối trực tiếp cho 2 vùng RAM nhưng việc chọn lựa vùng RAM tương tác đã được bao hàm trong mã lệnh.
Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vị và nội dung của AC được xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập RS=0 và R/W=1 (xem bảng tóm tắt RS - R/W).
Lưu ý: Thời gian cập nhật AC không được tính vào thời gian thực thi lệnh mà được cập nhật sau khi cờ BF lên mức cao (not busy), cho nên khi lập trình hiển thị, bạn phải delay một khoảng tADD khoảng 4uS-5uS (ngay sau khi BF=1) trước khi nạp dữ liệu mới. Xem thêm hình bên dưới.
Hình 2.20 Giản đồ xung cập nhật AC 2.2.4.4 Vùng RAM hiển thị DDRAM :
Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là một ô kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ hiển thị tại vị trí tương ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp. Hình sau đây sẽ trình bày rõ hơn mối liên hệ này :
Hình 2.21 Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD Vùng RAM này có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit.
Những vùng RAM còn lại không dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích.
Lưu ý là để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã HEX
2.2.4.5 Vùng ROM chứa kí tự CGROM:
Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự, và định địa chỉ bằng 8 bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mẫu kí tự kiểu 5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 256 28 = mẫu kí tự). Người dùng không thể thay đổi vùng ROM này.
Hình 2.22 Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự.
Như vậy, để có thể ghi vào vị trí thứ x trên màn hình một kí tự y nào đó, người dùng phải ghi vào vùng DDRAM tại địa chỉ x (xem bảng mối liên hệ giữa DDRAM và vị trí hiển thị) một chuỗi mã kí tự 8 bit trên CGROM. Chú ý là trong bảng mã kí tự trong CGROM ở hình bên dưới có mã ROM A00.
Bảng 2.9 Bảng mã kí tự (ROM code A00)
2.2.4.6 Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM : (Character Generator RAM) Như trên bảng mã kí tự, nhà sản xuất dành vùng có địa chỉ byte cao là 0000 để người dùng có thể tạo các mẫu kí tự đồ họa riêng. Tuy nhiên dung lượng vùng
này rất hạn chế: Ta chỉ có thể tạo 8 kí tự loại 5x8 điểm ảnh, hoặc 4 kí tự loại 5x10 điểm ảnh.
Để ghi vào CGRAM, hãy xem hình bên dưới.
Hình 2.23 Mối liên hệ giữa địa chỉ của CGRAM, dữ liệu của CGRAM, và mã kí tự.
2.2.5 Tập lệnh của LCD:: Tập lệnh Sau đây là một vài chú ý khi giao tiếp với LCD :
Tuy trong sơ đồ khối của LCD có nhiều khối khác nhau, nhưng khi lập trình điều khiển LCD ta chỉ có thể tác động trực tiếp được vào 2 thanh ghi DR và IR thông qua các chân DBx, và ta phải thiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này.
Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian này có thể khá lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặc đợi (delay) cho LCD thực thi xong lệnh hiện hành mới có thể ra lệnh tiếp theo.
Địa chỉ của RAM (AC) sẽ tự động tăng (giảm) 1 đơn vị, mỗi khi có lệnh ghi vào RAM. (Điều này giúp chương trình gọn hơn)
Các lệnh của LCD có thể chia thành 4 nhóm như sau :
* Các lệnh về kiểu hiển thị. VD : Kiểu hiển thị (1 hàng / 2 hàng), chiều dài dữ liệu (8 bit / 4 bit), …
*Chỉ định địa chỉ RAM nội.
* Nhóm lệnh truyền dữ liệu trong RAM nội.
* Các lệnh còn lại . (!!!)
Bảng 2.10 Tập lệnh của LCD
2.2.6 Giao tiếp giữa LCD và MPU:
LCD sẽ bị hỏng nghiêm trọng, hoặc hoạt động sai lệch nếu bạn vi phạm khoảng đặc tính điện sau đây:
Bảng 2.11 Maximun Rating
Đặc tính điện làm việc điển hình: (Đo trong điều kiện hoạt động Vcc = 4.5V đến 5.5V, T = -30 đến +75C)
Bảng 2.12 Miền làm việc bình thường 2.2.7 Khởi tạo LCD:
Khởi tạo là việc thiết lập các thông số làm việc ban đầu. Đối với LCD, khởi tạo giúp ta thiết lập các giao thức làm việc giữa LCD và MPU. Việc khởi tạo chỉ được thực hiện 1 lần duy nhất ở đầu chương trình điều khiển LCD và bao gồm các thiết lập sau :
• Display clear : Xóa/không xóa toàn bộ nội dung hiển thị trước đó.
• Function set : Kiểu giao tiếp 8bit/4bit, số hàng hiển thị 1hàng/2hàng, kiểu kí tự 5x8/5x10.
