Đồ án Thiết kế, chế tạo bộ hiển thị font chữ cái trên một ma trận led đa sắc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Khoá học : 2008 – 2011 Ngành học : Kỹ thuật điện tử Lớp : ĐTK38 TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ HIỂN THỊ FONT CHỮ CÁI TRÊN MỘT MA TRẬN LED ĐA SẮC I.Dữ liệu cho trước: Nguồn cung cấp 220V/50Hz. Datasheet một số ma trận Led đa sắc chuyên dụng, các bộ font chữ tham khảo Hiển thị bộ font gồm 26 chữ cái không dấu (A - Z) và 10 chữ số (0 – 9). Hiển thị lần lượt từng chữ, tuần tự theo 3 màu xanh, đỏ, vàng trên một ma trận Led. Các tài liệu, xưởng thực hành, vật dụng hỗ trợ liên quan. II.Nội dung cần hoàn thành: Bản báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần, từng tháng. Thuyết minh đề tài (Phân tích yêu cầu, trình bày các giải pháp thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thiết kế và thi công mạch, hướng phát triển và phạm vi ứng dụng của đề tài). Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ module, đầy đủ và chính xác. Sản phẩm phải hoạt động tốt, đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật, đáp ứng đúng các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn. Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy định. Nhóm sinh viên thực hiện : Giáo viên hướng dẫn : Phạm Tiến Dũng Đào Văn Đã Tạ Minh Cương Ngày giao đề tài : 26/09/2010 Nguyễn Thị Trang Ngày hoàn thành : …../…../2010 Lời nói đầu Ngày nay, trước sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ thì việc ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ vào cuộc sống của con người ngày càng phổ biến. Theo một cuốn sách trắng được công ty Sun Microsystems công bố và đưa ra dự đoán một gia đình có mức sống trung bình ở cuối thập niên này sẽ chứa khoảng 50 đến 100 vi điều khiển thực hiện các công việc như : điều khiển điện thoại số, điều khiển hệ thống máy điều hoà không khí, điều khiển hệ thống lò vi sóng, điều khiển từ xa cho máy thu hình, hệ thống bảo vệ cho gia đình, thiết bị hỗ trợ cá nhân PAD... Một con số khổng lồ các vi điều khiển và vi xử lý được sử dụng trong các đồ điện tử gia dụng. Bên cạnh các ứng dụng trong gia đình, một lĩnh vực khác cũng đang kích động sự tăng trưởng của vi điều khiển là trong thương mại điện tử và trong công nghệ sản xuất. Vi xử lý ngày càng chiếm ưu thế hơn so với các bộ điều khiển khác. Tính ưu việt của nó được thể hiện : Dễ dàng sử dụng trong các thiết bị điện tử hoặc hệ thống điện tử số. Chi phí nâng cấp thấp và cần rất ít linh kiện cho việc bảo hành bảo dưỡng . Mang lại hiệu quả kinh tế cao. Vi điều khiển mang lại nhiều lợi nhuận lại có thêm sức cạnh tranh lớn do chất lượng cao nên ngày càng được sử dụng rộng dãi, càng tăng thêm tính hấp dẫn về phía người dùng đồng thời cũng mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà sản xuất. Đó là động lực để vi điều khiển tăng trưởng cả về số lượng và chất lượng. Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn vi điều khiển nói riêng và ngành điện tử nói chung. Chúng em trong quá trình học tập và tìm hiểu và được sự dạy bảo của các thầy cô giáo, đồng thời được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy Đào Văn Đã chúng em đã nhận thiết kế và thi công: “ Mạch quang báo - Điều khiển ma trận Led”. Làm đề tài cho đồ án của mình. Với sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm, chúng em đã hoàn thành đề tài được giao. Nhưng sự phát triển của khoa học là vô cùng, vì vậy chúng em rất mong được sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn sinh viên nhằm phất triển và làm cho chương trình ngày càng hoàn thiện. Hưng Yên , ngày 01 tháng 11 năm 2010. Nhóm sinh viên thực hiện: Phạm Tiến Dũng Tạ Minh Cương Nguyễn Thị Trang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Hưng yên, ngày … tháng … năm 2010 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỂN Phần I : MỞ ĐẦU Nhiệm vụ của đề tài 1.1.1 Dữ liệu cho trước: Nguồn cung cấp 220V/50Hz. Datasheet một số ma trận Led đa sắc chuyên dụng, các bộ font chữ tham khảo Hiển thị bộ font gồm 26 chữ cái không dấu (A - Z) và 10 chữ số (0 – 9). Hiển thị lần lượt từng chữ, tuần tự theo 3 màu xanh, đỏ, vàng trên một ma trận Led. Các tài liệu, xưởng thực hành, vật dụng hỗ trợ liên quan. 1.1.2 Nội dung cần hoàn thành: Bản báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần, từng tháng. Thuyết minh đề tài (Phân tích yêu cầu, trình bày các giải pháp thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thiết kế và thi công mạch, hướng phát triển và phạm vi ứng dụng của đề tài). Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ module, đầy đủ và chính xác. Sản phẩm phải hoạt động tốt, đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật, đáp ứng đúng các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn. Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy định. Phương án thực hiện Từ nhiệm vụ của đề tài ta sẽ thiết kế mạch gồm 1 ma trận led 8x8 sử dụng chíp 89c51 để viết chương trình điều khiển. Vì số bằng số cột và dùng linh kiện có sẵn (IC74245), lên phương pháp điều khiển là xuất dữ liệu ra hàng và quột cột, sử dụng đệm 74245 để quét cột và hàng. Với nội dung hiển thị chữ chạy bảng chữ cái và các số: “ A B C D E F G H I K N M L K O P Q R S T U V W X Y Z : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 “. Phần II LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 2.1 Vi điều khiển 89C51 2.1.1.Giới thiệu về họ vi điều khiển AT89C51 AT89C51 là phiên bản có Rom nằm trên Chip là bộ nhớ Flash. Phiên bản này rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ Flash có thể xóa được dữ liệu chỉ trong vài giây (chứ không phải 20 giây như 8751). Dĩ nhiên là để dung AT89C51 cần có một bộ đốt ROM hỗ trợ bộ nhớ Flash, xong lại không cần bộ xóa, bộ nhớ Flash được xóa bằng bộ đốt PROM. Để tiện sử dụng, hiện nay hang Atmel đang nghiên cứu một phiên bản mới của AT89C51 có thể lập trình qua cổng COM của máy tính và như vậy sẽ không cần bộ đốt PROM 2.1.2.Giới thiệu về cấu trúc phần cứng họ MCS-51 Đặc điểm và chức năng hoạt động của họ IC MCS-51 hoàn toàn tương tự nhau. Ở đây giới thiệu IC AT89C51 là một IC điều khiển do hang intel của Mỹ sản xuất, chúng có những đặc điểm như sau: 4KB EFROM bên trong 128 byte RAM nội 4 Port xuất nhập I/O 8 bit Giao tiếp nối tiếp 64 KB cùng nhớ mã ngoài 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài Xử lý bit (hoạt động trên Bit đơn) 210 vị trí có thể định vị Bit 4 us cho hoạt động nhân, hoạt động chia 2.1.3.Khối điều khiển trung tâm ( CPU ) : Sơ đồ khối của một hệ vi xử lý: Định nghĩa hệ vi xử lý: Khả năng được lập trình để thao tác trên các dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con người. Khả năng lưu trữ và phục hồi dữ liệu. Tổng quát hệ vi xử lý gồm: Hình 2.1: Sơ đồ khối vi xử lý Phần cứng (hardware): các