mạch đèn giao thông ở ngã 4

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN HUY HÙNG Sinh viên thực hiện: PHAN THANH LỢI Lớp: 08DDT1 MSSV: 0851010037 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG Điểm đánh giá : Xếp loại: TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) 1 BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện : Họ tên sinh viên: PHAN THANH LỢI Lớp: 08DDT1 MSSV: 0851010037 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG Điểm đánh giá : Xếp loại: TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 Giáo viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) 2 - Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Huy Hùng cùng quý thầy cô bộ môn khoa Cơ-Điện-Điện Tử Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh. - Trong quá trình thực hiện đồ án em gặp không ít khó khăn và thiếu sót. Nhưng được sự hướng dẫn và chỉ dạy nhiệt tình của quý thầy cô đã giúp em khắc phục được những thiếu sót đó và có thể hoàn thành được đề tài đúng thời hạn, giúp em học tốt hơn. - Do kiến thức của em còn hạn chế nên trong đồ án còn nhiều sai xót em rất mong được sự thông cảm của quý thầy cô. Chúng Em xin chân thành cảm ơn. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2011 Sv thực hiện: Phan Thanh Lợi Lớp: 08DDT1 MSSV: 0851010037 3 LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG I/ GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI : 1/ Các chế độ hoạt động:  Chế độ bình thường: đèn xanh ở 2 hướng bằng nhau.  Chế độ ưu tiên: đèn xanh ở đường ưu tiên dài hơn đường không ưu tiên.  Chế độ đèn vàng nhấp nháy ở cả 2 hướng  Có 4 led 7 đoạn hiển thị thời gian đếm ngược ở 2 ngã đường.  Có hệ thống led đơn hiển thị cho các đèn xanh, đèn vàng, đèn đỏ tại các ngã tư thực.  Hệ thống nút nhấn: gồm 4 nút  1 nút chuyển chế độ bình thường.  1 nút chuyển chế độ ưu tiên hướng A  1 nút chuyển chế độ ưu tiên hướng B  1 nút chuyển chế độ nhấp nháy đèn vàng Ngoài ra còn có 1 nút reset các chế độ 2/ Các linh kiện sử dụng:  Vi xử lí AT89S52.  Hiển thị: Các led 7 đoạn (anode chung), các led đơn xanh, vàng, đỏ.  Các transistor A1015(PNP), để khuyếch đại và điều khiển.  Nút nhấn điểu khiển.  Điện trở thanh và các điện trở cần dùng. II/ ỨNG DỤNG: Một ứng dụng cơ bản của mạch đèn giao thông ngày nay là giải quyết vấn đề nạn kẹt xe, đang diễn ra hàng ngày trong các tỉnh thành có mật độ dân số lớn như thành phố Hồ Chí Minh… mà các nhà chức năng đang phải đâu đầu hiện nay. 4 CHƯƠNG 2: LINH KIỆN VÀ KIẾN THỨC BỔ TRỢ 1. VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 1.1 Giới thiệu: AT89S52 là vi điều khiển do hãng Intel sản xuất,chế tạo theo công nghệ CMOS. Có các đặc tính sau:  8K Bytes of In-System Programmable (ISP) Flash Memory, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá  Điện áp hoạt động từ: 4.0 đến 5.5V  Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 33 MHz  Có 3 mức khóa bộ nhớ lập trình  256 x 8-bit RAM nội  4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.  3 bộ Timer/counter 16 Bit.  8 nguồn ngắt.  Có khả năng giao tiếp nối tiếp và song song qua đường SPI  64 KB vùng nhớ mã ngoài  64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài.  Xử lý Boolean 1.2 Sơ đồ khối của họ vi điều khiển 8051 5 1.3 Chức năng từng chân:  Port 0: là port hai chức năng ở các chân 32 đến 39 của AT89S52:  Chức năng IO (xuất / nhập): dùng cho các thiết kế nhỏ (không dùng bộ nhớ ngoài ). đối với các thiết kế lớn với bộ nhớ ngoài, port 0 được dồn kênh giữa bus dữ liệu (D0: D7) và byte thấp của bus địa chỉ (A0:A7).  