www.tinhgiac.com he thong dieu khien den giao thong

www.tinhgiac.com he thong dieu khien den giao thong tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn...

1.1 Giới thiệu chung về vi điều khiến 8051

1.2 Chức năng của các chân tín hiệu 1.3 Bộ nhớ trên chip

1.4 Các Bộ định thời/Bộ đếm 1.5 Điều khiến ngắt

2 Khối giải mã

3 Khối hiến thị

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

1 Nguyên lý hoạt động

2 Sơ đồ nguyên lý mạch đèn giao thông

3 Chương trình điều khiến

I DAT VAN DE Trong hé théng giao thông hiện nay ở nước ta, vẫn đề về an toàn giao thông và tránh ùn tác tại các đô thị và thành phố lớn là một trong những vẫn đề hết sức cấp bách và được toàn xã hội quan tâm Vì vậy các phương tiện hướng dẫn giao thông đóng vai trò rất quan trọng, nó góp phân hạn chế những xung đột xây ra khi tham gia giao thông Tại các đô thị thì hệ thống đèn điều khiển giao thông là rất quan trọng Hệ thống đèn điều khiến giao thông không những có tác dụng hạn chế những xung đột trong giao thông thành phố mà còn là công cụ điều khiển các luồng giao thông nhằm hạn chế ùn tắc - một vẫn đề nan giải tại các thành phố lớn Vì

lí do trên, chúng em quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thong đèn điều khiến giao thông” cho bài tập lớn môn học “Vi xử lý”

IL PHƯƠNG ÁN THIẾT KE 1.Mô tả hoạt động của hệ thông

Mật độ giao thông phát triển mạnh mẽ ở các đô thị lớn đòi hỏi hệ thông

điều khiến giao thông phải chính xác, linh hoạt, đơn giản nhưng hiệu quả cao Hệ thống đèn giao thông hai pha phần nào đã đáp ứng được những yêu câu trên

Mỗi pha gồm các đèn: Xanh - Đỏ - Vàng điều khiển các phương tiện cơ ĐIỚI

Hoạt động của từng pha ở chế độ điều khiển tự động như sau:

vx Đèn xanh: trong 20 giây, hướng đi ứng với pha này được phép đi

v Đèn vàng: trong 3 giây, thông báo cho các phương tiện ứng với pha này giảm tốc độ, chuẩn bị đừng lại

Y Pen đỏ: trong 27 giây, các phương tiện dừng lại

vx Khi đèn xanh của làn đường 1 sáng thỉ đèn xanh của người

đi bộ ở làn đường kia cũng sang và ngược lai

2.Phương án thiết kế

Hiện nay việc sử dụng các mạch số kết kợp với chíp vi điều khiến trong

các hệ thống điều khiến tự động đã trở nên rất phố biến vì những ưu việt của nó như: độ chính xác, khả năng lập trình được, tốc độ điêu khiến nhanh, sử dụng đơn giản, Mặt khác kỹ thuật số, vi xử lý, vi điều khiển

là lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ và có ứng dụng trong rất nhiều

ngành sản xuất Vì vậy, ta sẽ thiết kế một hệ thống điều khiến giao thông đơn giản, chỉ sử dụng bộ vi điều khiến Tất cả các tín hiệu điều khiển đều được đưa đến khối hiển thị trực tiếp từ các công của bộ vi điều khiến Phương án này có đặc điểm là mạch gọn nhẹ, không quá phức tạp, cách thức bô trí linh kiện dé dàng, lập trình đơn gián, dễ chỉnh sửa

Đèn & đếm c3 Khối điều khiển bao gồm ca Đèn & đếm

ngược của (nu | VĐK(ATS9s52) và bộ ca ngược của

Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống đèn giao thông

Ill THIET KE

1.Khối xử lý

1.1 Giới thiệu chung về vỉ điều khiến 8051

Vi điêu khiên AT89C51 là một vi điều khiển thuộc họ 8051, loại CMOS,

có tôc độ cao và công suât thâp với bộ nhớ Flash có thê lập trình được

Nó được sản xuât với công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ Cao của hang Atmel AT89C51 có 40 chân, được đóng gói theo tiêu chuân PDIP Hình 2 biêu diễn sơ đô chân ra và hình 3 biêu diễn sơ đỗ khôi chức nắng của bộ vi điêu khiên này

` P1.0 E11 4 Hvcc P1.1 2 38 HPö0 (An0) P1.2 F| 3 38 OPO.1 (AD1)

134 37 HP0ñ.3 (ADZ) P1405 38 OP 0.3 (AD3) P1.5L|B 35 [Pñ.4 (AD4) P187 34 [IPũ 8 (AD5)

