mô hình đèn giao thông dùng vi đièu khiển AT89C51

LỜI MỞ ĐẦUNgày nay cùng với sự phát triển đi lên của xã hội, các phương tiện tham giagiao thông cũng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp,đặt ra nhiều vấn đê

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN LỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CN ĐIỆN TỬ – TỰ ĐỘNG HÓA

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển đi lên của xã hội, các phương tiện tham giagiao thông cũng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp,đặt ra nhiều vấn đề cho các ngành chức năng như vấn đề ùn tắc giao thông tại các ngã

tư, người tham gia giao thông không tuân thủ đúng các tín hiệu đèn tại các trạm giaothông…chính vì thế dẫn đến nhiều sự cố không thể tránh khỏi và đáng tiếc xảy ra chogia đình, cũng như cho xã hội Vì vậy để đảm bảo giao thông được an toàn và thôngsuốt thì việc sử dụng các hệ thống tín hiệu để điều khiển và phân luồng tại các nútgiao thông là rất cần thiết

Nhận thấy đây là vấn đề rất sát thực, cần các giải pháp để giải quyết một phầnnào đó về các nhu cầu thực tế trên Với những kiến thức đã được trang bị trong quá

trình học tập và nghiên cứu tại trường Cao đẳng Điện Lực Tp.Hồ Chí Minh, em đã lựa chọn thực hiện đề tài: “Mô hình đèn giao thông dùng vi điều khiển AT89C51”.

nó có thể có những tính năng được cài đặt sẵn để giải quyết những sự cố kịp thời,tránh thời giờ lãng phí trong khi giao thông bị ùng tắt tại các ngã tư

“ ĐÈN GIAO THÔNG” là thiết bị chuyên dùng trong các trạm giao thông, vàđiều đó đồng nghĩa với việc muốn hệ thống giao thông ổn định, mạch đèn phải hoạtđộng ổn định Em đã khảo sát và tìm hiểu về vấn đề “Hệ thống đèn giao thông” này

và có thể ứng dụng vào thực tiễn

Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn tậntình của các giáo viên trong khoa CN Điện tử - Tự động hóa, đặc biệt đó là sự chỉ bảocủa thầy ThS.Phạm Khắc Vũ Huy Em xin trân thành cảm ơn sự chỉ bảo của các thầycô!

Tuy nhiên, do trình độ chuyên môn còn hạn chế nên đồ án của em không thểtránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp và bổ sung ý kiến củathầy cô để đồ án của em đươc hoàn thiện hơn!

Em xin chân thành cảm ơn!

Ngày 20 tháng 5 năm 2014 Sinh viên thưc hiện:

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài: Mô hình đèn giao thông sử dụng vi điều khiển AT89C51

Nhận xét của GVHD: Th.S PHẠM KHẮC VŨ HUY

Điểm đánh giá : Xếp loại:

TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 05 năm 2014

Giáo viên hướng dẫn

Th.S Phạm Khắc Vũ Huy

Nhận xét của GV phản biện:

Điểm đánh giá : Xếp loại:

TP.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 05 năm 2014

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

Lời mở đầu 2

Nhận xét đồ án môn học 3

Chương I: Lý thuyết cơ bản 6

I Vi điều khiển AT89C51 6

1 Một số nét đặc trưng 6

2 Chức năng 7

II Thạch anh 8

III Transistor A1015 8

IV LM7805 8

V LED 7 đoạn 8

VI LED đơn 9

VII Tụ điện 9

VIII Điện trở 9

Chương II: Thiết kế 11

I Sơ đồ khối 11

II Sơ đồ nguyên lý 11

III Phân tích hoạt động các khối………12

1 Khối cấp nguồn………12

2 Khối điều khiển………12

3 Khối hiển thị………14

IV Giải thuật và chương trình……… 15

1 Đặt vấn đề………15

2 Đèn thời gian………15

3 Lưu đồ giải thuật……….15

4 Giản đồ thời gian……… 17

5 Chương trình điều khiển……….17

Chương III: Thi công 26

I Thi công bằng phần mềm……… 26

II Thực hiện mô hình……….26

Chương IV: Kết luận 27

I Mục tiêu……….…27

II Kết quả……… …27

1 Ưu điểm………27

2 Nhược điểm……… 27

III Hướng phát triển………27

IV Kết luận……… 28

Chương I: LÝ THUYẾT CƠ BẢN

Các linh kiện sử dụng trong mạch:

