Phân tích tổng quát và sơ đồ khối của hệ thống

Chương 1: Phân tích tổng quát và sơ đồ khối của hệ thống I. Sơ lược hoạt động của toàn bộ hệ thống Mạch hoạt động dựa trên nguyên tắc mạch điều khiển màn hình tinh thể lỏng (LCD controller ) , Màn hình được chia thành nhiều hàng và cột , Tương ứng mỗi hàng và mỗi cột là một ký tự được mã hoá địa chỉ và được lưu giữ ứng với một ô nhớ trong bộ nhớ RAM đệm.ở đây chúng ta thiết kế màn hình gồm 8 hàng và 16 cột.=> Cần 3 tín hiệu giải mã hàng và 4 tín hiệu giải mã cột.Tổng cộng có tât cả 7 bít địa chỉ để xác định vị trí 1 ký tự trên màn hình .Vậy ta cần chọn RAM có dung lượng tối thiểu là 27 byte =128 byte. Mỗi ký tự trên màn hình được hiển thị bởi một đèn LED 5x7 bản chất của nó là các diode phát quang được kết nối với nhau theo từng hàng và từng cột (xem phụ lục ) .Tương tự như vậy , các ma trận đèn lại được tổ chức thành từng hàng và cột trên màn hình hiển thị. Mỗi ma trận đèn hiển thị một ký tự trong bảng mã ASCCI . Các mẫu ký tự này thường được tạo sẵn và lưu trữ cố định trong một vi mạch nhớ ROM ( ROM Word Generater –Xem phụ lục II) Mỗi ký tự tương ứng với 1 từ mã để mã hoá. Số lượng từ mã này phụ thuộc vào sự đa dạng của các ký tự ta cần hiển thị theo quy tắc sau q ³ log2 n q : số từ mã ( số bít tối thiểu cần mã hoá ) n : số lượng ký tự khác nhau cần hiển thị Trong bài thiết kế mã hoá 64 ký tự => cần tối thiểu 6 bít mã hoá (D0 –D5). Mỗi ô nhớ trong ROM gồm 7 bít được đưa vào tương ứng với 7 hàng của ma trận LED 5x7 .Bít =1 hiển thị đèn sáng và ngược lại ,bít =0 đèn tắt . Mỗi ký tự được lưu giữ 5 vị trí cố định liền kề nhau trong ROM được lần lượt đọc ra tương ứng với số lần đếm của bộ đếm 6.Như vậy ta cần chọn ROM tối thiểu có 9 bít địa chỉ tương đương với dung lượng 29 =512 kbyte bao gồm 6 bít mã hoá (D0 –D5) nhận từ RAM và 3 bít của bộ đếm 6 (D6 –D8) . Toàn bộ hệ thống được chia làm 2 khối lớn là khối điều khiển và Khối quét và giải mã như hình vẽ Khối điều khiển bao gồm nguồn phát cung cấp điện áp 1 chiều 5v và 12v cho toàn bộ hệ thống,Khối kết nối máy tính kết nối qua cổng song song,Một ROM phát ký tự , RAM đệm dữ liệu, các thanh ghi chốt và đệm dữ liệu để phối hợp ghi đọc,bộ đếm 5 đếm cột ký tự và bộ đếm 16x8 đếm hàng và cột của màn hình, Bộ phát xung CLOCK , Khối RESET khởi tạo lại hệ thống về trạng thái ban đầu ( các bộ đếm ở trạng thái 0 ) Khối quét và giả mã gồm các bộ giải mã 4/16 giải mã cột và bộ giải mã 3/8 giải mã hàng ,Bộ quét ký tự là các bộ giải mã 3/5 và bộ đệm dứ liệu dùng phối hợp giải mã để chọn hàng đưa dữ liều vào II. Sơ đồ nguyên