CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ
3.2. Sơ đồ nguyên lý thiết kế
3.2.1 Khối giao tiếp (bàn phím và hiển thị)
Thông thường, khi chuẩn bị sử dụng máy, sau khi đặt túi lấy máu, … người sử dụng cần thiết phải thực hiện thiết lập thông số ban đầu cho máy mà cụ thể bao gồm:
- Bật tắt máy (cần 01 phím bật tắt nguồn)
- Chọn lựa thông số nhƣ chọn lựa dải máu muốn lấy (150ml, 250ml, 500ml, 1000ml,…). Do đó với việc chọn lựa dải máu muốn lấy, tối thiểu cần 1 phím chọn lựa (nếu điều khiển theo vòng). Tuy nhiên để thuận tiện, thường người ta sử dụng 02 phím cho việc điều khiển chọn mức lên xuống nhằm tạo sự thuận lợi cho người sử dụng.
- Trên thực tế, khi cân, việc cân ở đây đƣợc thực hiện là cân máu chứ không cân cả các thành phần khác như túi đựng máu. Do đó, trước khi
27
thực hiện cân cần phải có thao tác để loại bỏ cân nặng của túi đựng máu. Từ đây chỉ ra rằng máy cần thêm 01 phím thực hiện chức năng loại bỏ cân túi máu trước khi cân.
- Sau khi loại bỏ, sẽ cần 01 phím để chọn lựa chạy hay cơ bản là bắt đầu thực hiện cân hoặc đang cân thì dừng. Đồng thời cũng cần thêm 01 phím để thực hiện chức năng dừng hẳn, khi kết thúc quá trình lấy máu.
- Để việc chọn lựa lƣợng máu cần lấy đơn giản, ta sẽ cài 1 số lƣợng máu cố định hay lấy ( ví dụ nhƣ 350ml, 400ml, 500ml..). Vì thế sẽ có 1 phúm preset để cài đặt lƣợng máu này.
Tổng hợp lại, khối giao tiếp cần có tối thiểu 7 phím. Thực hiện chức năng hiển thị, để thuận tiện cho người sử dụng, trong phần này chúng ta lựa chọn sử dụng LCD để tạo sự thuận tiện cho quá trình giao tiếp người-máy.
Nhƣ đã đề cập, hiển thị sẽ sử dụng LCD nhằm tạo thuận lợi trong quá trình giao tiếp người-máy do đó ở đây chỉ cần chọn lựa LCD nào sao cho loại LCD đó có thể hiển thị đầy đủ các thông tin. Ngoài ra, để đảm bảo mẫu mã đẹp cho máy, các loại LCD có kiểu dáng đẹp, màn hình sáng, dễ nhìn cũng sẽ đƣợc sử dụng để đƣa vào thiết kế chi tiết.
Dưới đây là một số loại LCD có trên thị trường
STT Loại LCD Thông số đặc trƣng
1
LCD 16×2 - Kích thước:
- Số dòng hiển thị: 2 - Số chân: 16
2
LCD 128×64 - Kích thước:
- Số dòng hiển thị: 8 - Số chân: 20
28 3
LCD Nokia 5110 - Kích thước:
- Số dòng hiển thị: 8 - Số chân: 8
Ta có bảng so sánh ƣu và nhƣợc điểm của các loại LCD trên
LCD 16×2 LCD 128×64 LCD Nokia 5110
Ưu điểm - Kích thước nhỏ gọn - Giá thành rẻ
- Hiển thị đƣợc nhiều ký tự
- Hiển thị đƣợc nhiều ký tự
- Số lƣợng chân ít, kích thước nhỏ ( thuận tiện cho quá trình thiết kế mạch)
Nhƣợc điểm
- Hạn chế về số dòng hiển thị
- Số lƣợng chân lớn
- Số lƣợng chân lớn - Kích thước lớn - Lập trình khó khăn
- Lập trình khó khăn
Trên bảng trên có thể thấy rằng, có rất nhiều loại LCD có thể sử dụng cho thiết bị này. Tuy nhiên, hợp lý về cả mặt thẩm mỹ lẫn giá cả cũng nhƣ chức năng sử dụng, LCD loại LCD nokia 5110 đƣợc chọn để đƣa vào thiết kế.
Đối với hệ thống bàn phím. Hiện nay cũng có rất nhiều các loại phím bấm khác nhau cho phép thực hiện các chức năng giao tiếp. Dưới bảng dưới là một số loại phím bấm đặc trƣng.
STT Loại phím bấm Thông số
1
Nút nhấn 4 chân vuông - Chủng loại: Nút nhấn thả - Kích thước: 6×6×5 mm
29 2
Nút nhấn 2 chân tròn - Chủng loại: Nút nhấn thả - Kích thước: 8×5 mm
3
Nút nhấn dán SMD - Chủng loại: Nút nhấn thả - Kích thước: 4×4×1.5 mm
Trong số các phím bấm trên, có thể thấy loại bàn phím dán vừa cho phép hình ảnh đẹp, giao diện tốt lại khá bền. Tuy nhiên, để có các loại phím dán này, buộc người thiết kế sẽ phải đặt hàng theo yêu cầu để sản xuất. Điều này là không khả thi đối với quá trình thiết kế. Do đó, để làm đơn giản nhất, trong thiết kế này, loại phím nút nhấn 4 chân vuông đƣợc sử dụng cho thiết kế.
- Thiết kế chi tiết
Để thiết kế mạch hiển thị sử dụng LCD Nokia 5110, dưới đây sẽ chỉ ra sơ bộ chức năng, sơ đồ chân, cách giao tiếp, các lệnh điều khiển và phương pháp khởi tạo cho LCD
a. Chức năng các chân.
