(Tiểu luận) báo cáo thực hành cơ sở đề tài mô hình đèn giao thôngcó hiển thị thời gian đếm lùi bằng led 7 đoạn

Nhưng với nội dung được học trong môn kỹ thuật vi xử lý, và những ưu điểm của STM32 như giá thành hợp lý, phù hợp với sinh viên trong ngành kỹ thuật điện - điện tử, dễ dàng sửa chữa và l

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI :

Mô hình đèn giao thông

có hiển thị thời gian đếm lùi bằng LED 7 đoạn

GIẢNG VIÊN : NGUYỄN ĐỨC VIỆT

THÀNH VIÊN NHÓM : ĐINH THẾ VINH ( nhóm trưởng)

ĐÀO TRỌNG KHÁNH XUÂN TIẾN VINH NGUYỄN THÁI SƠN NHÓM LỚP: NHÓM 4

KHÓA: 2020 - 2025

HỆ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5

PHẦN 1: Nguyên Tắc Hoạt Động Của Đèn Giao Thông 6

1.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông 6

1.1 Cấu Tạo 6

1.2 Nguyên Tắc Hoạt Động 6

1.3 Giản đồ thời gian cho từng đèn 7

PHẦN 2: Đưa Ra Ý Tưởng Và Thực Hiện Mô Phỏng Trên Phần Mềm Proteus 8

2.1 Ý Tưởng 8

2.2 Linh Kiện Cần Dùng 8

2.2.1: Vi điều khiển STM32F103C8T6 8

2.2.2 LED 12

2.2.3 Các loại tụ sử dụng trong mạch 16

2.2.4 : IC ỔN ÁP L7805CV 21

- Thông Số Kỹ Thuật 22

2.2.5 DIOT 1N4007 22

- Cấu tạo diode 1n4007 23

2.2.6 : LM317 25

2.2.7 : Tản nhiệt nhôm TO-220 21x15x10mm trắng có kim hàn mạch 28

2.3 Mô Phỏng 29

2.3.1 Khối Nguồn 30

2.3.2 Khối LED 31

2.3.3 Khối Vi Điều Khiển 32

2.3.4 Code 33

PHẦN 3: Thiết Kế Phần Cứng và Hoàn Thành Sản Phẩm 40

3.1 Lắp mạch theo sơ đồ mô phỏng 40

3.2 Những khó khăn gặp phải khi thực hiện: 42

3.3 Hướng mở rộng đề tài 42

Tài liệu tham khảo : 43

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN MÔN HỌC

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

PHẦN CHO ĐIỂM CỦA GIẢNG VIÊN MÔN HỌC Điểm: (bằng chữ: ……….)

Hà Nội, ngày 02 tháng 05 năm 2023

Giảng viên môn học

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là tốc độ ra tăng không ngừng về các loại phương tiện giao thông Sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rất thường xuyên Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông thông suốt và việc thiết

kế đèn giao thông ở những ngã tư những nơi giao nhau của các làn đường là một giải pháp

Để thiết kế mô hình đèn giao thông có thời gian đếm lùi bằng led 7 đoạn có thể sử dụng nhiều những thiết bị vi xử lý hay những ngôn ngữ khác nhau Nhưng với nội dung được học trong môn kỹ thuật vi xử lý, và những ưu điểm của STM32 như giá thành hợp lý, phù hợp với sinh viên trong ngành kỹ thuật điện - điện tử, dễ dàng sửa chữa và lập trình chương trình điều khiển, chất lượng làm việc ổn định, linh hoạt, … nhóm chúng em đã chọn vi xử lý STM32F103C8T6 và sử dụng ngôn ngữ C để viết chương trình điều khiển đèn giao thông

Xuất phát từ nhu cầu thực tế và những mong muốn tìm hiểu về lĩnh vực này nên nhóm em chọn đề tài số 1 : “ Mô hình đèn giao thông có hiển thị thời gian đếm lùi bằng LED 7 đoạn “ để làm bài tập lớn cho nhóm 3

Báo cáo về đề tài gồm 3 phần chính:

PHẦN 1: Nguyên Tắc Hoạt Động Của Mô Hình Đèn Giao Thông.