Khi dùng làm ngõ vào, Port 0 phải được set mức logic 1 trước đó.  Chức năng địa chỉ / dữ liệu đa hợp: khi dùng các thiết kế lớn, đòi hỏi phải sử dụng bộ nhớ ngoài thì Port 0 vừa là bus dữ liệu (8 bit) vừa là bus địa chỉ (8 bit thấp).  Ngoài ra khi lập trình cho AT89S52, Port 0 còn dùng để nhận mã khi lập trình và xuất mà khi kiểm tra (quá trình kiểm tra đòi hỏi phải có điện trở kéo lên).  Port1 (chân 1 – 8): chỉ có một chức năng là I/O, không dùng cho mục đích khác (chỉ trong 8032/8052/8952 thì dùng thêm P1.0 và P1.1 cho bộ định thời thứ 3). Tại Port 1 đã có điện trở kéo lên nên không cần thêm điện trở ngoài.  Port 1 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL và còn dùng làm 8 bit địa chỉ thấp trong quá trình lập trình hay kiểm tra.  Port 2 (chân 21 – 28) là port có 2 chức năng:  Chức năng IO (xuất / nhập)  Chức năng địa chỉ: dùng làm 8 bit địa chỉ cao khi cần bộ nhớ ngoài có địa chỉ 16 bit. Khi đó, Port 2 không được dùng cho mục đích I/O. Khi dùng làm ngõ vào, Port 2 phải được set mức logic 1 trước đó. Khi lập trình, Port 2 dùng làm 8 bit địa chỉ cao hay một số tín hiệu điều khiển.  Port 3 (chân 10 – 17): là port có 2 chức năng:  Chức năng I/O. 6  Chức năng khác: ta có bảng chức năng của từng chân sau: Bit Tên Chức năng P3.0 RxD Ngõ vào port nối tiếp P3.1 TxD Ngõ ra port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 Ngắt ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của bộ định thời 0 P3.5 T1 Ngõ vào của bộ định thời 1 P3.6 WR Tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài. P3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc từ bộ nhớ dữ liệu ngoài.  Nguồn: Chân 40: VCC = 5V ± 20% Chân 20: GND  PSEN (Program Store Enable):  PSEN (chân 29) cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng đối với các ứng dụng sử dụng ROM ngoài, thường được nối đến chân OC (Output Control) của ROM để đọc các byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức logic 0 trong thời gian AT89S52 lấy lệnh. Trong quá trình này, PSEN sẽ tích cực 2 lần trong 1 chu kỳ máy.  Mã lệnh của chương trình được đọc từ ROM thông qua bus dữ liệu (Port0) và bus địa chỉ (Port0 + Port2).  Khi 8952 thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức logic 1.  ALE/PROG (Address Latch Enable / Program):  ALE/PROG (chân 30) cho phép tách các đường địa chỉ và dữ liệu tại Port 0 khi truy xuất bộ nhớ ngoài. ALE thường nối với chân Clock của IC chốt (74373, 74573).  Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống.  Xung này có thể cấm bằng cách set bit 0 của SFR tại địa chỉ 8Eh lên 1. Khi đó, ALE chỉ có tác dụng khi dùng lệnh MOVX hay 7 MOVC. Ngoài ra, chân này còn được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho ROM nội ( PROG).  EA /VPP (External Access) :  EA (chân 31) dùng để cho phép thực thi chương trình từ ROM ngoài. Khi nối chân 31 với Vcc, AT89S52 sẽ thực thi chương trình từ ROM nội (tối đa 8KB), ngược lại thì thực thi từ ROM ngoài (tối đa 64KB).  Ngoài ra, chân EA được lấy làm chân cấp nguồn 12V khi lập trình cho ROM.  RST (Reset):  RST (chân 9) cho phép reset AT89S52 khi ngõ vào tín hiệu đưa lên mức 1 trong ít nhất là 2 chu kỳ máy.  XTAL1,XTAL2:  Ngõ vào và ngõ ra bộ dao động, khi sử dụng có thể chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89S52 là 12Mhz.  