Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển đèn giao thông ngã tư bằng vi điều khiển AT89C52

Trong công nghệ điện tử vi xử lý, vi điều khiển là một thànhphần quan trọng không thể thiếu nó mang nhiều tính ưu việt: có thểthay thế một mạch điện phức tạp bằng một vi mạch nhỏ gọn với

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ TRONG ĐIỀU KHIỂN

Đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển đèn giao

thông ngã tư bằng vi điều khiển AT89C52

Hà nội - 2017

GVHD

Sinh viên thực hiện : Thơm 573131 Phạm Thị

Đoàn Thị Yến 573144

Nhóm

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình đèn giao thông ngã tư bằng

vi điều khiển AT89C52 Nhận xét của giảng viên:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ngày nay con người đang trải qua những sự phát triển vượt vềmọi mặt Trong đó điện tử, tự động hoá đóng một vai trò không nhỏ.Điện tử góp phần vào quá trình tự động hoá mọi thứ giúp con ngườihiện đại hoá cuộc sống.

Trong công nghệ điện tử vi xử lý, vi điều khiển là một thànhphần quan trọng không thể thiếu nó mang nhiều tính ưu việt: có thểthay thế một mạch điện phức tạp bằng một vi mạch nhỏ gọn với chiphí thấp hơn, nhưng ứng dụng lại đa dạng và linh hoạt hơn, tiếtkiệm năng lượng hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn,… Để học tập tốt vàhiểu sâu về môn học vi xử lý ngoài những kiến thức trên sách vở cần

có những ứng dụng vào thực tế

Đề tài “Nghiên cứu chế tạo mô hình điều khiển đèn giaothông ngã tư “, là một đề tài mang tính chất được thiết kế nhỏ gọn,hiển thị bằng led đơn, led 7 đoạn

2 Mục đích nghiên cứu

- Chế tạo được mô hình “Điều khiển đèn giao thông ngã tư”

- Lắp ráp và vận hành được mô hình trên

3 Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn

- Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài

- Ứng dụng về các kiến thức đã được học

4 Nội dung nghiên cứu.

Tìm hiểu tổng quan tài liệu về ‘Nghiên cứu chế tạo môhình điều khiển đèn giao thông ngã tư ‘

Tìm hiểu đối tượng nghiên cứu

Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn minh và hiện đại, các đô thị ngày một đi lên Nhu cầuđèn giao thông càng trở lên cấp thiết, nhất là trong các khu cực thành thị Do nhu cầu của đời sống con người, đặc biệt là nhu cầu đi lại, các phương tiện giao thông đã tăng một cách chóng mặt Riêng tại Việt Nam số lượng xe máy trong những năm qua tăng một cách đột biến, mật độ xe lưu thông trên đường ngày một nhiều, trong khi đường xá Việt Nam còn nhiều hạn chế nên thường gây ra các hiện tượng kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt là tai nạn giao thông ngày càng phổ biến trở thành mối hiểm họa cho nhiều người

Vì lý do đó các luật giao thông lần lượt ra đời và được đưa vào

sử dụng một cách lặng lẽ rồi dần trở lên phổ biến như hiện nay Trong đó hệ thông đèn giao thông là công cụ điều khiển giao thông công cộng thực tế và hiệu quả có vai trò rất lớn trong việc đảm bảo

an toàn và giảm thiểu tai nạn giao thông

Từ thực tế đó nhóm chúng em thực hiện đề tài “Thiết kế chếtạo mô hình đèn giao thông ngã tư bằng vi điều khiển AT89C52” nhằm giúp cho mọi người có ý thưc hơn trong việc chấp hành luật lệ giao thông

Với yêu cầu hệ thống chạy, các đèn xanh, đèn vàng, đèn đỏ

và độ sáng trong thời gian mặc định tương ứng là 60s, 5s, 65s

Chương 2: Giới thiệu về “mô hình đèn giao thông ngã

tư bằng vi điều khiển AT89C52”