Trong chương này chủ yếu trình bày về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của mô hình đèn giao thông

PHẦN 2: Đưa Ra Ý Tưởng Và Thực Hiện Mô Phỏng Trên Phần Mềm Proteus.

Chương 2 chủ yếu nói về ý tưởng của nhóm về đề tài, chạy mô phỏng mạch trên phần mềm và lựa chọn linh kiện cho mạch một cách phù hợp

PHẦN 3: Thiết Kế Phần Cứng và Hoàn Thành Sản Phẩm.

Phần này là các bước thi công mạch, lắp ráp linh kiện và thử nghiệm sản phẩm

PHẦN 1: Nguyên Tắc Hoạt Động Của Đèn Giao Thông.

1.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông.

Mô hình đèn giao thông ở ngã tư

1.1 Cấu Tạo

Hệ thống đèn giao thông hay đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn chính được lắp đặt 2 đầu của 2 làn đường khác nhau ở ngã tư Mỗi một cột đèn gồm 6 đèn gồm 3 đèn chính gồm: đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng; 2 đèn phụ là 2 đèn dùng để điều khiển làn đường cho người đi bộ: đèn xanh người đi bộ đi và đèn đỏ người đi bộ dừng Và 1 đèn báo hiệu được rẽ phải khi đang đèn đỏ

Mỗi hệ thống đèn đều có một hộp điều khiển từ đó sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đèn Tín hiệu điều khiển của đèn từ CPU thông qua các cổng ra rồi đến các rơ le, rồi qua các hệ thống dây nối đến các đèn

Thực tập

cơ sở 100% (3)

23

De giua ki 1 toan 10 nam 2022 2023…

Thực tập

cơ sở 100% (1)

12

Bài thực hành 3 - Lê Văn Kiên -…

1.2 Nguyên Tắc Hoạt Động.

Cơ chế hoạt động của đèn giao thông thật ra rất đơn giản: Khi đèn của làn đường

1(đx1) được bật sáng thì cùng lúc đó đèn đỏ của làn đường 2 (đđ2), đèn đỏ cho người

đi bộ ở làn đường 1(đđn1), đèn xanh người đi bộ làn đường 2 (đxn 2) cũng được bật sáng.Sau một khoảng thời gian nhất định đx1 tắt,đèn vàng 1(đv1) được bật lên

Khi đv1 tắt thì đđ2, đđn 1,đxn 2 mới tắt cùng lúc đó đèn xanh 2(đx2), đèn đỏ

1(đđ1),đèn đỏ cho người đi bộ 2(đđn 2), đèn xanh cho người đi bộ 1(đxn1) được bật sáng

Lúc đèn vàng 2(đv2) được bật lên cũng là lúc đx2 tắt ,đv2 tắt chu kì được lập lại với đđ2,đx1…

1.3 Giản đồ thời gian cho từng đèn

Với một chu kỳ đèn bất kỳ ta có giản đồ thời gian hoạt động của từng đèn như sau:

Thực tập

cơ sở 100% (1)

B18DCQT017 cáo-thực-tập-tốt-…

Báo-Thực tập

cơ sở 100% (1)

46

PHẦN 2: Đưa Ra Ý Tưởng Và Thực Hiện Mô Phỏng Trên Phần Mềm Proteus 2.1 Ý Tưởng

Thiết kế mô hình sử dụng vi xử lý STM32F103C8T6 để điều khiển LED 7 thanh đếm lùi thời gian bật tắt đèn giao thông ở ngã tư

2.2 Linh Kiện Cần Dùng

2.2.1: Vi điều khiển STM32F103C8T6

a, Giới thiệu sơ lược

- STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụngnhư F0,F1,F2,F3,F4… Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3 STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz Giá thành cũng khá

rẻ so với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự Mạch nạp cũng như công

cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng

- Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và thuốc, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC,biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ…

- Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C… Ở đây mình sử dụng Keil C nên các bài viết sau mình chỉ đề cập đến Keil C

- Thư viện lập trình: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như:

STM32snippets, STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, Mbed core Mỗi thư viện đều có ưu và khuyết điểm riêng, ở đây mìnhxin phép sử dụng Standard Peripheral Libraries vì nó ra đời khá lâu và khá thông dụng, hỗ trợ nhiều ngoại vi và cũng dễ hiểu rõ bản chất của lập trình

- Mạch nạp: có khá nhiều loại mạch nạp như : ULINK, J-LINK , CMSIS-DAP, STLINK… ở đây nhóm sử dụng Stlink vì giá thành khá rả và debug lỗi cũng tốt

***hình ảnh mạch nạp:

b,Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6:

● ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz

○ Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz

○ Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC

● Trong trường hợp điện áp thấp:

○ Có các mode :ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ

○ Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi mất nguồn cấp chính

● 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ

○ Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V

○ Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh

○ Có cảm biến nhiệt độ nội

● DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu của CPU

○ 7 kênh DMA

○ Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART

● 7 timer

○ 3 timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM

○ 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input, dead-time

○ 2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi

○ 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàmDelay….

● Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:

○ 2 bộ I2C(SMBus/PMBus)

○ 3 bộ USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control)

○ 2 SPIs (18 Mbit/s)

○ 1 bộ CAN interface (2.0B Active)

○ USB 2.0 full-speed interface

● Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID

Với các đoạn LED trong màn hình đều được nối với các chân kết nối để đưa ra ngoài Các chân này được gán các ký tự từ a đến g, chúng đại diện cho từng LED riêng lẻ Các chân được kết nối với nhau để có thể tạo thành một chân chung

Chân Pin chung hiển thị thường được sử dụng để có thể xác định loại màn hình LED 7 thanh đó là loại nào Có 2 loại LED 7 thanh được sử dụng đó là Cathode chung (CC)

và Anode chung (CA)

■ Cathode chung (CC): Trong màn hình Cathode chung thì tất cả các cực Cathode

cả các đèn LED được nối chung với nhau với mức logic “0” hoặc nối Mass (Ground) Các chân còn lại là chân Anode sẽ được nối với tín hiệu logic mức cao (HIGHT) hay mức logic 1 thông qua 1 điện trở giới hạn dòng điện để có thể đưa điện áp vào phân cực ở Anode từ a đến G để có thể hiển thị tùy ý

■ Anode chung (CA): Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kết nối Anot của LED 7 thanh sẽ được nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn LED riêng lẻ sẽ sáng bằng cách áp dụng cho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mứcthấp “LOW” thông qua một điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với cáccực Cathode với các đoạn LED cụ thể từ a đến g

Và trong đề tài nhóm sử dụng LED 7 thanh Anode chung LED 7 thanh Cathode chungthông thường các mạch đều nối cực dương chung và ngược lại vì thế nếu nối với

dương nguồn của mạch thì LED 7 đoạn Cathode chung sẽ không thể phát sáng

b, Nguyên lý hoạt động:

Nguyên tắc chung: muốn LED nào sáng thì LED đó phải được phân cực thuận Do đó muốn tạo ra chữ số nào ta chỉ cần cho LED ở các vị trí tương ứng sáng lên Bảng mô tảcách tạo ra các chữ số để hiển thị trên LED 7 đoạn

+ Dương chung:

+ Âm chung:

LED, viết tắt của Light-Emitting-Diode có nghĩa là “điốt phát sáng”, là một nguồn sáng phát sáng khi có dòng điện tác động lên nó Được biết tới từ những năm đầu của thế kỷ 20, công nghệ LED ngày càng phát triển, từ những diode phát sáng đầu tiên với ánh sáng yếu và đơn sắc đến những nguồn phát sáng đa sắc, công suất lớn hay phát ra các tia hồng ngoại hoặc tử ngoại

2.2.3 Các loại tụ sử dụng trong mạch.

a, Tụ hóa

Bao gồm các loại :