- Bộ nhớ chương trình bên trong: 4KB (ROM)

- Bộ nhớ dữ liệu bên trong: 128 KB (RAM)

- Port xuất nhập (I/O port) : 32

- Hai bộ định thời 16 bit

C 7

2 7 p

1 2

- VCC: nguồn cấp (chân số 40)

- GND: Nối đất (chân số 20 )

- Port 0 (P0.0 – P0.7) có số chân từ 32- 39

- Port 1 (P1.0 – P1.7) có số chân từ 1 – 8

- Port 2 (P2.0 – P2.7) có số chân từ 21 -28

- Port 3 (P3.0 - P3.7) có số chân từ 10 – 17

Chức năng của một số chân:

a RST: Reset - thiết lập lại (chân 9)

Trong khi bộ dao động đang hoạt động, mức cao trên chân này

trong 2 chu kì máy sẽ Reset AT89C51

Ở đây ta thực hiện Reset bằng cách nối chân 9 của 89C51 với

nguồn 5V

b XTAL: (Crysral)

Chân XTAL 1 (chân 18): Ngõ vào mạch khuếch đại đảo

của mạch dao động và ngõ vào mạch tạo xung Clock bên

trong chip

Chân XTAL 2 (chân 19): Ngõ ra mạch khuếch đại đảo

của mạch dao động

Để tạo dao động cho vi điều khiển AT89C51 hoạt động,

ta chọn mạch dao động như hình vẽ với các giá trị của

linh kiện: C7= C8=33pF Crysral 12MHz

c PSEN (Program Store Enable): Cho phép đọc bộ nhớ chương trình, chân số 29

Trong bài này ta nối PSEN với VCC vì CPU chỉ sử dụng bộ nhớ Rom nội

d ALE(Address Latch Enable)/PROG: Chân số 30.

Là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ, cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong

thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài Chân này cũng được dùng làm ngõ vào xung lập

trình (PROG) trong thời gian lập trình cho Flash

Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng 1/6 tần số

của mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên

ngoài và tạo xung Clock

e EA/VPP (External Access): Truy xuất ngoài , chân số 31

EA phải đươc nối với GND cho phép xuất mã từ vị trí bộ nhớ chương trình ngoài bắt

đầu tại 0000H đến FFFFH

Chú ý: Cho dù thế nào, nếu khoá bit 1 được lập trình, EA sẽ được chốt bên trong lúc

EA nối VCC để thực hiện chương trình bên trong.

Chân này nhận điện áp cho phép lập trình là 12V (VPP) trong khi lập trình Flash

II Thạch anh:

khiển, vi xử lý, trong máy vi tính với những trị số khác nhau: 11.0592MHz, 14.38 MHz,

…

11.0592MHz để tạo dao động và được nối với chân 18-19 của AT89C51

III Transistor A1015:

tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận,

nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược

ngược chiều nhau

điện tử, vì vậy Transistor có thể xem là một linh kiện quan trọng

nhất trong các thiết bị điện tử, các loại IC thực chất là các mạch tích hợp nhiều

Transistor trong một linh kiện duy nhất

thái của mạch Digital, sử dụng làm các công tắc điện tử, làm các bộ tạo dao động v v

IV LM7805:

điện áp ra dao động từ 4,7V đến 5,2V

Hình 10: ký hiệu transistor

V LED 7 đoạn:

hiện thị thông báo, hiện thị số, kí tự đơn giản

gồm 8 chân tương ứng với các LED đơn a, b, c, d,

e, f, g, dp Hai chân 3 và 8 nối chung với điện áp

ở mức cao (K chung) hoặc mức thấp (A chung)

các thanh nét để có thể biểu diễn các chữ số hoặc

các kí tự đơn giản như từ số 0 đến 9 và A đến F

chẳng hạn Các LED đơn đó được ghép và được

đặt tên bằng các chữ cái a, b, c, d, e, f, g và có

một dấu chấm dot (dp) được cấu tạo bởi 1 LED

đơn Qua đó người ta chỉ cần 8 bit tương ứng với 8 LED đơn để điều khiển

mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối với nguồn 5V có thểhạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển

thường cho Led là 2V, 8mA

VI LED đơn (Light Emitting Diode):

giống như diode, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bándẫn loại N

của các nguyên tử chất bán dẫn LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốtthông thường, trong khoảng 1,5V đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thìkhông cao Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

Hình 7: Cấu tạo led 7 đoạn

Hình 8: Led đơn

VII Tụ điện:

môi là những lớp nhôm ôxit rất mỏng được tạo nên bằng phương pháp điện phân Điện dung của tụ hóa khá lớn từ 1uF dến 10000uF

1000uF50v; 2200uF25v

gốm, thường có dạng tròn dẹt, bề mặt được tráng bạc để làm bản tụ Trong mạch em dung nhưng tụ như: 104pF; 33pF

VIII Điện trở:

khác tùy thuộc vào vị trí của điện trở trong mạch điện

Điện trở than là hổn hợp của bột than và các chất khác, tùy tỉ lệ pha trộn mà điện trở có trị số lớn hay nhỏ Bên ngoài điện trở được bọc lớp cách điện

biệt, nếu không có vòng số 4 ( loại điện trở có 3 vòng màu) thì sai số là -20% đến +20%.Hiện nay, người ta có thể chế tạo các loại điện trở than có 5 vòng màu là loại điện trở có tính chính xác cao Lúc đó, vòng số 1,2,3 là vòng số; vòng số 4 là bội số; vòng số 5 là sai số

Hình 9: tụ điện

Chương II: THIẾT KẾ

- Khối hiển thị: Nhiệm vụ hiển thị thông qua led 7 đoạn và led đơn

- Khối bàn phím: Đặt thời gian sáng của các đèn, reset và bắt đầu cho hệ thốnghoạt động

II Sơ đồ nguyên lý:

Khối Nguồn

Khối hiển thị

Khối

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý

III Phân tích họat đông các khối

1 Khối cấp nguồn:

a Sơ đồ nguyên lý:

b linh kiện trong mạch:

c chức năng và nguyên ly hoạt động:

- Chức năng của khối cấp nguồn là nắng điện áp 9VAC thành 5VDC, 1A chomạch điều khiển và hiển thị

- Ta cấp nguồn 9vac cho cầu diode khi đó diode làm nhiệm vụ chỉnh lưu toàn kỳnắn điện AC thành 9VDC cấp nguồn cho 7805, đồng lúc này led báo nguồnsáng lên Trong mạch nguồn còn được gắn thêm 2 tụ điện 2200uF và 1000uF đểlọc nhiễu tần số cao và chống phóng điện ngược gây chết 7805

- Điện áp ra từ chân số 3 của 7805 là 4.8V-5.2V, dòng cho phép qua là 1A

2 Khối điều khiển (vi điều khiển AT89C51):

Các linh kiện trong khối điều khiển:

- AT89C51: có vai trò là bộ xử lý trung tâm điều khiển thông qua các port IO

- Các tụ điện: dùng để lọc và chống nhiễu ( lọc nguồn, reset và mạch tạo daođộng)

- Các điện trở hạn dòng cho các linh kiện trong mạch

- Transistor để điều khiển đóng ngắt các led 7 đoạn

- Là nơi lưu trữ chương trình điều khiển của toàn bộ hệ thống

- Điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch, có vai trò rất quang trọng như một CPUcủa máy tính, có các ngõ giao tiếp với khối hiển thị ( các port I/O)

- Hoạt động của khối điều khiển: thực thi theo chương trình đã được lập trình

- Điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch, có vai trò rất quang trọng như một CPU củamáy tính, có các ngõ giao tiếp với khối hiển thị (các port I/O).