thiết bị ngoại vi để giao tiếp với con người. Phần mềm (software):chương trình để xử lý dữ liệu. - CPU (Central Processing Unit): đơn vị xử lý trung tâm. - RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên. - Rom (Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc. - Interface Circuitry: mạch điện giao tiếp. - Peripheral Devices (Input): các thiết bị ngoại vi (thiết bị nhập) - Peripheral Devices (Output): các thiết bị ngoại vi (thiết bị xuất). - Addressbus: bus địa chỉ. - Data bus: bus dữ liệu. - Control bus: bus điều khiển. 2.1.4 Đơn vị xử lý trung tâm: - CPU đóng vai trò chủ đạo trong hệ vi xử lý, nó quảnlý tất cả các hoạt động của hệ và thựchiện tất cả các thao tác trên dữ liệu. - CPU là một vi mạch điện tử có độ tích hợp ca. Khi hoạt động CPU đọc mã lệnh được ghi dưới dạng cácbit 0 và bit 1 từ bộ nhớ, sau đó nó sẽ thực hiện giải mã các lệnh này thành các dãy xung điều khiển tương ứng với các thao táctrong lệnhđể điều khiển cáckhối khác thực hiện từng bước các thao tác đóvà từ đó tạo ra các xung điều khiển cho toàn hệ. - IR/IP (Instruction Register/Intruction Pointer): thanh ghi lệnh/con trỏ lệnh. - PC (Program Counter): bộ đếm chươngtrình. - Instruction decode and control unit: đơn vị giải mã lệnh và điều khiển. - ALU (arithmetic and Logic Unit): đơn vị số học và logic. - Registers: Các thanh ghi. - Khi hoạt động CPU sẽ thực hiện liên tục 2 thao tác: tìm nạp lệnh và giãi mã thực hiện lệnh. Thao tác tìm nạp lệnh: Nội dung của thanh ghi PC đượcCPU đưa lên bus địa chỉ. Tín hiệu điều khiển đọc (Read) chuyển sang trạng thái tích cực. Mã lệnh (Opcode) từ bộ nhớ được đưa lên bus dữ liệu. Nội dung của thanh ghi PC tăng lên một đơn vị để chuẩn bị tìm nạp lệnh kế tiếp từ bộ nhớ. Thao tác giải mã - thực hiện lệnh: - Mã lệnh từ thanh ghi IR được đưa vào đơn vị giải mã lệnh và điều khiển. - Đơn vị giải mã lệnh và điều khiển sẽ thực hiện giải mã opcode và tạo ra các tín hiệu để điều khhiển việc xuất nhập dữ liệu giữ ALU và cácthanh ghi. - Căn cứ trên các tín hiệu điều khiển này, ALU thực hịên các thao tác đã được xác định. - Một chuỗi các lệnh (Opcode) kết hợp lại với nhau để thực hiện một công việc có nghĩa được gọi là chương trình (Program) hay phần mềm. Bộ nhớ bán dẫn là một khác rất quan trọng của hệ vi xử lý, các chương trình và dữ liệu đều được lưu giữ trong bộ nhớ. Bộ nhớ bán dẫn trong hệ vi xử lý gồm: - ROM: bộ nhớ chương trình _ lưu giữ chương trình điều khiển hoạt động của toàn hệ thống. - RAM: bộ nhớ dữ liệu _ lưu giữ dữ liệu, một phần chương trình điều khiển hệ thống, các ứng dụng và kết quả tính toán. - Sơ lược về cấu trúc và phân loại ROM – RAM: - ROM (Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc - RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (bộ nhớ ghi đọc) 2.1.5 Các chân của chip 89C51: a) Sơ đồ khối và chức năng các khối của chip 89C51: - CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm tính toán và điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống. - OSC (Oscillator): Mạch dao động _ tạo tín hiệu xung clock cung cấp cho các khối trong chip hoạt động. - Interrupt control: Điều khiển ngắt _ nhận tín hiệu ngắt từ bean ngoài (INT0\, INT1\), từ bộ định thời (TIMER0, TIMER1) và từ cổng nối tiếp (SERIAL PORT), lần lượt đưa các tín hiệu ngắt này đến CPU để xử lý. - Other registers: Các thanh ghi khác _ lưu trữ dữ liệu của các port xuất/nhập, trạng thái làm