Chu kì máy (TM) = 1 / (fOSC/12) = 12 / fOSC  Nếu tần số thạch anh là 12Mhz thì số chu kì máy bằng 1us. 8 2. LED 7 ĐOẠN: 2.1 Các khái niệm cơ bản Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "led 7 đoạn". Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiện thị số là đủ, chẳng hạn led 7 đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện. 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 ở mức 0. Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối 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 vào các chân này ở mức 1. Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển. 9 Sơ đồ vị trí các led được trình bày như hình dưới: Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V. Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b. Tương tự với các chân và các led còn lại. 2.2 Kết nối với Vi điều khiển Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thể dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển led 7 đoạn. Như vậy led 7 đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt của từng led led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển led 7 đoạn thường được gọi là "mã hiển thị led 7 đoạn". Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đoạn: mã dành cho led 7 đoạn có Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung. Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b và c sáng, nếu sử dụng led 7 đoạn có Anode chung thì phải đặt vào hai chân b và c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V(mức 1), nếu sử dụng led 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp(hay mức logic) hoàn toàn ngược lại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V(mức 1). 2.3 Giao tiếp Vi điều khiển với nhiều led 7 đoạn : Nếu kết nối mỗi một Port của Vi điều khiển với 1 led 7 đoạn thì tối đa kết nối được 4 led 7 đoạn. Mặt khác nếu kết nối như trên sẽ hạn chế khả năng thực hiện các công việc khác của Vi điều khiển. Cho nên cần phải kết nối, điều khiển nhiều led 7 đoạn với số lượng chân điều khiển từ Vi điều khiển càng ít càng tốt. Có hai giải pháp: một là sử dụng các IC chuyên dụng cho việc hiện thị led 7 đoạn, hai là kết nối 10 [...]... + P2.0 : Nối với đèn đỏ ở đường bên A + P2.1 : Nối với đèn vàng ở đường bên A + P2.2 : Nối với đèn xanh ở đường bên A + P2.3 : Nối với đèn đỏ ở đường bên B + P2 .4 : Nối với đèn vàng ở đường bên B + P2.5 : Nối với đèn xanh ở đường bên B Sử dụng các led đơn nối anode chung Còn các chân cathode thì được nối vào điện trở R Và nó được điều khiển bởi các chân P2.0, P2.1, P2.2, P2.3, P2 .4, P2.5 của port P2... LED 7SEG R5 LED 7SEG Q4 A1015 R4 LED 7SEG LED A0 A 7 B 6 a C 4 b D 2 c E 1 d F 9 e G 10 f 5 g p LED 7SEG R3 Q3 A1015 R2 Q2 A1015 4K7 4K7 4K7 Chọn R2 = 4. 7k P 1 3 P 1 2 P 1 1 Các điện trở 4. 7K và điện trở treo 4. 7K đảm bảo transitor luôn hoạt động ở chế độ ngắt/dẫn(đảm bảo khi led 7 đoạn đang ở trạng thái OFF sẽ bị tắt hoàn toàn, không bị sáng mờ mờ) 15 A* ANODE LED A1 A 7 B 6 a C 4 b D 2 c E 1 d F 9... 2 2 1 2 3 4 5 6 7 8 P P P P P P P P 29 30 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 P P P P P P P P P P P P P P P P 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 2 3 4 5 6 7 8 9 1 R 14 R E S IS T O R S IP 9 C 2 3 4 5 6 7 8 9 1 R E S IS T O R S IP 9 C V C C _A R R O W 9 A T89C 51 14 V C C _A R R O W R 13 C 3 10M F 20 C A P N P R S T 3 3 3 3 3 3 3 3 R 1 10K S W... 