¡7e 33 HPñ ê (ADẽ]

EST L| 8 32 HP0.7 (AD7) (RXD) 3.0 LÏ 1ñ 31 OEAVPP (TXD)P3.40 11 30 DALEIPROG (NTŨ) F3.2 LỊ 12 29 OPSEN (NT1}P2.20 12 28 [P27 (A15}

(T0) P3.4 L] 14 27 HPF2.8 (A14) (T1)P3.5 L| 15 28 LIP2.8 (A13) 'WR)3.€ FÏ| 1E 25 [P24 (A12) (RD) P3.7 L| 17 24 LP2.3 (A11) XTAL2 L| 18 23 HP22 (A10) XTAL1 OF 19 22 HP2.1 (AB) GND L]|20 21 LP2.0 (AE)

Hình 2: Sơ đồ chân ra của vi điều khiển 8051

Các đặc điểm tiêu chuẩn (của họ vi điều khiển 8051):

Y Mach tao dao dong trén chip va mach đồng hồ

AT89C51 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động có tần số giảm

xuống 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phan mềm Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời/đếm, cổng nối tiếp và hệ thông ngắt tiếp tục hoạt động Chế độ nguôn giảm duy trì nội dung của RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhắm vô hiệu hóa các hoạt động khác của chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo

1.2 Chức năng của các chân tín hiệu

1.2.1 Các công vào/ra song song

8051 có 4 công vao/ra song song 8 bit là Port0, Portl, Port2, Port3 Cac công này có thê sử dụng như là công vào hoặc công ra

+)Công Port0 (các chân 32+39) : là cổng vào/ra song song có hai chức năng Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng, nó có chức năng như các đường vào/ra Trong các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng nó trở thành bus địa chỉ và bus đữ liệu đa hợp

+)Cổng Portl (các chân 1+8): là công vào/ra song song Các chân

được ký hiệu PI1.0, P1.1, P1.2, .có thể dùng cho giao tiếp với các thiết

bị ngoài nếu cần Công Port1 không có các chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoại vi

ieee PeEs ebb eepe™ se sale see ee ds aay aie een ne ee ee ed

1 nn ACG Sa ADORESS ié i

i REGISTER POINTER: REGISTER: 1

Hình 3: Sơ đồ khối chức năng của vi điều khiến 8051

+)Công Port2 (các chân 21+2§): là một công vào/ra song song có tác dụng kép, được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte của bus địa chỉ 16 bit đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng

+)Céng Port3 (cdc chan 10+ 17): là công vào/ra song song có tác dụng kép Khi không hoạt động xuất nhập các chân của công này có

nhiều chức năng riêng Bảng 1 cho ta chức năng của các chân công Port3

Bit |Tén | Chức năng chuyên đổi

P3.0 |RxT | Đường vào đữ liệu công nối tiếp

P3.I |TxD | Đường xuất đữ liệu cổng nối tiếp

P3.2 |INT0 | Đường vào ngắt ngoài 0

P3.3 |INTI | Đường vào ngắt ngoài l

P3.4 |T0 | Đường vào của Bộ định thời/Bộ đếm thứ 0

P3.5 |TI | Đường vào của Bộ định thời/Bộ đếm thứ 1

P3.6 |WR_ | Tín hiệu ghi dữ liệu bộ nhớ ngoài

P3.7 | RD Tín hiệu đọc dữ liệu bộ nhớ ngoài

Bảng 1: Các chức năng riêng của các chân công Port3

1.2.2 Các chân tín hiệu điều khiến

Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (Program Storage Enable): vx_ Tín hiệu PSEN là tín hiệu ra ở chân 29 có tac dụng kép

w Cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài, thường được nỗi đến chân OE (Output Enable) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh Tín hiệu PSEN ở logic 0 trong thời gian vi điều khiển tìm nạp lệnh Các mã lệnh được đọc từ EPROM qua bus đữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh IR của vi điều khién dé giai mã

Y Khi vi điều khiến thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở

muc logic 1

Chan cho phép chét dia chi ALE/PROG (Address Latch Enable):

Y Chan tin higu ALE (chân 30) dua ra xung điều khiển cho phép chốt byte thấp của địa chỉ khi vi điều khiển truy xuất bộ nhớ ngoài