- Tụ hóa 16V 2200uF 10x20mm tần số cao

- Tụ hóa 250V 10uF 8x12mm tần số cao

- Tụ hóa 16V 100uF 5x11mm tần số cao

● Khái quát về tụ hóa:

Tụ hóa hay còn gọi là tụ điện phân (tiếng Anh là electrolytic capacitor) là một tụ điệnphân cực có anode hay bản cực dương được làm bằng kim loại tạo thành một lớp oxitcách điện Lớp oxit này hoạt động như điện môi của tụ điện Chất điện phân rắn, lỏnghoặc gel bao phủ bề mặt của lớp oxit này, đóng vai trò là (cathode) hay bản cực âm của

tụ điện Do lớp oxit điện môi rất mỏng và bề mặt anot mở rộng, các tụ hóa có điệndung và điện áp cao hơn nhiều so với tụ gốm hoặc tụ phim Có 3 nhóm tụ hóa: tụ hóanhôm, tụ hóa tantali và tụ hóa niobi

***Ký hiệu của tụ hóa

Ký hiệu có một đường cong chỉ ra rằng tụ điện được phân cực Đường cong đại diệncho cực âm của tụ điện, nên ở điện áp thấp hơn cực dương Dấu cộng cũng có thể đượcthêm vào cực dương của ký hiệu tụ hóa.

● Cấu tạo và tính chất của tụ hóa

Tụ nhôm được làm bằng hai lá nhôm và một miếng đệm giấy ngâm trong chất điện phân Một trong hai lá nhôm được phủ một lớp oxit, và lá đó hoạt động như một cực dương, trong khi lá không phủ lớp oxit đóng vai trò là cực âm Trong quá trình hoạt động, cực dương gắn điện áp dương so với cực âm, đó là lý do tại sao cực âm thường được đánh dấu bằng dấu trừ dọc theo thân của tụ điện Cực dương, giấy ngâm chất điện phân và cực âm được xếp chồng lên nhau Tất cả được cho vào một lớp vỏ hình trụ và nối với mạch điện bằng chân Có hai hình dạng phổ biến là: tụ dạng trục và dạngxuyên tâm Tụ hình trục có một chốt trên mỗi đầu hình trụ, trong khi ở dạng xuyên tâm, cả hai chân đều nằm trên cùng một đầu của hình trụ

Tụ hóa có điện dung lớn hơn hầu hết các loại tụ điện khác, thường là 1µF đến 47mF.Ngoài ra còn có một loại tụ điện đặc biệt, được gọi là tụ điện hai lớp hoặc siêu tụ điện,

có điện dung có thể đạt tới hàng ngàn farad Điện dung của tụ nhôm được quyết địnhbởi một số yếu tố, chẳng hạn như độ dày của chất điện phân Điều này có nghĩa là tụ

có kích thước lớn thì điện dung lớn

Đáng nói hơn, các tụ hóa sử dụng công nghệ cũ sẽ có thời hạn sử dụng ngắn, thườngchỉ là một vài tháng Nếu không sử dụng, lớp oxit sẽ bị hỏng và phải làm lại Để làmlại lớp oxit, có thể nối tụ điện với một nguồn điện áp thông qua một điện trở và từ từtăng điện áp cho đến khi lớp oxit được xây dựng lại hoàn toàn Tụ hóa hiện đại có thờihạn sử dụng từ 2 năm trở lên Sau thời gian đó phải làm lại bằng cách trên để tiếp tục

sử dụng

● Ứng dụng của tụ hóa

Có một số ứng dụng không quan tâm nhiều đến dung sai và phân cực xoay chiều,nhưng yêu cầu giá trị điện dung lớn Vì thế tụ hóa thường được sử dụng như thiết bịlọc trong các nguồn cung cấp năng lượng để giảm nhiễu điện áp (voltage ripple) Khiđược sử dụng trong việc chuyển đổi nguồn điện, tụ hóa thường là thành phần quan

trọng đối với tuổi thọ của nguồn điện, vì vậy người ta thường sử dụng các tụ điện chấtlượng cao.