việc của các khối trong chip trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống. - RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ dữ liệu trong chip lưu trữ các dữ liệu. - ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chương trình trong chip lưu trữ chương trình hoạt động của chip. - I/O ports (In/Out ports): Các port xuất/nhập _ điều khiển việc xuất nhập dữ liệu dưới dạng song song giữa trong và ngoài chip thông qua các port P0, P1, P2, P3. - Serial port: Port nối tiếp _ điều khiển việc xuất nhập dữ liệu dưới dạng nối tiếp giữa trong và ngoài chip thông qua các chân TxD, RxD. - Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, 1 _ dùng để định thời gian hoặc đếm sự kiện (đếm xung) thông qua các chân T0, T1. - Bus control: Điều khiển bus _ điều khiển hoạt động của hệ thống bus và việc di chuyển thông tin trên hệ thống bus. - Bus system: Hệ thống bus _ liên kết các khối trong chip lại với nhau. b) Chức năng các chân của chip 89C51 Chip 89C51 :gồm 40 chân 2 chân nguồn cấp điện (VCC, VSS) 32 chân xuất/nhập 6 chân chức năng (EA, ALE, PSEN, XTAL1, XTAL2, RST) Port xuất/nhập 8 bit (P0.0 – P0.7) Port xuất/nhập 8 bit (P1.0 – P1.7) Port xuất/nhập 8 bit (P2.0 – P2.7) Port xuất/nhập 8 bit (P3.0 – P3.7) 2.1.6 Sơ đồ chân của chip 89C51 Hình 2.2: Sơ đồ chân vi xử lý Port 0: - Port 0 (P0.0 – P0.7) có số chân từ 32 – 39. - Port 0 có hai chức năng: • Port xuất nhập dữ liệu (P0.0 - P0.7) không sử dụng bộ nhớ ngoài. • Bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 – AD7) có sử dụng bộ nhớ ngoài. + Lưu ý: Khi Port 0 đóng vai trò là port xuất nhập dữ liệu thì phải sử dụng các điện trở kéo lên bên ngoài. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 0 đóng vai trò là ngõ vào của dữ liệu (D0 -> D7) Port 1: - Port 1 (P1.0 – P1.7) có số chân từ 1 – 8. - Port 1 có một chức năng: • Port xuất nhập dữ liệu (P1.0 – P1.7) _ sử dụng hoặc không sử dụng bộ nhớ ngoài. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 1 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte thấp (A0 – A7) Port 2: - Port 2 (P2.0 – P2.7) có số chân từ 21 – 28. - Port 2 có hai chức năng: • Port xuất nhập dữ liệu (P2.0 – P2.7) _ không sử dụng bộ nhớ ngoài. • Bus địa chỉ byte cao (A8 – A15) _ có sử dụng bộ nhớ ngoài. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 2 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte cao (A8 – A11) và các tín hiệu điều khiển Port 3: - Port 3 (P3.0 – P3.7) có số chân từ 10 – 17. - Port 0 có hai chức năng: • Port xuất nhập dữ liệu (P3.0 – P3.7) _ không sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt. • Các tín hiệu điều khiển _ có sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 3 đóng vai trò là ngõ vào của các tín hiệu điều khiển Chức năng của các chân Port3: Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp P3.2 INT0\ B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1\ B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời đếm 0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời đếm 1 P3.6 WR\ B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu Ram ngoài P3.7 RD\ B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu Ram ngoài Chân PSEN\: - PSEN (Program Store Enable): cho phép bộ nhớ chương trình, chân số 29. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép truy xuất (đọc) bộ nhớ chương trình (ROM) ngoài. • Là tín hiệu xuất, tích cực mức thấp. PSEN\ = 0 _ trong thời gian CPU tìm-nạp lệnh từ ROM ngoài. PSEN\ = 1 _ CPU sử dụng ROM trong (không sử dụng ROM ngoài). - Khi sử dụng bộ nhớ chương trình bên ngoài, chân PSEN\ thường được nối với chân OE\ của ROM ngoài để cho phép CPU đọc mã lệnh từ ROM ngoài. Chân ALE: - ALE (Address Latch Enable): cho phép chốt địa chỉ, chân số 30. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để thực hiện việc giải đa hợp cho bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 – AD7). • Là tín hiệu xuất, tích cực mức cao. ALE = 0 _ trong thời gian bus AD0 – AD7 đóng vai trò là bus D0 – D7. ALE = 1 _ trong thời gian bus AD0 – AD7 đóng vai trò là bus A0 – A7. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân ALE đóng vai trò là ngõ vào của xung lập trình (PGM\) Khi lệnh lấy dữ liệu từ RAM ngoài (MOVX) được thực hiện thì 1 xung ALE bị bỏ qua Chân EA\: - EA (External Access): truy xuất ngoài, chân số 31. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép truy xuất (sử dụng) bộ nhớ chương trình (ROM) ngoài. • Là tín hiệu nhập, tích cực mức thấp. EA\ = 0 _ Chip 89C51 sử dụng chương trình của ROM ngoài. EA\ = 1 _ Chip 89C51 sử dụng chương trình của ROM trong. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân EA đóng vai trò là ngõ vào của điện áp lập trình (Vpp = 12V/89xx, 21V/80xx,87xx) + Lưu ý: Chân EA\ luôn luôn phải được nối lên Vcc (sử dụng chương trình của ROM trong) hoặc xuống Vss (sử dụng chương trình của ROM ngoài). Chân XTAL1, XTAL2: - XTAL (Crystal): tinh thể thạch anh, chân số 18-19. - Chức năng: • Dùng để nối với thạch anh hoặc mạch dao động tạo xung clock bên ngoài, cung cấp tín hiệu xung clock cho chip hoạt động. • XTAL1 _ ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip. • XTAL2 _ ngõ ra mạch tạo xung clock trong chip. Chân RST: - RST (Reset): thiết lập lại, chân số 9. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép thiết lặp (đặt) lại trạng thái ban đầu cho hệ thống. • Là tín hiệu nhập, tích cực mức cao. RST = 0 _ Chip 89C51 hoạt động bình thường. RST = 1 _ Chip 89C51 được thiết lặp lại trạng thái ban đầu. Chân Vcc, GND: - Vcc, GND: nguồn cấp điện, chân số 40-20. - Chức năng: • Cung cấp nguồn điện cho chip 89V51 hoạt động. • Vcc = +5V ± 10%. • GND = 0V. Tổ chức bộ nhớ - Bộ vi xử lý có không gian bộ nhớ chung cho dữ liệu vàchương trình - Chương trình và dữ liệu nằm chung trên RAM. - Bộ vi điều khiển có không gian bộ nhớ riêng cho dữ liệu vàchương trình. - Chương trình và dữ liệu nằm riêng trên ROM và RAM. Tổ chức bộ nhớ của chip 89C51: Hình 2.3: Không gian bộ nhớ của chip 89C51 2.2 IC nguồn 7805 Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối chân của IC 7805: Nguyên lý hoạt động: Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch này dùng để cấp nguồn những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi. Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1,5 đến 2V. Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn. (có thể bỏ hai tụ điện nếu mạch điện không đòi hỏi). Một số điểm lưu ý khi sử dụng IC LM7805: Dòng cực đại có thể duy trì 1A. Dòng đỉnh 2,2A. Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W. Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W Ta nên hạn chế áp lối vào 7805 để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt. Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4,8 – 5,2 V 2.3. IC 74245 - Dòng đánh thủng: I QL = 24mA - Nguồn dòng: IQH =15mA - Khái quát chung: - Sơ đồ kết nối: Bảng trạng thái: Sơ đồ tín hiệu đầu vào và đầu ra : Đương lượng của mỗi đầu vào: Dải làm việc tuệt đối : Tất cả những đầu ra tiêu biểu: Sơ đồ logic: Có tới 7 kênh riêng biệt Nguồn áp: 7V Điện áp vào DIR hoặc G: 7V A hoặc B :5V Kết nối ( sử dụng) trong điều kiện thường thì dải nhiệt độ làm việc trong khoảng 00C đến +700C Dải nhiệt độ chịu đựng -650C đến +1500C Điều kiện hoạt động : Đặc tính điện: Đặc tính chuyển mạch ( VCC =5V và Ta=250C): 2.4 Led matrix 8x8 đa sắc 2.4.1 Điốt phát quang – Led ( Light – emiting diode) Đại cương về lớp chuyển tiếp p-n Led là linh kiện phổ thông của quang điện tử. Led cho lợi điểm như tần số hoạt động cao, thể tích nhỏ, công suất tổn hao lớn, không rút điện mạnh khi bắt đầu hoạt đông (như bóng đèn rút điện đến 10 lần). Led không cần kính lọc mà vẫn cho ra màu sắc. Sự phát minh ra ánh sáng của Led trên nguyên tắc hoàn toàn khác với bóng đèn điện, ở đấy vật chất bị đun nóng và phô ton được phóng thích. Những điều kiện trên tiên quyết để ngày hôm nay người ta có thể sản xuất khoảng 30x109 Led mỗi năm là kết quả của việc nghiên cứu cơ bản vật lý bán dẫn, nhất là sau khi transistor được phát minh. Điốt phát quang có cấu trúc với lớp chuyển tiếp p-n và cũng có đặc chưng kỹ thuật như điốt thông thường về chiếu dẫn diện cung như chiều không dẫn điện. Tuy nhiên Led có mức ngưỡng điện áp chiều dẫn điện cao ( từ 1,6V 3V) và có điện áp nghịch tương đối thấp ( khoảng 3V 5V) Vx Vbreakdown Vg Ví dụ với cơ chế tái hợp trực tiếp giữa vùng bán dẫn và vùng hoá trị của GaAS ta có: Với h= hằng số planck= 4,16.10-15 eVs eV = ( electron Vonlt) c = vận tốc ánh sáng = 3.108 m/s W = 1,38 eV GaAs Sau đây là thông số của một số vật liệu tao nên led Vật liệu Năng lượng (EV) Độ dài sóng bức xạ (nm) Vùng bức xạ Loại tái hợp Germanium Silizium Galium-Arsenid Galium-Arsenid-Phosphid Galium-Phosphid Silizium-Nitrit Gallium-Nitrit 0,66 1,09 1,43 1,91 2,24 2,5 3,1 - - 910 650 560 490 400 - - Hồng ngoại Đỏ Xanh lá cây Xanh da trời Tớm Gián tiếp Gián tiếp Trực tiếp Trực tiếp Gián tiếp Gián tiếp Gián tiếp Một số điốt phát quang. Đại cương Hầu hết những nguyên tố dùng để chế tạo điốt phát sáng đều là ở nhóm III và V trong hệ thống tuần hoàn mêdenleep. Đó là GaAs, GaP và hỗn hợp “temarrius” với nguyên tố GaAsP. Loại led phát sáng dùng để làm linh kiện quang báo , chiếu sáng... Trong khi đó loại điốt phát ra tia hồng ngaọi dùng để truyền tín hiệu trong các bộ ghép quang (op_couler), Đọc tín hiệu, bộ phận truyền tin quang học với tần số biến điệu tới MHz. Điốt GaAs: Tuỳ theo sự pha tạp mà bức xạ do sự tái hợp trong GaAs có cực đại giữa 880 và 940 nm trong hồng ngoại gần, mắt không thể nhìn thấy được. Gallium-Arsemid là một vật liệu lý tưởng cho điện phát quang, sự tái hợp giữa vùng dẫn và vùng bão hoà là trực tiếp. Điốt GaAsP: với sự tái kết hợp giữa năng lượng lớn hơn 1,7 eV cho ta ánh sáng nhìn thấy được . Điốt ánh sáng đỏ và vàng được chế tạo , hàm lượng của phosphor trong tinh thể lên đến 85% so với điốt phát ra ánh sáng màu vàng. Led xanh da trời , xanh lá cây và các loại Led cực sáng . Led với vật liệu silic và pôlime Từ đầu năm 1993, hãng Hewleett Packrd đã bán trên thị trường thế giới loại Led màu vàng cực sáng . Vói dòng điện 20 mA, các loai Led với mã số HLMT – CLXXoCHX/DLXX/DHXX có cường độ chiếu sáng từ 1,5 đến 6,5 cd