• Display on/off control: Hiển thị/tắt màn hình, hiển thị/tắt con trỏ, nhấp nháy/không nhấp nháy.
• Entry mode set : các thiết lập kiểu nhập kí tự như: Dịch/không dịch, tự tăng/giảm (Increment).
2.2.8 Sơ đồ kết nối ứng dụng với vi điều khiển :
30P
5VDC
U2
16F877A
24 17 16 18 15
33 34 35 36 37 38 39 40 8 9 10 19 2
3 4 5 6 7
1 13 14
25 26 27
11 32
12 31
20 21 22 27 28 29 30 RC4
RC2 RC1 RC3 RC0
RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RE0 RE1 RE1 RD0 RA0
RA1 RA2 RA3 RA4 RA5
MCLR OSC1 OSC2
RC5 RC6 RC7
VDD VDD
VSS VSS
RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7
5VDC
RESET
4.7k
LCD 16X2 12
3
4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14
VSS VDD VEE
RS R/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5D6 D7
4MHZ
Hình 2.27 sơ đồ kết nối giữa pic16f877A với LCD 16x2 2.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT IC LM35DZ
2.2.1 Khái niệm:
Cảm biến nhiệt là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi nhiệt độ cần đo thành các đại lượng điện dưới dạng áp có thể đo và xử lí được.
2.2.2 Hình dạng:
Hình 2.28 hình dạng IC LM35DZ 2.2.3 Đặc điểm:
Hiện nay nhiều công ty trên thế giới đã chế tạo được những IC bán dẫn dùng đo và hiệu chỉnh rất tiện lợi. Trong mạch tổ hợp, cảm biến nhiệt là lớp chuyển tiếp P_N trong một transistor lưỡng cực.
IC cảm biến nhiệt có những ưu khuyết điểm như sau : * Ưu điểm: gọn nhẹ, rẻ tiền, tuyến tính. Phù hợp với các thiết kế cỡ nhỏ và onboard.
* Khuyết điểm: Nhiệt độ đo thấp (150-2000), cần cấp nguồn cho IC.
2.2.4 Các Thông số:
Hệ số tỉ lệ là 10mV/10c
Tầm nhiệt 00C đến 1000C
Nhiệt độ vỏ: Vỏ kiểu TO-92 chịu được nhiệt độ từ -600C đến +1500C
Nhiệt độ chì (hàn 10s): 2600C 2.4 GIỚI THIỆU VỀ TRANSITOR
2.4.1 Cấu tạo:
Transitor là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn khác loại tiếp giáp xen kẽ tạo thành 2 mối nối P_N và đưa ra 3 chân B,C,E. Tuỳ theo cách xếp đặt thứ tự 3 vùng bán dẫn mà ta có hai loại transitor là PNP và NPN.
Transitor NPN và transitor PNP còn gọi là transitor lưỡng cực viết tắt BJT (Bipolar Junction Transitor)
Hình 2.29 cấu tạo bên trong transitor 2.4.2 Hình dạng và ký hiệu:
Hình dạng:
Hình 2.30 Hình dạng transitor
Ký hiệu:
Hình 2.31 ký hiệu transitor trên lý thuyết 2.4.3 Các thông số kỹ thuật của transitor
Hệ số khuyết đại:
Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE
Điện áp đánh thủng:
Là điện áp giới hạn của transitor đặt vào cực CE , vượt qua điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị đánh thủng.
Dòng điện giới hạn:
Là dòng điện giới hạn của transitor, vượt qua dòng giới hạn này Transitor sẽ bị hỏng.
Công suất giới hạn:
Khi hoat động Transitor tiêu tán một công xuất P = VCE . ICE nếu công xuất này vượt quá công xuất cực đại của Transitor thì Transitor sẽ bị hỏng
Tần số cắt:
Là tần số giới hạn mà Transitor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của Transitor bị giảm .
2.4.4 Chức năng:
Transitor là linh kiện điện tử chủ động, tức là cần nguồn cung cấp năng lượng để hoạt động, cụ thể cần phải phân cực cho transitor để nó hoạt động. Tùy theo mục đích mà transitor được mắc nối với mạch điện các kiểu khác nhau để thực hiện những chức năng sau:
Khoá điện tử
Truyền dẫn điện
Bộ khuyết đại
2.4.5 Nguyên lý hoạt động của transitor:
Trường hợp cực B để hở
C B
NPN BCE VDC
E
Hình 2.32 hình vẽ transitor nối với nguồn DC cực B hở
Trong trường hợp này electron trong vùng bán dẫn N của cực E và cực C do tác dụng của lực tĩnh điện sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E về cực C. Do cực B để hở nên electron từ nguồn bán dẫn N của cực E không thể sang vùng bán dẫn P của cực B nên không có hiện tượng tái hợp giữa electron và lỗ trống do đó không có dòng điện qua transitor.