lý và chức năng của các khối 1. Khối điều khiển a, kết nối máy tính Việc điều khiển ghi, đọc dữ liệu được thực hiện bởi máy tính ghép nối qua cổng song song 25 chân( Cổng máy in – Xem phụ luc II ) .Cổng song song máy tính có 9 đầu ra và 1 đầu vào 6 đầu ra từ chân 2- chân7 là Bus dồn kênh AD0 ->AD5 ,chân 8 là A6 , tín hiệu điều khiển tách kênh đọc ghi STROBE ở chân 1 , và 1 cho phép ghi AF ở chân 14 , chân 13 và 17 kết nối với nguồn để khởi động hệ thống 1 đầu vào BUSY ở chân 11 dùng làm chế độ bắt tay để phối hợp ghi , đọc.Ta có bảng sau: Chân1 (AF ) Ra Tách kênh Chân 2-Chân 7 ( AD0- AD5 ) Ra Hợp kênh địa dhỉ và dữ liệu Chân 8 (A6 ) Ra Địa chỉ Chân 10 ( BUSY ) – EW Vào Cho phép ghi Chân 13 Vào Bật nguồn Chân 14 (AF) –AW Ra Đồng ý ghi Chân 17 (SCLTIN) Ra Cấp nguồn Tín hiệu tách kênh hoạt động như sau : Khi nhận được tín hiệu EW (enable write ) của hệ thống ở mức cao cho phép ghi nếu máy tính đồng ý sẽ đưa ra tín hiệu AW (acept write ) và qua trình truyền dữ liệu bắt đầu Chân 13 và 14 được phối hợp để khởi động hệ thống .Khi bật công tăc POWER tín hiệu được đưa vào chân 13 ,lúc này chân 17 vẫn ở mức cao => đèn T tắt ,Vcc=0 .Hệ thống chưa được cấp nguồn. Nếu máy tính cho phép khởi động ( ấn F1 ) sẽ đưa ra chân 17 ở mức thấp ,T thông ,Vcc = Vn khởi động hệ thống. Đệm dữ liệu (74LS245) và chốt địa chỉ ( 74LS373 ) dùng để tách kênh địa chỉ và dữ liệu b, Khối nguồn tạo điện áp 1 chiều 12V và 5V cung cấp cho toàn bộ hệ thống ,được kết nối với chân 13 và 17 của cổng song song để thực hiện khởi động hệ thống .Mạch dễ dàng thực hiện bằng một biến thế hạ áp 2 mức điện áp (để tạo 2 mức điện áp 1 chiều là 5v và 12v ) rồi đưa đến bộ chỉnh lưu cầu thông dụng sau cùng đi qua mạch ổn áp tạo điện áp ổn định Vn =5v c,Khối RESET nối với các đầu xoá của các bộ đếm có nhiêm vụ xoá tất cả các trạng thái về trạng thái ban đầu là 0 Khi ấn RESET =>Uc từ giá trị Vcc chuyển về mức 0 đưa vào G1 và G2 của đệm 74244 (IC31) ,Tín hiệu xoá từ mức trở kháng cao chuyển lên 1 xoá trạng thái các bộ đếm về trạng thái ban đầu là 0 c,Khối CLOCK phát xung CLOCK đưa vào bộ đếm 6 THực hiện bởi IC định thời 555 Vấn đề quan trọng ở đây là ta phải chọn R và C bằng bao nhiêu để tần số làm việc cần thiết để tốc độ quét đủ nhanh sao cho mắt người không cảm nhận được sự nhấp nháy của đèn trong mỗi chu kỳ quét . Chúng ta biết rằng với tốc độ hiển thị 50 lần /s thì mắt người không cảm nhận được đèn nhấp nháy trong bài thiết kế này mỗi chu kỳ quét 16 cột và 8 hàng, mỗi ký tự cần 5 xung đếm CLK => một chu kỳ quét là T = 16x8x5 Tc =640 Tc F =fc/650 F= 50 Hz fc = 50 x 650 = 32500 Hz fc = 1/(2RC) Chọn R = 10 W , C= 1m => fc= 50000 Hz =50kHz Tc = 20 ms 2. Khối quét và giải mã hàng và cột Bộ đếm 5 (IC38) được thiết kế dựa trên IC7493 là bộ đếm nhị phân cấu tạo bởi 4 Flip –Flop (đếm 16 ) được lấy trạng thái xoá ) 5 (001B ) .Bộ đếm này phối hợp với 6 bit từ mã lấy từ RAM thực hiện đọc 5 vị trí liên tiếp trong bộ nhớ phát từ ROM đồng thời đưa tín hiệu cho bộ giải mã quét ký tự IC9- IC24 (74LS138) mỗi IC này đảm nhiệm một cột trên màn hình ,5 đầu ra của ná sẽ quáet tương ứng với 5 cột của 1 ký tự Bộ đếm 16x8 ( IC 29 ) thiết kế dựa trên IC 7469 là 2 bộ đếm nhị phân 4 Flip –Flop không cần trạng thái xoá , lấy tín hiệu Q1D đưa vào làm xung clock của bộ đếm 2 tạo bộ đếm 16x8 .Bộ đếm này phối hợp với các bộ giải mã hàng và cột có 7bít đầu ra đưa ra3 tín hiêu ở 3 bít cao để chọn hàng ( 8 hàng tương ứng với chọn 1 trong 8 IC1- IC8 74244 đệm dữ liệu) ,Và 4 tín hiệu ở 4 bít thấp để chọn cột (16 cột tương ứng với16 IC giải mã quét ký tự IC9-IC24 74138) nó sẽ được kích đếm khi bộ đếm 5 quét song 1 ký tự (xung kích thứ 5 ỏ trạng thái 000B CLOCK Chương II: Nguyên lý hoạt động Sau khi bật công tắc POWER ,ấn F1 (đọc phần lập trình ) mạch bắt đầu hoạt động bộ đếm 5 Qúa trình ghi dữ liệu vào RAM Do quá trình đọc ROM yêu cầu phải liên tục để màn hình lúc nà cũng bảo đảm tốc độ quét và quét liên tục .Chính vì thế yêu cầu thiết kế phaỉ phối hợp ghi đọc sao cho khi dữ liệu được ghi vào RAM thì ROM vẫn nhận được tín hiệu và tiếp tục đọc. Nhận xét là khi một từ mã đưa từ RAM vào để đọc ROM ,lúc này quá trình đọc song hết 1 ký tự trong ROM cần thiết đủ 5 chu kỳ xung nhịp của xung CLOCK để quét đủ 5 cột trong một ma trận LED 5x7. Như vậy RAM chỉ cần kích hoạt ở chu kỳ xung nhịp đầu tiên để đưa ra từ mã , Từ mã này được chốt lại bởi IC74373 sau đó 4 chu kỳ xung nhịp còn lại RAM sẽ “rỗi” như vậy công việc ghi dữ liệu cho RAM ở thời gian này là rất hợp lý .Vậy từ trạng thái thứ hai (001) đến trạng thái thứ 5 (100 )của bộ đếm 5 ta sẽ đưa một tín hiệu thông báo cho máy tính biết RAM đang rỗi và sẵn sàng ghi .Đó là tín hiệu EW (enable write ) được tổ hợp bằng một cổng OR 3 đầu vào QA,QB,QC của bộ đếm 5 .Tín hiệu này đưa vào chân G của RAM (chân cho phép đọc RAM ở mức thấp) để chỉ cho phép đọc RAM ở trạng thái đầu ,lúc này đệm 2 chiều IC74245 (IC34 đi theo chiều thuận (tín hiệu EW qua cổng NOT đua vào chân DIR ) <trong khi đó tín hiệu này được đưa về máy tính qua chân10 của cổng máy in (BUSY) để thông báo ch máy tính biết RAM sẵn sàng ghi .