Chân này cũng là đầu vào của xung lập trình khi lập trình cho FLASH, khi đó chân tín hiệu ở mức 0

v Khi hoạt động bình thường, tín hiệu ALE được phát ra với tan sỐ không đôi băng 1/6 tân sô của bộ tạo dao động trén chip, va co thé

sử dụng cho mục đích định thời Tuy nhiên, sẽ có một xung ALE bị

bỏ qua môi khi vị điêu khiên truy xuât bộ nhớ ngoài

Chân tín hiệu truy xuất ngoài EA (External Access):

Tín hiệu vào EA (chân 31) được nỗi với 5V (mức logic 1) hoặc

với GND (mức 0) Nếu ở mức I1, vi điều khiển thi hành chương

trình từ ROM nội Nếu ở mức 0, vi điều khiển sẽ thi hành chương

trình ở bộ nhớ mở rộng

Y Chan EA duoc lay làm chân cấp nguồn 12V khi lập trình cho FLASH trong vi diéu khién

Chan thiét lap lai RST (Reset):

Y Chan RST (chan 9) là đường vào xóa chính của vi điều khiển dùng

để thiết lập lại hệ thông Khi chân tín hiệu này đưa lên mức cao it nhất là 2 chu kì máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống

Y RST cé thé duoc kich khi cap dién dùng một mạch R-C Mạch này như sau:

e

RST

Hình 4: Mạch thiết lập lại cho 8051

v_ Trạng thái các thanh ghi của vi điều khiển được tóm tắt trong bảng

2 Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi bộ đếm

chương trình (PC — Program Counter) Sau khi thiết lập lại (RST

trở về mức thấp), thanh ghi PC có giá trị 0000H, tức là chương

trình luôn bắt đầu tại địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ chương trình Nội dung của RAM trên chip không bị thay đôi khi thiết lập lại

B yr z A L VI XU L Ý HỆ TH 4

Các chân XTALI, XTAL2:

Y Cac chan nay (chan 18, 19) nối với bộ tạo dao dong trén chip Mạch tạo dao động như sau:

Hinh 5: Mach tao dao dong cho b@ tao dao dong trén chip cia AT89C51

*⁄ Tần số của dao động thường là 12MHz Khi đó tụ có gid tri 33pF Chân VCC nối đến +5V của nguồn cấp, chân GND nối đất

v_ Vùng thanh ghi cé 32 byte, chia thành 4 khối (bank 0 dén bank 3),

môi khôi có 8 thanh ghi (từ R0 đên R?)

v ẻỞ vùng RAM định địa chỉ theo bit, các bit được dánh địa chỉ từ 00H đên 7FH

Cac thanh ghi chuyén dung (SFRs — Special Function Registers):

vx Các thanh ghi này có địa chỉ từ 80H đến FFH Chúng chứa nội

dung của các thanh ghi điêu khiên

v Sau đây là một số thanh ghi chuyên dụng:

Điều khiến Bộ định thời/Bộ đếm TCON 88H

Điều khiển chế độ Bộ định thời/Bộ đếm | TMOD 89H

Byte thấp Bộ định thời/Bộ đếm 0 TL0 8AH

Byte cao Bộ định thời/Bộ đếm 0 TH0 8BH

Byte thấp Bộ định thời/Bộ đếm I TLI 8CH

Byte cao Bộ định thời/Bộ dém 1 THI 8DH

Y Bo vi diéu khién AT89C51 cd 4KB FLASH 1p trinh duoc

Y ROM luôn chiếm vùng địa chỉ thấp nhất trong bộ nhớ chương trình

1.4 Các Bộ định thời/Bộ đếm

Bộ vi điêu khién 8051 có 2 Bộ định thời/Bộ đêm là Bộ định thời/Bộ đêm

0 và Bộ định thời/Bộ đêm 1 Chúng có thê hoạt động như là bộ định thời hoặc bộ đêm

Chế độ hoạt động của các Bộ định thòtBộ đếm được cất trong thanh ghi TMOD:

GATEI |C/TI |MI1() |M0(1) | GATE0 | C/T0 |M1(0) | M0(0)

vx Nếu bit GATE xóa, các Bộ định thời/Bộ đếm được phép hoạt đông

khi bit TR# tương ứng trong thanh ghi TCON thiết lập Ngược lại,

néu GATE thiét lập thì các Bộ định thời/Bộ đếm chỉ hoạt động khi

các chân INT# tương ứng tích cực (mức thấp)

vx Bit C/T# dùng để lựa chọn chế độ hoạt động bộ đếm hay bộ định thời Nếu được thiết lập thì nó hoạt đông theo chế độ đếm sự kiện, lúc này nguồn xung cho bộ đếm là xung ngoài đưa vào từ chân T#

tương ứng (chân 14, 15) Nếu bị xóa,thì nó hoạt động theo chế độ định thời với nguồn xung là xung tạo ra từ bộ tạo dao đông trên chip sau khi chia 12