Trường hợp cực B nối ngoài:
C B
NPN BCE
VB>VE va VB<VC
VDC VDC
E
Hình 2.33 hình vẽ transitor nối với nguồn DC
Ta có các electron từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ sang vùng bán dẫn P của cực B để tái hợp với lỗ trống. Khi đó vùng bán dẫn P của cực B nhận thêm electron nên có điện tích âm. Cực B nối vào điện áp dương của nguồn sẽ hút một số electron trong vùng bán dẫn P tạo thành dòng điện ib. Cực c nối vào điện áp dương cao hơn nên hút hầu hết electron trong vùng bán dẫn P sang vùng bán dẫn N của cực C tạo thành dòng điện ic. Cực E nối vào nguồn điện áp âm khi lớp bán dẫn N mất electron hút electron từ nguồn âm lên thế chỗ tạo thành dòng điện ie.
Số electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên dòng điện ib và ic điều chạy sang cực E nên ta có IE= IB+ IC.
2.4.6 Chế độ công tắc :
Tùy theo mức độ phân cực mà transito có thể làm việc ở một trong ba trang thái sau: ngưng dẫn, khuyết đại tuyến tính và bảo hoà.
Trạng thái ngưng dẫn:
Nếu phân cực trên transito có VBE nhỏ hơn điện áp ngưỡng (VBE=0v đến 0,6v thì transito sẽ ngưng dẫn dòng điện IB=0, IC=0 và VCE≈ VCC.
Trạng thái khuyết đại:
Nếu phân cực trên transito VBE=0,6V đến 0,8V, trên transito dẫn điện và có dòng điện IB , dòng điện IC tăng theo IB theo hệ số khuyết đại ( IC= IB. ). Lúc đó điểm làm việc của tran sito sẽ nằm trên đường tải tĩnh, khi IB tăng làm cho Ic tăng và VCE giảm.
Trạng thái bảo hoà:
Nếu phân cực transitor có VBE >0.8v thì transitor sẽ dẫn rất mạch gọi là bảo hoà.
Lúc đó
IB tăng cao làm Ic tăng cao ≈ Rc
Vcc (IC bảo hoà) và điện áp VCE giảm giảm còn rất nhỏ (≈ 0.2v nên gọi là VCE bảo hoà)
2.4.7 Ứng dụng:
Thực ra một thiết bị không có có transitor thì chưa phải là thiết bị điện tử, vì vậy transitor có thể xem là một linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử, các loại IC thực chất là mạch tích hợp nhiều transitor trong một linh kiện duy nhất, trong mạch điện tử transitor được dùng để khuyết đại tín hiệu analog, chuyển trạng thái của mạch Digital, sử dụng làm các công tắc điện tử, làm các bộ tạo dao động vv..
2.5 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TRỞ 2.5.1 Khái niệm:
Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn.
2.5.2 Cấu tạo, hình dáng, ký hiệu và đơn vị:
Cấu tạo :
Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau
Hình dáng:
Hình 2.34 hình dáng điện trở
ký hiệu:
Hình 2.35 ký hiệu điện trở
Đơn vị:
Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ.
1KΩ = 1000 Ω 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω
2.5.3 Phân loại:
Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W
Điện trở công xuất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.
Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt. * Cách ghi trị số của điện trở:
Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch màu theo một quy ước chung của thế giới.
Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trực tiếp trên thân .
* Cách đọc trị số điện trở:
Bàng2.13 Quy ước màu quốc tế
Màu sắc Giá trị Màu sắc Giá trị
Đen 0 Xanh lá 5
Nâu 1 Xanh lơ 6
Đỏ 2 Tím 7
Cam 3 Xám 8
Vàng 4 Trắng 9
Nhũ vàng -1
Nhũ bạc -2
Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu.
Điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng màu.
Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu :
Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị . Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.
Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có màu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng chỉ sai số của điện trở.
Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu :
Vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị.
Vòng số 4 là bội số của cơ số 10.
Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng màu thì màu sai số có
nhiều màu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối cùng, tuy
nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút.
2.5.4 Ứng dụng:
Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được , trong mạch điện , điện trở có những tác dụng:
Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp.
Mắc điện trở thành cầu phân áp.
Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động .
Tham gia vào các mạch tạo dao động R C . 2.6 GIỚI THIỆU VỀ TỤ
2.6.1 Khái niệm:
Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động lệ thuộc vào tần số tạo từ hai bề mặt dẩn điện ngăn cách bởi một điện môi không dẩn điện. Một công cụ dùng để tích điện và lưu trữ năng lượng của Điện TrườngĐiện Dung là khả năng tích lủy Điện Tích tên bề mặt của tụ điện do một điện thế sản sinh.
2.6.2 Cấu tạo, hình dáng, ký hiệu và đơn vị:
Cấu tạo:
Hình 2.36a Cấu tạo tụ gốm Hình 2.36b Cấu tạo tụ hoá
Hình dáng: