Báo cáo Nghiên cứu và chế tạo thiết bị hỗ trợ dạy & học thực hành sửa chữa tivi màu kiểm soát bằng máy tính (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu và chế tạo thiết bị hỗ trợ dạy & học thực hành sửa chữa tivi màu kiểm soát bằng máy tính (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP BỘ NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ DẠY & HỌC THỰC HÀNH SỬA CHỮA TIVI MÀU KIỂM SOÁT BẰNGS K C 0 0 0 2 MÁY8 1 TÍNH MÃ SỐ: B2009 - 22 - 40 S K C 0 0 3 7 0 5 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2009
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ DẠY & HỌC THỰC HÀNH SỬA CHỮA TIVI MÀU KIỂM SOÁT BẰNG MÁY TÍNH Mã số: B2009-22-40 Chủ nhiệm đề tài: GV.ThS. Nguyễn Thanh Bình Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ DẠY & HỌC THỰC HÀNH SỬA CHỮA TIVI MÀU KIỂM SOÁT BẰNG MÁY TÍNH Mã số: B2009-22-40 Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010
4. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Họ và tên Đơn vị công tác Nội dung nghiên cứu Nguyễn Thanh Bình Khoa Điện – Điện tử Thiết kế và thi công phần ĐH. Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM cứng TvPanTutor. Viết phần mềm điều khiển. Nguyễn Phương Quang TT. e-Learning Xây dựng cơ sở dữ liệu Pan. ĐH. Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Thiết kế bố cục, lập trình giao diện và đồ họa cho TvPanTutor. CÁC ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị trong và Nội dung phối hợp nghiên cứu Họ và tên ngoài nước người đại diện đơn vị Cty TNHH Sản xuất – Tư vấn thiết kế phần cứng GĐ. Nguyễn Đăng Tiến Thương mại Thiết bị TvPanTutor. Công nghiệp Đại Cát Cty TNHH Thương mại Tư vấn thiết kế phần mềm GĐ. Phạm Xuân Quốc – Kỹ thuật Thái Bình TvPanTutor. TvPanTutor i
5. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 MỤC LỤC Trang . Trang bìa . Trang bìa phụ . Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính i . Mục lục ii . Danh mục bảng vi . Danh mục hình vii . Danh mục các chữ viết tắt ix . Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Việt x . Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh xi . Tóm tắt đề tài xii Chƣơng Mở đầu 1. Tình hình nghiên cứu 2 2. Tính cấp thiết 5 3. Mục tiêu nghiên cứu 6 4. Cách tiếp cận 7 5. Phương pháp nghiên cứu 8 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9 7. Nội dung nghiên cứu 10 Chƣơng 1 Khảo sát nguyên lí hoạt động của Tivi màu 11 1.1. Tổng quan về tuyền hình màu 11 1.1.1. Sự khác biệt của truyền hình trắng đen và truyền hình màu 12 1.1.2. Ba màu sắc cơ bản trong tự nhiên 13 1.1.3. Nguyên tắc truyền hình màu 13 1.1.3.1. Phân tích ảnh thành 3 màu cơ bản 13 1.1.3.2. Biến đổi các bức ảnh đơn sắc thành tín hiệu R – G – B 13 1.1.3.3. Quá trình điều chế R – G – B thành tín hiệu video tổng hợp 13 1.1.3.4. Quá trình giải mã tín hiệu màu ở máy thu 15 1.1.3.5. Quá trình tổng hợp tín hiệu màu 16 1.1.3.6. Quá trình điều chế tín hiệu màu của đài truyền hình 16 1.1.3.7 Đặc điểm của sóng truyền hình 17 1.2. Đèn hình màu 17 1.2.1. Cấu tạo của màn hình 17 1.2.2. Ba katot KR, KG, KB 18 1.2.3. Sợi đốt Heater 18 1.2.4. Lưới G1 18 1.2.5. Lưới G2 (Lưới gia tốc) 18 1.2.6. Lưới G3 (Lưới hội tụ) 18 1.2.7. Các chi tiết bên ngoài 18 1.3. Khối nguồn 19 1.3.1. Sơ đồ khối tổng quát nguồn tivi 19 1.3.2. Sơ đồ đầu vào mạch nguồn 20 1.3.3. Khái niệm về nguồn xung 20 1.3.4. Các mạch cơ bản của nguồn xung 20 1.3.4.1. Mạch tạo dao động 20 TvPanTutor ii
6. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 1.3.4.2. Mạch hồi tiếp để giử ổn định điện áp ra 22 1.3.4.3 Các mạch bảo vệ 23 1.4. Khối quét dọc 23 1.4.1. Nhiệm vụ của khối quét dọc 23 1.4.2. Sơ đồ khối tổng quát 23 1.5. Khối quét ngang 24 1.5.1. Nhiệm vụ của khối quét ngang 24 1.5.2. Sơ đồ khối tổng quát 24 1.6. Bộ kênh và trung tần 25 1.6.1. Nguyên lí thu sóng truyền hình 25 1.6.2. Nhiệm vụ và nguyên lí hoạt động của bộ kênh 26 1.6.3. Tính chất của mạch cộng hưởng 27 1.6.4. Mạch cộng hưởng cao tần trong bộ kênh 27 1.6.5. Sơ đồ khối của bộ kênh 28 1.6.6. Mạch điều khiển bộ kênh 28 1.6.7. Mạch dừng dò kênh và nhớ kênh 29 1.6.8. Bộ kênh số 30 1.6.9. Nhiệm vụ của mạch khuếch đại trung tần 31 1.7. Chuyển mạch AV/TV 31 1.8. Mạch xử lí tín hiệu chói 32 1.8.1 Nhiệm vụ của khối xử lí tín hiệu chói 32 1.8.2. Các mạch trong khối xử lí tín hiệu chói 32 1.9. Mạch giải mã màu 33 1.9.1. Nhiệm vụ của mạch giải mã màu 33 1.9.2. Nguyên lí mạch giải mã màu NTSC 33 1.9.3. Nguyên lí mạch giải mã màu hệ PAL 34 1.10. Mạch khuếch đại công suất sắc 35 1.10.1. Nhiệm vụ của mạch khuếch đại công suất sắc 35 1.10.2. Sơ đồ mạch nguyên lí của mạch khuếch đại công suất sắc 36 1.11. Khối âm thanh 37 1.11.1. Quá trình điều chế âm thanh 37 1.11.2. Quá trình xử lí tín hiệu chói 38 1.11.3. Mạch xử lí tiếng đa hệ và tách sóng nhiều tần 38 1.12. Khối xử lí 39 1.12.1. Nhiệm vụ của khối xử lí 39 1.12.2. Mạch xử lí Analog 39 1.12.3. Mạch xử lí Digital 40 1.12.4. Nhiệm vụ của IC nhớ 41 Chƣơng 2 Xây dựng cơ sở dữ liệu Pan Tivi màu 42 2.1. Mô đun nguồn 42 2.2. Mô đun ngang – dọc 43 2.3. Mô đun Tuner – Vi xử lí 46 2.4. Mô đun âm thanh 50 Chƣơng 3 Thiết kế phần cứng 52 3.1. Phần cứng tivi 53 3.1.1. Yêu cầu và thiết kế chung 53 TvPanTutor iii
7. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 3.1.1.1. Yêu cầu 53 3.1.1.2. Thiết kế 53 3.1.1.3. Sơ đồ nguyên lí tivi màu 53 3.1.2. Mô đun nguồn 53 3.1.2.1. Yêu cầu 53 3.1.2.2. Thiết kế 53 3.1.2.3. Sơ đồ nguyên lí 53 3.1.3 Mô đun ngang – dọc 53 3.1.3.1. Yêu cầu 53 3.1.3.2. Thiết kế 53 3.1.3.3. Sơ đồ nguyên lí 53 3.1.4. Mô đun vi xử lí - tuner 53 3.1.4.1. Yêu cầu 53 3.1.4.2. Thiết kế 53 3.1.4.3. Sơ đồ nguyên lí 53 3.1.5. Mô đun âm thanh 54 3.1.5.1. Yêu cầu 54 3.1.5.2. Thiết kế 54 3.1.5.3. Sơ đồ nguyên lí 54 3.2. Phần cứng điều khiển pan 54 3.2.1. Yêu cầu 54 3.2.2. Thiết kế 54 Chƣơng 4 Thiết kế phần mềm vi điều khiển trên Card giao tiếp máy tính 57 4.1. Khảo sát một số hoạt động của họ vi điều khiển 8051 58 4.1.1. Sơ lược về hoạt động truyền dữ liệu của họ vi điều khiển 8051 58 4.1.1.1. Giới thiệu 58 4.1.1.2. Thanh ghi điều khiển truyền dữ liệu nối tiếp 58 4.1.1.3. Các kiểu truyền dữ liệu nối tiếp 59 4.1.1.4. Khởi tạo và truy xuất các thanh ghi truyền dữ liệu nối tiếp 59 4.1.1.5. Truyền dữ liệu nối tiếp trong hệ thống nhiều vi điều khiển 60 4.1.1.6. Tốc độ truyền dữ liệu nối tiếp 61 4.1.2. Sơ lược hoạt động ngắt của 8051 61 4.2. Thiết lập qui ƣớc về truyền dữ liệu 62 4.2.1. Về giao tiếp giữa Master và Slave 62 4.2.2. Qui ước về khung dữ liệu 62 4.3. Yêu cầu về phần mềm vi điều khiển 63 4.4. Thiết kế phần mềm vi điều khiển 63 4.4.1. Chương trình chính 63 4.4.2. Chương trình ngắt cổng nối tiếp 64 4.4.3. Các chương trình con tạo Pan 66 4.4.4. Các chương trình con giải Pan 67 Chƣơng 5 Thiết kế phần mềm điều khiển trên máy tính 69 5.1. Yêu cầu 70 5.2. Thiết kế 70 Chƣơng 6 Kết quả nghiên cứu, kết luận và hƣớng phát triển 74 6.1. Kết quả đạt được 75 TvPanTutor iv
8. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 6.2. Kết luận 77 6.3. Kiến nghị 77 6.4. Hướng phát triển 78 . Tài liệu tham khảo 79 . Phụ lục A: Bản vẽ kỹ thuật 80 . Phụ lục B: Mã nguồn chương trình vi điều khiển viết bằng hợp ngữ 91 . Phụ lục C: Mã nguồn chương trình điều khiển trên máy tính 94 . Phụ lục D: Hướng dẫn sử dụng phần mềm điều khiển trên máy tính 122 . Bản sao Thuyết minh đề tài đã được phê duyệt 129 TvPanTutor v
9. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1. Thanh ghi điều khiển Port nối tiếp (SCON) 59 Bảng 4.2. Các kiểu truyền dữ liệu nối tiếp 59 Bảng 4.3. Thiết lập tốc độ Baud 61 Bảng 4.4. Thanh ghi điều khiển ngắt IE 62 Bảng 5.1. Cơ sở dữ liệu Pan 73 TvPanTutor vi
10. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 DANH MỤC HÌNH Hình 0.1. Tổng quát về kỹ thuật truyền hình màu 12 Hình 0.2. Phổ tín hiệu Video tổng hợp 12 Hình 1.1. Tổng quát về kỹ thuật truyền hình màu 12 Hình 1.2. Phổ tín hiệu Video tổng hợp 12 Hình 1.3. Quá trình phân tích hình ảnh màu thành 3 hình ảnh đơn sắc trong Camera 13 Hình 1.4. Quét bức ảnh màu xanh lá, tạo ra tín hiệu G 14 Hình 1.5. Điều chế tín hiệu R - G - B thành tín hiệu Video tổng hợp 14 Hình 1.6. Giải mã và tổng hợp tín hiệu màu ở máy thu hình 15 Hình 1.7. Điều chế tín hiệu phát của đài truyền hình 16 Hình 1.8. Máy thu hình ở xa đài phát không thu được tín hiệu do chiều cong của trái đất 17 Hình 1.9. Sơ đồ đèn hình màu 17 Hình 1.10. Sơ đồ khối tổng quát khối nguồn ti vi màu 19 Hình 1.11. Sơ đồ mạch đầu vào của khối nguồn 20 Hình 1.12. Nhiễu cao tần bám theo nguồn điện được loại bỏ sau khi đi qua mạch lọc nhiễu 20 Hình 1.13. Mạch tạo dao động có nhiệm vụ tạo ra xung điện điều khiển đèn công xuất đóng mở 21 Hình 1.14. Cấu tạo của mạch dao động nghẹt trong nguồn xung 21 Hình 1.15. Mạch hồi tiếp so quang - giữ cho điện áp ra cố định trong cả hai trường hợp điện áp vào thay đổi và khi cao áp chạy 22 Hình 1.16. Mạch bảo vệ đèn công xuất nguồn khi nguồn bị chập phụ tải 23 Hình 1.17. Sơ đồ khối quét dọc Ti vi màu 24 Hình 1.18. Sơ đồ tổng quát của khối quét ngang 25 Hình 1.19. Sóng truyền hình, an ten và máy thu hình 26 Hình 1.20. Sơ đồ khối của bộ kênh 26 Hình 1.21. Mạch cộng hưởng cao tần RF trong bộ kênh 27 Hình 1.22. Sơ đồ khối trong bộ kênh 28 Hình 1.23. Mạch điều khiển kênh 29 Hình 1.24. Mạch dừng dò kênh và nhớ kênh 29 Hình 1.25. Mạch điều khiển bộ kênh Digital 30 Hình 1.26. Mạch khuếch đại trung tần 31 Hình 1.27. Sơ đồ tổng quát chuyển mạch A-V 31 Hình 1.28. Sơ đồ tổng quát mạch xử lý tín hiệu màu và chói 32 Hình 1.29. Các mạch trong khối xử lý tín hiệu chói 33 Hình 1.30. Sơ đồ tổng quát của khối giải mã màu 33 Hình 1.31. Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã NTSC 34 Hình 1.32. Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã hệ PAL 35 Hình 1.33. Mạch khuếch đại công suất sắc đồng thời là mạch ma trận 35 Hình 1.34. Mạch khuếch đại công suất sắc không có mạch ma trận 36 Hình 1.35. Mạch khuếch đại công suất sắc vừa khuếch đại các tín hiệu R-Y, G-Y, B-Y vừa trộn với tín hiệu Y 36 Hình 1.36. Mạch khuếch đại công suất sắc chỉ khuếch đại ba tín hiệu màu R,G,B đã có thành phần chói trộn sẵn 37 Hình 1.37. Quá trình điều chế tín hiệu ở đài phát 38 TvPanTutor vii
11. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 Hình 1.38. Các mạch trong khối đường tiếng 38 Hình 1.39. Mạch có khả năng tiếp nhận được 4 hệ tiếng 39 Hình 1.40. IC vi xử lý thông thường đưa ra các lệnh dạng điện áp Analog 40 Hình 1.41. Mạch vi xử lý Digital trong các Ti vi hiện nay 40 Hình 1.42. IC nhớ 40 Hình 2.1. Tivi vẫn hoạt động bình thường nhưng mất tiếng 42 Hình 2.2. Màn hình không lên khung sáng 42 Hình 2.3. Màn hình không lên khung sáng 43 Hình 2.4. Không thể tắt tivi bằng remote hoặc bàn phím được 43 Hình 2.5. Đường sáng ngang 44 Hình 2.6. Màn hình không lên khung sáng 44 Hình 2.7. Màn hình không lên khung sáng 45 Hình 2.8. Màn hình không lên khung sáng 45 Hình 2.9. Màn hình không lên khung sáng 46 Hình 2.10. Màn hình không lên khung sáng 46 Hình 2.11. Màn hình có tín hiệu nhưng rất xấu 47 Hình 2.12. Màn hình có tín hiệu nhưng rất xấu 47 Hình 2.13. Tivi không thể dò đài được 48 Hình 2.14. Màn hình có màu xanh 48 Hình 2.15. Mất màu xanh dương 49 Hình 2.16. Mất màu xanh lá 49 Hình 2.17. Mất màu đỏ 50 Hình 2.18. Mất chế độ AV 51 Hình 3.1. Mạch reset 55 Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển (có cổng COM) 55 Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển (không có cổng COM) 56 Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 56 Hình 4.1. Sơ đồ khối của truyền dữ liệu nối tiếp 58 Hình 4.2. Kết nối nhiều vi xử lý 60 Hình 4.3. Minh họa một khung dữ liệu 62 Hình 4.4. Lưu đồ chương trình chính 63 Hình 4.5. Lưu đồ chương trình ngắt Port nối tiếp 65 Hình 4.6. Lưu đồ các chương trình con tạo Pan 67 Hình 4.7. Lưu đồ các chương trình con giải Pan 67 Hình 5.1. Sơ đồ tổ chức các Form 71 Hình 6.1. Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống 75 Hình 6.2. Hình ảnh các bo mạch thực tế 76 Hình 6.3. Giao diện cửa sổ chính của phần mềm điều khiển trên máy tính 76 Hình 6.4. Giao diện cửa sổ giải Pan trên phần mềm điều khiển 77 Hình 6.5. Mô hình xưởng thực hành sửa chữa Tivi đang áp dụng 77 Hình 6.6. Mô hình xưởng thực hành sửa chữa Tivi nên áp dụng 78 TvPanTutor viii
12. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CRT Cathode Ray Tube LCD Liquid Crystal Display LED Light-Emitting Diode 3D Three Dimensions COM Communication USB Universal Serial Bus VHF Very High Frequency UHF Ultra High Frequency AFT Automatic Frequency Tune AFC Automatic Frequency Control IC Integrated Circuit SCL Serial Clock SDA Serial Data AGC Automatic Gain Control PAL Phase Alternating Line NTSC National Television System Committee ACC Auto Color Control DC Direct Current AC Alternating Current TMOD Timer Mode SCON Serial Port Control SBUF Serial Port Buffer TvPanTutor ix
13. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Đơn vị: Trƣờng ĐH. Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: “Nghiên cứu và chế tạo thiết bị hỗ trợ dạy & học thực hành sửa chữa tivi màu kiểm soát bằng máy tính” - Mã số: B2009-22-40 - Chủ nhiệm: GV.ThS Nguyễn Thanh Bình - Cơ quan chủ trì: Trường ĐH. Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: 2. Mục tiêu: Chế tạo thiết bị hỗ trợ dạy & học thực hành sửa chữa tivi màu kiểm soát bằng máy tính. 3. Tính mới và sáng tạo: Tự động kiểm soát, ghi nhận và đánh giá các thao tác của người học bằng máy tính. 4. Kết quả nghiên cứu: - Phần cứng: Mô hình dàn trải Tivi màu CRT 14” - Phần mềm: TvPanTutor chạy trên nền Windows, sử dụng cơ sở dữ liệu Access. 5. Sản phẩm: TvPanTutor 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Tiết kiệm thời gian, chi phí và nâng cao chất lượng dạy & học thực hành sửa chữa Tivi màu. - Sản phẩm có thể được bán trực tiếp. - Tính thiết thực cao vì vậy TvPanTutor sẽ là nhu cầu lớn trong tương lai gần (trong và ngoài nước). Ngày tháng năm Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) TvPanTutor x
14. Đề tài NCKH cấp Bộ Mã số: B2009-22-40 INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: “Research and Implement a device supporting to teach & learn experiment of repairing color tivi controlled by the computer” Code number: B2009-22-40 Coordinator: University of Technical Education HCMC Implementing institution: University of Technical Education HCMC Duration: from to 2. Objective(s): Implement a device supporting to teach & learn experiment of repairing color tivi controlled by the computer. 3. Creativeness and innovativeness: Monitor, log and evaluate automatically the user operations by computer. 4. Research results: - Hardware: Function Block Model of color Tivi CRT 14” - Software: TvPanTutor runs in Windows platform, using Access database. 5. Products: TvPanTutor 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: - Save time, money and enhance the quality of teaching and learning experiment of color Tivi repair. - This product can be selled directly. - Having high practicality therefore TvPanTutor will be a big demand in the near future (domestic and international). TvPanTutor xi