- Là nơi lưu trữ chương trình điều khiển của toàn bộ hệ thống

- Hoạt động của khối điều khiển: thực thi theo chương trình đã được lập trình cùng vơicác tín hiệu được đưa vào P.3 thông qua khối nút nhấn

- Khối điều khiển trung tâm gồm các khối nhỏ: Khối vi điều khiển, khối tạo xung giaođộng, khối reset, khối nút nhấn

a Khối vi điều khiển

- AT89C51: có vai trò là bộ xử lý trung tâm điều khiển thông qua các port IO

- Các Port 0 (chân 33 đến 39) được nối với điện trở hạn dòng cho LED 7 đoạn để hiển thị

- Các Port 1 (chân 1 đến 8) được nối với Transistor để thực hiện quét LED khi tín hiệu được xuất ra ngoài, có sử dụng điện trở để hạn dòng

- Các Port 2 (chân 21 đến 28) được nối đến các LED đơn báo hiệu

- Các Port 3 (chân 10 đến 17) được nối với các nút nhấn để nhận tín hiệu điều khiển từ khối nút nhấn

- Chân 20 nối GND và chân 40 nối VCC

b Khối tạo xung:

Đây là bộ dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần

số 12MHz cho vi điều khiển hoạt động Hai đầu này được nối vào

2 chân XTAL1 (19) và XTAL2 (18) của vi điều khiển

c Khối reset:

Khối RESET có tác dụng đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu

Khi nút Reset được ấn điện áp +5V từ nguồn được nối vào chân

Reset của vi điều khiển (chân 9) được chạy thẳng xuống đất, lúc này

điện áp tại chân vi điều khiển thay đổi đột ngột về 0, vi điều khiển

nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu

3 Khối hiển thị :

Chức năng

điều khiển tắt mở riêng từng LED đơn trong đó để tạo ra các số Các IC viđiều khiển sinh dòng kém nên em ghép nối trực tiếp các led với các chân ICthì loại Anode chung là thích hợp

Hình 13: khối hiển thị

IV Giải thuật và chương trình

1 Đặt vấn đề:

- Thiết nghĩ tại 1 ngã tư không có đèn giao thông sẽ như thế nào? Khi đó việc lưu thông sẽ trở nên khó khăn trong lưu thông, dễ gây ùn tắt…Để cho việc lưu thông trở nên dễ dàng hơn ta cần có đèn giao thông Đèn giao thông sẽ giúp cho việc điều tiết

xe lưu thông qua ngã tư thuận tiện hơn, tránh gây ra việc ùn tắt tại giao lộ

- Làm thế nào để hiển thị các đèn đỏ-xanh-vàng?

- Làm thế nào để hiển thị giá trị trên led 7 đoạn ? Và đếm ngược giá trị như thế nào?

- Dạng dữ liệu xuất ra port điều khiển hiển thị trên led 7 đoạn dạng BCD hay 7 đoạn?

2 Đèn thời gian:

Cho các đèn sáng như sau:

Đỏ 2= 45S, Vàng 2= 5S, Xanh 2= 40S, Đỏ 1= 45S, Vàng 1= 5S, Xanh 1= 40S

Thời gian Đỏ 2 sáng = thời gian Xanh 1sáng + thời gian Vàng 1 sáng=45s

Thời gian Đỏ 1 sáng = thời gian Xanh 2 sáng + thời gian Vàng 2 sáng=45s

Chuyển trực tiếp giá trị BCD ra led 7 đoạn không cần vi mạch giải mã

Mỗi số hiển thị trên led 7 đoạn trong 1s

3 Lưu đồ giải thuật:

Begin

Chạy theo thời gian mặc định

Chương trình chính

Thiết lập thời gian

Kiểm tra nút

ấn

kt=0

Kt=1

Hiển thị

Chế độ đêm

Sáng V1, tắt V2

Sáng V2, tắt V1Đếm 1s

Đếm 1s

Begin

ĐK = 0Chế độ ngày

SS

4 Giản đồ thời gian:

5 Chương trình điều khiển:

Vùng nhớ để hiển thị cho 8 led 7đoạn

CHƯƠNG III: THI CÔNG MÔ HÌNH

I Thi công vẽ mạch bằng phần mềm orcad:

Chuẩn bị máy tính cài chương trình orcad 9.2

Các bước thực hành:

Bước 1: vẽ sơ đồ nguyên lý

Bước 2: kiểm tra lỗi, tạo netlist

Bước 3: mở layout sắp xếp linh kiện/ tạo chân, lớp hợp lý

Bươc 4: cho chương trình chạy và đi lai những dây chưa được

Sơ đồ mạch in:

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN

I Mục tiêu:

- Nêu lên khái quát về các kiến thức vi xử lí liên quan đến đề tài cũng như chức năng của từng linh liện trong đề tài

- Củng cố và vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế

- Tìm hiểu và ứng dụng kiến thức chuyên môn về lĩnh vực ứng dụng thực tiễn

- Nghiên cứu vi điều khiển AT89C51

- Thiết kế và thi công mô hình hệ thống đèn giao thông

II Kết quả:

Đề tài “Mô hình đèn giao thông dùng vi điều khiển AT89C51” là một mô hình

được thiết kế nhỏ, gọn hiển thị bằng led đơn, hiển thị thời gian trên led 7 đoạn Đây chỉ là mô hình nhỏ nên còn nhiều hạn chế so với điều khiển đèn giao thông trong thực tế về mặt công suất, cũng như tính chính xác, ổn định về thời gian

1 Ưu điểm:

- Thực hiện được mô hình

- Vận dụng kiến thức đã học

- Mach chạy ổn định

- Mô hình nhỏ gọn

them đèn báo dành cho người đi bộ

hướng đi cho mỗi làn đường như rẽ trái, đi thẳng,…

tốc trung bình của xe mà ta có thể tạo được thời gian trễ để khi đi từ ngã tư này đến ngã tư kia ta không phải dừng xe lại Như thế có thể tránh được sự ách tắc giao thông

và sự lộn xộn không nên có tại các ngã tư

giao thông và tốc độ của các phương tiện giao thông, camera để quan sát tình trạng giao thông rồi qua đó sẽ có sự điều khiển giao thông thích hợp

• Tất cả các chốt giao thông được kết nối về một trạm trung tâm thông qua mạng Internet, WiFi hoặc Wimax Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu và điều khiển trung tâm

từ máy tính để có thể kết nối các điểm giao thông với nhau để cập nhật dữ liệu đưa ra các quyết định xử lý từ trung tâm

điểm, thấp điểm, bình thường và các chiến lược cho hệ thống

chốt giao thông

IV Kết luận:

Mạch đèn giao thông được thiết kế hoạt động để điều khiển giao thông trên đườngphố đặc biệt có ý nghĩa rất quan trọng tại các tuyến đường có ngã tư.Việc đặt một cột đèn giao thông tại các ngã tư sẽ góp phần rất lớn vào việc giảm thiểu nạn kẹt xe và đảm bảo được trật tự giao thông trên đường phố

Trong điều kiện cho phép em chỉ có thể thực hiện mô hình ở mức độ đơn giản nhất, mới giải quyết được hệ thống giao thông tại ngã tư theo hai hướng Mặc dù chưađược nhiều chức năng như mong muốn nhưng vấn đề cơ bản của hệ thống đã được đưa ra thì từ đó ta có thể phát triển thêm các ý tướng mới khác

Trong quá trình làm có thể con có nhiều sai sót, hạn chế Rất mong được sự quan tâm hướng dẫn của chủ nhiệm bộ môn Thầy Phạm Khắc Vũ Huy để em ngày càng cũng cố kiến thức nhiều hơn

Em cảm ơn thầy đã hướng dẫn và giúp đỡ em thực hiện tốt đồ án thiết kế này!