2.1 Nguyên lý hoạt động.

Mạch đèn giao thông hoạt động dựa trên nội dung đã lập trìnhtrên AT89C52, khi có tác động từ các nút điều khiển trên mạch hoạt động theo đúng thời gian yêu cầu AT89C52 đưa dữ liệu đến các Led xanh, đỏ, vàng để điều khiển các Led này đóng, mở Ngoài ra nó còn xuất dữ liệu đến các BJT để điều khiển các Led 7 đoạn Led 7 đoạn còn nhận dữ liệu từ vi điêu khiển trung tâm để thực hiện việc đếm lùithời gian

Như vậy mỗi khi bắt đầu thực hiện đếm lùi, nếu trục lộ bên này là đèn xanh hay vàng thì bên kia truc lộ là đèn đỏ sáng và ngượclại

2.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển

Hình 2.1 sơ đồ khối của bộ điều khiển

2.2.1 Khối nguồn

Khối nguồn tạo ra dòng điện và điện thế ổn định cung cấp an toàn cho cả mạch

2.2.2 Khối vi điều khiển

Khối này có nhiệm vụ xử lý và điều khiển theo chương trình đã lập trình

Hình 2.2 khối vi điều khiển

2.2.3 Khối hiển thị

Hình 2.3 khối hiển thị

Nhiệm vụ hiển thị thông qua led 7 đoạn và led đơn

2.3 Các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển đèn giao thông

2.3.1 Vi điều khiển AT89C52

+ Vi điều khiển 89C52 mà chúng ta sử dụng có những đặc điểm sau:

4KB ROM bên trong

Trên sơ đồ chân trên có các nhóm chân sau:

1 Nhóm chân nguồn nuôi

+ nguồn nuôi 5V (chân số 40)

+ nối đất (chân số 20)

2 Nhóm chân điều khiển

Nhóm này còn phân biệt các tín hiệu vào, ra

a Nhóm tín hiệu vào điều khiển

+ Xtal1 (chân số 18), Xtal2 (chân số 19): nối tinh thể thạch anh cho mày phát xung nhịp chu trình

+ RST(Reset): (chân số 9): nối chuyển mạch để xóa về trạng thái ban đầu hay khởi động lại

+ /EA/CPP: (chân số 31) chọn nhớ ngoài (nối đất) hay chọn nhớ trong (nối nguồn nuôi 5V)

+ T2 hay P1.0: (chân số 1) tín hiệu vào đếm cho Timer2/

Counter2 của 8952

+ T2EX: (chân số 2) tín hiệu vào ngắt ngoài 2 cho 8950.

+ /INT0 hay P3.2: (chân số 12) tín hiệu vào gây ngắt ngoài 0 cho8051

+ /INT1 hay P3.3: (chân số 13) tín hiệu vào gây ngắt ngoài 1 cho8051

+ T0 hay P3.4: (chân số 14) tín hiệu vào đếm cho Timer0/

Counter0

+ T1 hay P3.5: (chân số 15) tín hiệu vào đếm cho Timer1/

Counter1

b Nhóm tín hiệu ra điều khiển

+ ALE//PROG: (chân số 30) dùng để đưa tín hiệu chốt dịa chỉ (ALE) khi có nhớ ngoài hay điều khiển ghi chương trình /PROG

+ /PSEN: (chân số 29) dùng để đưa tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ chương trình ROM ngoài

+ /WR hay P3.6: (chân số 16) để đưa tín hiệu ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài

+ /RD hay P3.7: (chân số 17) để đưa tín hiệu đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

c Nhóm các tín hiệu địa chỉ, dữ liệu

+ cổng vào, ra địa chỉ/ dữ liệu P0 hay P0.0-P0.7: (chân số 39-32)dùng để trao đổi tin về dữ liệu D0-D7, hoặc đưa ra các địa chỉ thấp (A0-A7) theo chế độ dồn kênh (kết hợp với tín hiệu chốt địa chỉ ALE)