Tụ hóa cũng có thể được sử dụng trong việc làm mịn tín hiệu đầu vào và đầu ra, sửdụng như một bộ lọc thông thấp nếu tín hiệu là tín hiệu một chiều Tuy nhiên, tụ hóakhông hoạt động tốt với các biên độ lớn và tín hiệu tần số cao Trong các ứng dụngnhư vậy, các tụ điện ESR thấp phải được sử dụng để giảm tiêu hao và tránh quá nhiệt.Một ví dụ thực tế là sử dụng tụ hóa làm bộ lọc trong các bộ khuếch đại âm thanh màmục tiêu chính của nó là làm giảm tiếng ồn, vì tiếng ồn ở tần số 50Hz hoặc 60Hz gây

ra từ nguồn điện có thể nghe được nếu khuếch đại lên

● Nguyên lý hoạt động của tụ gốm :

Nguyên lý hoạt động của tụ điện gốm dựa trên nguyên lý phóng nạp Nguyên lý nàyđược giải thích rằng: Để tạo ra dòng điện tụ gốm sẽ tích trữ năng lượng điện như một

ắc quy nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường, nó lưu trữ hiệu quả các electron và sau

đó phóng ra các điện tích này rồi tạo ra dòng điện

Khác với ắc quy tự sản sinh ra các electron, tụ điện gốm không có khả năng sản sinh

mà chỉ là lưu trữ các electron

● Công dụng của tụ gốm :

Tụ gốm đem lại rất nhiều tác dụng tích cực cho ngành công nghiệp điện tử như:

Được sử dụng trong trạm phát, lò cảm ứng, nguồn cung cấp năng lượng laser cao áp,

bộ ngắt mạch điện, ứng dụng mật độ cao, bảng mạch in, trong bộ chuyển đổi DC sang

DC, bộ điều khiển động cơ BLDC PLC,

Được sử dụng trên các chổi của động cơ DC nhằm giảm nhiễu RF

Được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng cần độ ổn định cao và trong các thiết bị tiêuthụ gấp Các thiết bị này sẽ cung cấp kết quả chính xác và giá trị điện dung của tụ gốmluôn ổn định với điện áp, tần số và nhiệt độ được sử dụng

Nhờ vào tính chịu điện áp cao hơn nhiều so với các PCB mà loại này có các chânchuyên dụng được sử dụng để kết nối an toàn với nguồn điện áp cao Thông thườngchúng sẽ chịu điện áp từ 2kV đến 1000kV

Tùy theo thành phần của vật liệu gốm mà ứng dụng khác nhau Cụ thể:

Các tụ gốm loại 1 mang lại độ ổn định cao và tiêu hao thấp cho các ứng dụng mạchcộng hưởng

Các tụ gốm loại 2 cung cấp hiệu suất thể tích cao cho các ứng dụng đệm, bypass vàkhớp nối

● Ưu nhược điểm của tụ gốm:

- Ưu điểm

Tụ gốm có rất nhiều ưu điểm như:

Dung sai chính xác:Tụ gốm được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng cần độ ổn địnhcao và trong các thiết bị có tiêu thụ thấp Các thiết bị này cung cấp kết quả rất chínhxác và giá trị điện dung của tụ gốm luôn ổn định đối với điện áp, tần số và nhiệt độđược sử dụng.

Kích thước nhỏ gọn: Với các thiết bị yêu cầu về mật độ đóng gói thì tụ điện chính làlinh kiện có lợi thế lớn vì thiết kế nhỏ gọn so với các tụ điện khác Cụ thể một tụ điệngốm nhiều “0402” có kích thước vô cùng nhỏ chỉ khoảng 0,4 mm x 0,2 mm

Công suất cao và điện áp cao: Rất nhiều loại tụ gốm được sản xuất để chịu điện áp cao,các tụ điện này lớn hơn nhiều so với PCB Loại này có thể chịu được điện áp từ 2kVđến 100kV

ổn áp 5V,7808 ổn áp 8V, 7812 ổn áp 12V Và IC 7805 là một trong họ IC 78xx với điện