Đồng thời tín hiệu này sẽ chốt lại nội dung của tử mã vừa được RAM gửi đến ROM thông qua một IC chốt (IC36 –74373 ) ,trên sơ đồ khối là bộ chốt ghi để nội dung từ mã vẫn thường trực để đọc ROM. Mặt khác tín hiệu EW cũng đưa về 2 chân 1G,2G của đềmhgi 74244 ( IC28) để mở đường cho luồng địa cdỉ của từ mã đi vào ROM . Khi máy tính đồng ý ghi ,sẽ đưa ra tín hiệu AW (acept write ) dưa vào chân W của RAM đồng ý ghi,lúc này dữ liệu mới đưa qua cổng để tiến hành ghi . 2. Quá trình đọc dữ liệu và hiển thị lên màn hình Khi bật nguồn mạch đã sẵn sàng hoạt động đợi tín hiệu lệnh từ máy tính . Sau khi dữ liệu nhập từ bàn phím được ghi vào RAM đệm qua cổng song song ở chân 2-9 .Đây chính là mã của các ký tự do người thiết kế xác lập. Các bộ đếm bắt đầu hoạt động từ trạng thái 0 khi nhận được tín hiệu cho phép đọc ở chân số 1 cổng song song ( ấn F1). Lúc này bộ đếm 16x8 ở trạng thái ban đầu là 0 sẽ xác lập trên 2 bộ giải mã hàng và cột là (0,0) hay (000B,0000B) ,đồng thời đưa đến bus địa chỉ để đọc RAM ở vị trí 0000000B . Tín hiệu cho phép đọc cũng mở đường dữ liệu cho bộ đệm 2 chiều đưa dữ liệu chứa mã nhị phân của ký tự cần hiển thị đến chân địa chỉ của ROM ..3 đầu ra của bộ đếm 6 này được đưa cùng lúc đến ROM và bộ giải mã quét ký tự (giải mã 5 đầu ra bằng 1 IC 74LS138 ). Khi đếm xung đầu tiên nó gửi 3 bít 001 vào 3 đầu địa chỉ (D6 –D8) của ROM để đọc vị trí thứ nhất thì đồng thời nó cũng chọn cột thứ nhất của ma trận đèn , đọc vị trí thứ 2 sẽ chọn hàng thứ 2... cứ như vậy sau 5 xung đếm thì nó hiển thị được 1 ký tự . Để hiểu rõ thêm ,hãy xem chi tiết minh hoạ quá trình hiển thị chữ A dưới đây Giả sử từ mã để mã hoá ký tự A là 000000 ta có bảng sau: Xung đếm Địa chỉ gửi đến ROM Dữ liệu được lưu giữ trong ROM Từ mã Đầu rađếm D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 H0 H1 H2 H3 H4 H5 H6 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 Sơ đồ mạch như sau: Sau khi quét hết 5 hàng của ma trận đèn LED bộ đếm 6 trở về trạng thái 000 lúc này nó mới kích vào CLK của Bộ đếm 16x8 để thông báo là đã quét song 1 ký tự thì bộ đếm này mới chuyển sang trạng thái tiếp theo ( từ 0 -> 1 hay từ 0000000B->000001B).Có nghĩa là nó đưa ra tín hiệu chọn hàng là 000 ở hàng 0 và tín hiệu chọn cột là 0001 ở cột thứ 2,Đồng thời đưa đến RAM địa chỉ kế tiếp là 0000001 để đọc ký tự tiếp theo .Cứ như vậy khi bộ đếm 16x8 đếm đến vị trí cuối cùng là hàng 8 cột 16 thì cũng là lúc đọc đến vị trí thứ 16x8 =128 của RAM đệm .lúc này nó mới hoàn thành song một chu kỳ đọc và tiếp tục chu kỳ thứ 2 ở hàng 1 cột 1 của màn hình => 1 chu kỳ đọc mất 128x5=640 Tc ( Tc = chu kỳ xung CLOCK)