- RST : Chân reset LCD
- CE: Chân cho phép hoặc không cho phép LCD hoạt động.
- DC: Chân chọn dữ liệu gửi đến LCD là lệnh hoặc là dữ liệu hiển thị ra màn hình.
- DIN: Chân truyền dữ liệu.
- CLK: Chân truyền xung nhịp.
- VCC: Chân cấp nguồn cho LCD.
- BL: Chân cấp nguồn cho led nền màn hình LCD.
- GND: Chân mass.
b. Giao tiếp với LCD NOKIA 5110
Việc gửi dữ liệu từ vi điều khiển đến LCD NOKIA 5110 đƣợc chia làm chế độ. Chế độ gửi lệnh điiều khiển LCD và chế độ gửi dữ liệu hiển thị ra LCD. Chân DC đƣợc
30 sử dụng để chọn 1 trong 2 chế độ này.
Nếu DC=0, dữ liệu gửi đến LCD là lệnh dùng để điều khiển hoạt động của LCD (dữ liệu này không đƣợc hiển thị ra màn hình).
Nếu DC=1, dữ liệu gửi đến LCD là dữ liệu hiển thi ra màn hình LCD.
Có 2 cách để gửi dữ liệu đến LCD.
+ Cách thứ nhất: Gửi mỗi lần 1 byte đến LCD.
Khi chân CE ở mức cao (CE=1), bất kỳ một sự thay đổi tín hiệu nào trên chân CLK cũng không ảnh hưởng đến LCD. Người dùng chỉ có thể gửi dữ liệu đến LCD khi chân CE ở mức thấp(CE=0).
Sau mỗi chu kì của xung clock (xung cạnh lên) thì 1 bit dữ liệu đƣợc dịch vào LCD trên chân DIN.
Chân CE sẽ đƣợc giữ ở mức thấp(CE=0) cho tới khi việc gửi dữ liệu hoàn tất.
Tín hiệu reset LCD đƣợc tạo ra khi chân RST đƣợc kéo xuống mức thâp (RST=0).
Khi đang truyền 8 bit dữ liệu (1 byte), nếu có tín hiệu reset LCD thì quá trình truyền sẽ bị hủy. Cho đến khi chân RST ở mức cao (RST=1), trong chu kì xung clock tiếp theo, quá trinh truyền dữ liệu (của byte vừa
bị hủy) sẽ đƣợc thực hiện lại.
c. Các lệnh điều khiển LCD NOKIA 5110
- Lệnh Function set: Thiết lập các chế độ hoạt động cho LCD o PD: là bit chọn chế độ hoạt động.
o PD=0: kích hoạt LCD hoạt động.
o PD=1: chế độ "power down".
o V: là bit chọn chiều tăng giá trị địachỉ của bộ nhớ (DDRAM) của LCD.
o V=0: Giá trị của địa chỉ tăng theochiều ngang.
o V=1: Giá trị của địa chỉ tăng theo chiều dọc.
o H: H=0: cho phép sử dụng các lệnh cơ bản.
o H=1: cho phép sử dụng thêm 1 số lệnh bổ sung.
- Lệnh: Cài đặt hiển thị (Display Control). Ý nghĩa của các bit D, E:
o D=0, E=0: Không hiển thị.
o D=0, E=1: Hiển thị tất cả các điểm ảnh của màn hình LCD
31
o D=1, E=0: Chế độ hiển thị thông thường.
o D=1, E=1: Chế độ hiển thị ngƣợc (nềnđen, chữ trắng).
- Lệnh thiết lập địa chỉ dòng (set Y address).
LCD Nokia 5110 có thể hiển thị 6 dòng (0 ->5), vì vậy chỉ cần 3 bit Y2, Y1, Y0, để chứa giá trị này.
- Lệnh thiết lập điện áp hoạt động cho LCD. (Set Vop) o Người dùng có thể
thiết lập các bit từ Vop6 ->Vop0 để chọn điện áp hoạt động cho LCD, dựa
vào công thức sau: Vlcd=a+(Vop6 ->Vop0)*b với giá trị của a, b là: a=3.06, b=0.06
o Ví dụ: Để chọn điện áp hoạt động của LCD là 5V, ta làm nhƣ sau:
Theo công thức ta sẽ có:5=3.06 +(Vop6 ->Vop0)*0.06từ đó suy ra:
(Vop6 ->Vop0) =32,33. Ta sẽ chọn số nguyên là 32 hay bằng 20H=0100000B.
Vậy, giá trị đƣa vào LCD để set giá trị điên áp cho LCD là:
11000000B hayC0h.Ngoài ra còn 1 số lệnh khác trong chế độ (H=1), có thể tham khảo thêm trên datasheet của LCD Nokia 5110.
d. Cài đặt (khởi tạo) cho LCD
Thường khi giao tiếp LCD với vi điều khiển, chúng ta có 1 hàm gọi là hàm "khởi
Hình 3. 3. Khởi tạo cho LCD Nokia 5110
32
tạo" cho LCD, và chúng ta gọi hàm này trước khi muốn hiển thị cái gì đó ra LCD.
Trong hình 3.3 chỉ ra các bước khởi tạo đối với LCD dòng Nokia 5110 thông qua các bước cụ thể.
e. Mạch nguyên lý cho khối giao tiếp.
Sau khi lựa chọn linh kiện, các phím bấm, mạch nguyên lý cho khối giao tiếp đƣợc chỉ ra trong hình 3.4.
Nhƣ vậy, có thể nói, với mạch nguyên lý này, cho phép người sử dụng có thể lựa chọn đầy đủ các tính năng đòi hỏi nhƣ yêu cầu giao tiếp giữa người và máy như đã phẫn tích ở trên.