+ cổng vào ra địa chỉ/ dữ liệu P2 hay P2.0-P2.7: (chân số 28) dùng để trao đổi tin song song về dữ liệu (D0-D7) hoặc đưa ra địachỉ cao (A8-A15)

21-+ cổng vào ra dữ liệu P1 hay P1.0-P1.7: (chân số 1-8) dùng để trao đổi tin song song dữ liệu (D0-D7)

+ cổng vào, ra P3 hay P3.0-P3.7: (chân số 10-17)

- P3.0: (chân số 10) đưa vào tín hiệu nhận tin nối tiếp RXD

- P3.1: (chân số 11) đưa ra tín hiệu truyền tin nối tiếp TXD

- /INT0 hay P3.2: (chân số 12) tín hiệu vào gây ngắt 0 của VĐK

- /INT1 hay P3.3: (chân số 13) tín hiệu vào gây ngắt 1 của VĐK

- T0 hay P3.4: (chân số 14) tín hiệu vào đếm cho Timer0/ Counter0 cho VĐK 8051/8052

- T1 hay P3.5: (chân số 15) tín hiệu vào đếm cho Timer1/ Counter1 cho VĐK 8051/8052

- /WR hay P3.6: (chân số 16) để đưa tín hiệu ghi dữ liệu vào

- T2EX: (chân số 2) tín hiệu vào gây ngắt 2 của VĐK 8052

Ngoài các tín hiệu chuyên dùng trên, cổng vào/ ra P3 này còn dùng để trao đổi tin về dữ liệu D7-D0

2.3.2 IC74HC04N

Là IC số gồm 6 cổng NOT sử dụng để đảo mức tín hiệu logic

- Cấu tạo

Chân 14: nguồn cấp

Chân 7: nối đất

Chân 1, 3, 5, 9, 11, 13: là các đầu vào

Chân 2, 4, 6, 8, 10, 12: là các đầu ra đảo

Đặc tính điện: nguồn cấp -0,5V -> 7V, tốc độ lan truyền 8ns

2.3.3 DS1307

sơ đồ chân của DS1307 như sau:

1 X1 Kết nối đến thạch anh 32,768KHz làm nguồn dao

động cho chip

3 VBat Kết nối đến cực dương của pin dự phòng

4 GND Kết nối chân mass

5 SDA Chân dữ liệu khi kết nối đến bus I2C

6 SCL Chân nhận xung clock đồng bộ khi kết nối bus I2C

Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn xếp theo hình phía trên và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn

ở góc dưới, bên phải của led 7 thanh

- 8 led đơn trên led 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm và được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện 7 cực còn lại trên mỗi led đơn của led 7 đoạn và 1 cực trên led đơn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn được đưa thành 8 chân riêng để điều khiển cho led sáng tắt theo ý muốn

- Nếu led 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ởmức 0

- Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này đượcnối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vàocác chân này ở mức 1

+ Mã led 7 thanh

Mã Anot chung

Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện có biểu tượng

Điện trở kháng là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu Điện trở kháng được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó

trong đó:

U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V).I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A).R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).)

Thí dụ như có một đoạn dây dẫn có điện trở là 1Ω) và có dòng điện 1A chạy qua thì điện áp giữa hai đầu dây là 1V

Ohm là đơn vị đo điện trở trong SI Đại lượng nghịch đảo của điệntrở là độ dẫn điện G được đo bằng siêmen Giá trị điện trở càng lớn thì

độ dẫn điện càng kém Khi vật dẫn cản trở dòng điện, năng lượng dòngđiện bị chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, ví dụ như nhiệt năng

Định nghĩa trên chính xác cho dòng điện một chiều Đối với dòng điện xoay chiều, trong mạch điện chỉ có điện trở, tại thời điểm cực đại của điện áp thì dòng điện cũng cực đại Khi điện áp bằng không thì dòng điện trong mạch cũng bằng không Điện áp và dòng điện cùng pha Tất cả các công thức dùng cho mạch điện một chiều đều có thể dùng cho mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở mà các trị số dòng điện xoay chiều lấy theo trị số hiệu dụng.[1]

Đối với nhiều chất dẫn điện, trong điều kiện môi trường (ví

dụ nhiệt độ) ổn định, điện trở không phụ thuộc vào giá trị của cường

độ dòng điện hay hiệu điện thế Hiệu điện thế luôn tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và hằng số tỷ lệ chính là điện trở Trường hợp này được miêu tả theo định luật Ohm và các chất dẫn điện như thế gọi là các thiết bị ohm Các thiết bị này nhiều khi cũng được gọi là các điện trở, như một linh kiện điện tử thụ động trongmạch điện, được ký hiệu với chữ R (tương đương với từ resistor trong tiếng Anh)

Chọn loại điện trở thi công là loại điện trở 10kΩ)

2.3.6 Led đơn

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang)

là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại

p ghép với một khối bán dẫn loại n

Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích

dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các

lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điệntử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống)

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút

và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức

năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3 V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

2.3.7 Tụ điện

Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề

mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu

Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích

trữ năng lượng điện trường của tụ điện Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều

Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui Mặc

dù cách hoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng điện Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electron ở cực này và chuyển electron sang cực còn lại Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra electron

- nó chỉ lưu trữ chúng Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh Đây làmột ưu thế của nó so với ắc qui

Tụ điện được đặc trưng bới thông số điện áp làm việc cao nhất vàđược ghi rõ trên tụ nếu có kích thước đủ lớn Đó là giá trị điện áp

thường trực rơi trên tụ điện mà nó chịu đựng được Giá trị điện áp tức thời có thể cao hơn điện áp này một chút, nhưng nếu quá cao, ví dụ

bằng 200% định mức, thì lớp điện môi có thể bị đánh thủng, gây chập tụ.

Trước đây giá thành sản xuất tụ điện cao, nên tụ có khá nhiều mức điện áp làm việc: 5V, 10V, 12V, 16V, 24V, 25V, 35V, 42V, 47V, 56V, 100V, 110V, 160V, 180V, 250V, 280V, 300V, 400V

Ngày nay các dây chuyền lớn sản xuất và cho ra ít cấp điện áp hơn thế:

2.3.8 Transistor

Transistor hay tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ động,

thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử

Transistor nằm trong khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động Transistor cũng được kết

hợp thành mạch tích hợp (IC), có thể tích hợp tới một tỷ transistor trên một diện tích nhỏ.

Cũng giống như điốt, transistor được tạo thành từ hai chất bán

dẫn điện Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP Transistor Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được một NPN Transistor

Tên gọi Transistor là từ ghép của "Transfer" và "resistor", tức điện trở chuyển đổi, do John R Pierce đặt năm 1948 sau khi nó ra đời Nó

có hàm ý rằng thực hiện khuếch đại thông qua chuyển đổi điện trở, khác với khuếch đại đèn điện tửđiều khiển dòng qua đèn thịnh hành thời kỳ đó

Transistor là linh kiện tích cực, tức là cần nguồn cung cấp năng lượng để hoạt động, cụ thể, cần phải phân cực cho transistor để nó hoạt động

Chương 3: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 3.1 Các bước chế tạo mô hình

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý

3.1.2 Mạch in

3.1.3 Chạy thử

3.2 Thuật toán điều khiển của mô hình

3.3 Chương trình điều khiển

#include <REGX52.H>

#include <INTRINS.H>

#define DS1307_SEC 0x00 //Giay

#define DS1307_MIN 0x01 //Phut

#define DS1307_HOUR 0x02 //Gio

void I2C_time_5art() //ham khoi dong I2C{

dat = (((dat/10)*16)|(temp %10)); /*for Led 7seg*/