Các bit TR# cho phép Bộ định thời/Bộ đếm hoạt động (nếu được

thiệt lập) hoặc không cho phép chúng hoạt động (nêu bị xóa)

Các bit TF# là các cờ tràn tương ứng với các Bộ định thời/Bộ đếm Chúng được thiết lập khi xảy ra tràn và được xóa băng phần cứng nếu khi đó bộ xử lý rẽ nhánh đến chương trình phục vụ ngắt tương Ứng

Cac bit IT# la cac bit ngat Thiết lập IT# tạo ra chế độ ngắt cạnh, chan INT# nhận ra một ngắt khi nhận ra có một sườn âm (|) của tín hiệu vào Xóa IT# tạo ra chế độ ngắt mức, tức là ngắt được tạo ra khi tín hiệu vào ở mức thấp (0) Ở chế độ ngắt mức, khi tín hiệu vào còn ở mức thấp thì ngắt được tạo ra liên tục cho đến khi tín hiệu vào chuyển lên mức cao hoặc thiết lập IT#

Các bit IE# là các cờ ngắt cạnh, được thiết lập khi dò thấy ngắt cạnh

Điều khiến ngắt

Bộ vi điều khiến 8051 có 5 nguồn ngắt: TF0, TF1, INT0, INTI và ngắt

do công nối tiếp Sự điều khiển hoạt động ngắt được cất trong 2 thanh ghi

là thanh ghi cho phép ngắt IE (Interrupt Enable) va thanh ghi xác định thứ

tự ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority)

Các bit và chức năng của chúng trong thanh ghi IE như sau (thiết lập

là cho phép, xóa là cam):

5_ |ET2 Cho phép ngắt do bộ định thời 2

4 ES Cho phép ngắt do công nói tiếp

3 ET1 Cho phép ngắt do bộ đếm 1

2 EXI Cho phép ngắt từ bên ngoài I

1 ETO Cho phép ngắt do bộ đếm 0

0 EX0 Cho phép ngắt từ bên ngoài 0

Bang 5: Các bit và chức năng của nó trong thanh ghi LE

Với thanh ghi IP:

B1 | Mã gợi nhớ | Chức năng

5 |PT2 Uu tién ngat do bé dinh thoi 2

4 |PS Ưu tiên ngắt do công nói tiếp

3 |PTI ƯU tiên ngắt đo bộ đếm I

2 |PXI Ư% tiên ngắt từ bên ngoài 1

1 PTO Uu tién ngat do b6 dém 0

0 |PX0 Ưu tiên ngắt từ bên ngoài 0

Khỗi giải mã nhận tín hiệu điều khiến từ khối xử lý, sau đó giải mã

đê đưa đên hiên thị trên các đông hô đêm ngược Với chức năng trên thì khôi này chính là khôi giải mã cho đèn LED 7 thanh

Vì các đồng hồ được hiển thị bằng các đèn LED 7 thanh nên ta sẽ sử

dụng bộ giải mã là các IC 74LS47 Sơ đồ chân ra và sơ đồ khối chức

năng như sau:

LAMP-TEST INPUT FIPPLE-BLANKING

Hình 6: Sơ đồ chân ra và sơ đồ khối chức năng của IC 74LS47

Cac dau ra (tir a đến f) nỗi đến các chân tương ứng của LED 7 thanh Ta thấy các đầu ra đều có mức tích cực là mức thấp Do đó, loại LED 7 thanh cần sử dụng là loại Anode chung LED 7 thanh sẽ ghép nối với IC này theo bảng chân lý sau:

-14-TRUTH TABLE {inputs tự OUTPUTS —————

Bang 7: Bang chan ly cua IC 74LS47

3.Khối hién thi

Khỗi hiển thị có chức năng đưa ra thông tin điều khiển giao thong tương ứng với trạng thái hiện thời của hệ thông Khôi này gôm 2 phan: đèn điêu khiên và đông hô

Đèn điều khiển bao gồm: Đèn dành cho các phương tiện tham gia giao thông: xanh, đỏ, vàng

_ Đồng hồ dùng các LED 7 thanh để tạo thành các bộ hiển thị từ 00

đên 99 Ở đây ta dùng loại Anode chung (phù hợp với IC 74LS47), câu trúc của nó như sau:

Hình 8: Ghép nối 74LS47 đến LED 7 thanh

IV NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

1.Nguyên lý hoạt động

Các mạch hiển thị hoạt động trên nguyên tắc điều khiển bit vào/ra

của các công trên IC S9C ST

16