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 18 19 P P P P P P P P 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 P P P P P P P P 3 3 3 3 3 3 3 3 0 1 2 3 4 5 6 7 /R XD /T XD /IN T O /IN T 1 /T O /T 1 /W R /R D P P P P P P P P V C C 0 1 2 3 4 5 6 7 XTA L2 XTA L1 0 0 0 0 0 0 0 0 P P P 2 P 2 P 2 P 2 P 2 P 2 0 1 2 3 4 5 6 7 /A /A /A /A /A /A /A /A D D D D D D D D 0 1 2 3 4 5 6 7 2 0 /A 2 1 /A 2 /A 1 3 /A 1 4 /A 1... 2 3 4 5 P S E N A L E /P R O G G N D P P P P P P P P IP 1 1 1 1 1 1 1 1 31 U 1 P P P P P P P P E A /V P P R E S IS T O R S IP 9 P 1 0 1 2 P 1 1 3 P 1 2 4 P 1 3 R 15 5 P 1 4 6 P 1 5 7 P 1 6 V C C _A R R O W 8 P 1 7 9 CR 1 6 P 3 0 1 2 P 3 1 3 P 3 2 4 P 3 3 5 P 3 4 6 P 3 5 7 P 3 6 8 P 3 7 9 C R E S IS T O R S C 1 C A P N P 40 V C C _A R R O W 9 8 7 6 5 4 3 2 P P P P P P P P 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 3 4 5 6... 22 220 R 23 220 R 21 220 P 2 3 16 D 7 P 2 4 P 2 5 17 2.3/ Khối nút nhấn: P 3 0 P 3 1 P 3 2 P 3 3 Khối nút nhấn ở đây là các công tắc nút ấn dùng để thay đổi các chế độ hoạt SW 2 SW 3 SW 4 SW 5 động của đèn giao thông: C D -B T C D -U T A C D -U T B C D -V A N G SW1: reset SW2: chế độ bình thường SW3: chế độ ưu tiên A SW4: chế độ ưu tiên B SW5: chế độ nhấp nháy đèn vàng Như ta đã biết giá trị mặt định... 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H end 28 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ I/ ƯU NHƯỢC ĐIỂM: *ưu điểm: + Ta có thể áp dụng mạch này vào thực tế 1 cách dễ dàng và thay đổi được các chế độ hoạt động của mạch để phù hợp với cuộc sống hơn + Mạch được thiết kế theo hoạt động đúng chế độ hoạt động thực tế + Việc thiết kế mạch đơn giản và ít tốn chi phí *khuyết điểm: + Mạch thiết kế chưa tối ưu + Mạch mang tính... chưa tối ưu + Mạch mang tính mô phỏng tượng trưng 2 cột đèn trong khi thực tế là 4 cột đèn II/ HƯỚNG PHÁT TRIỂN: + Mạch có thể hoạt động tốt hơn nếu như ta gắn thêm đồng hồ thời gian thực + Mạch này chưa thay đổi được số giây ở đường ưu tiên khi ta điều khiển bằng tay nên ta có thể xây dựng thêm vấn đề này để mạch hoàn thiện hơn + Việc hoàn thành mạch có thể được xây dựng theo nhiều chương trình khác... Vàng B=0 Sai 21 Sai 4. 3 Chương trình chế độ đèn vàng nhấp nháy: Chế độ nhấp nháy đèn vàng Sáng đèn vàng A Kiểm tra Kiểm tra Kiểm tra Ngắt T0 Ngắt T0 ngắt T0 Sáng đèn vàng B Kiểm tra Kiểm tra Kiểm tra ngắt T0 Ngắt T0 Ngắt T0 22 VI/ Chương trình nạp cho IC include reg_51.pdf k1 bit p3.0 k2 bit p3.1 k3 bit p3.2 k4 bit p3.3 ld1 bit p2.0 lv1 bit p2.1 lx1 bit p2.2 ld2 bit p2.3 lv2 bit p2 .4 lx2 bit p2.5 b_giay... ĐỘNG CỦA MẠCH: Khi ta cấp nguồn cho vi xử lí thì vi xử lí sẽ hoạt động Nó sẽ tích cực và cấp nguồn cho các chân của vi xử lí Và mạch sẽ hoạt động theo chế độ đã định sẵn.Nghĩa là các led đơn ở 2 ngã đường sẽ sáng lên và led 7 đoạn sẽ được khuyếch đại dòng bởi transistor A1015 và thực hiện việc quét led để lần lượt được tích cực nhờ vào port P0 của vi xử lí Đồng thời sẽ hiện số giây đếm ngược ở 2 ngã đường . hiệu các đèn xanh, vàng, đỏ ở ngã tư. + P2.0 : Nối với đèn đỏ ở đường bên A. + P2.1 : Nối với đèn vàng ở đường bên A. + P2.2 : Nối với đèn xanh ở đường bên A. + P2.3 : Nối với đèn đỏ ở đường bên. =(5-V eb ) / I b =4, 7k ( với V eb = 0,3v) Chọn R 2 = 4. 7k Các điện trở 4. 7K và điện trở treo 4. 7K đảm bảo transitor luôn hoạt động ở chế độ ngắt/dẫn(đảm bảo khi led 7 đoạn đang ở trạng thái. đèn xanh ở 2 hướng bằng nhau.  Chế độ ưu tiên: đèn xanh ở đường ưu tiên dài hơn đường không ưu tiên.  Chế độ đèn vàng nhấp nháy ở cả 2 hướng  Có 4 led 7 đoạn hiển thị thời gian đếm ngược ở