Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Những thiết bị điện, điện tử được phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rỗng rãi trong đời sống cũng như sản suất. Từ những thời gian đầu phát triển kĩ thuật số đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người. Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả những ứng dụng trong thực tế của môn vi điều khiển chúng em sau một thời gian học tập được các thầy, cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của cô Nguyễn Thị Hiền cùng với sự lỗ lực của bản thân em đã “ Xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông cho ngã tư Lê Công Thanh” Nội dung đề tài gồm có: Chương 1: Tìm hiểu hệ thống đèn giao thông Chương 2: Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51 Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng Trong quá trình làm báo cáo do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự giúp đỡ tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm cho đề tài này.
MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG .2 LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: Tìm hiểu hệ thống đèn giao thông 1.1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động đèn giao thông 1.2 Tìm hiểu IC 74LS245, IC 7404, đèn led đoạn linh kiện liên quan .6 1.2.3 Led .9 1.2.4 Các linh kiện liên quan 10 1.2.4.4 Điot phát quang (LED) 12 Chương 2: Tìm hiểu vi điều khiển AT89C51 .13 2.2 Giới thiệu chung vi điều khiển 8051 14 Chương 3: Xây dựng chương trình mô 28 3.1 Thiết kế mạch 28 3.1.1 Thiết kế mô hình hệ thống 28 3.1.2 Thiết kế mạch nguồn 28 3.2 Mô proteus 31 3.4 Sơ đồ thuật toán .35 3.5 Soạn thảo chương trình 35 KẾT LUẬN 42 HƯỚNG MỞRỘNG ĐỀ TÀI 43 Những khó khăn gặp phải thực hiện: 43 Hướng mở rộng đề tài .43 TÀI LIỆU THAM KHẢO .44 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Hướng chiếu đèn hướng lại đường .4 Hình Giản đồ thời gian cho đèn .5 Hình Hình dạng IC 74LS245 Hình Cấu tạo bên IC 74LS245 Hình Hình dạng IC 7404 Hình Hình dạng bên cấu tạo bên led Hình Hình dạng điện trở .10 Hình Hình dạng tụ điện 11 Hình Hình dạng thạch anh 11 Hình 10 Hình dạng led .12 Hình 11 Hình dạng nút bấm .12 Hình 12 Hình dạng IC ổn áp .13 Hình 13 Sơ đồ khối chân IC 8051 18 Hình 14 Hình minh họa thực tế sơ đồ chân IC AT89C51 19 Hình 15 Biểu diễn sơ đồ khối chức vi điều khiển AT89C51 21 Hình 16 Mạch thiết lập lại cho AT89C51 23 Hình 17 Mạch tạo dao động cho tạo dao động AT89C51 24 Hình 18 Sơ đồ khối hệ thống .28 Hình 19 Sơ đồ mạch nguồn .28 Hình 20 Sơ đồ mạch nguyên lý khối hiển thị 29 Hình 21 Sơ đồ mạch nguyên lý khối tín hiệu điều khiển 30 Hình 22 Sơ đồ mạch nguyên lý khối điều khiển đèn .31 Hình 23 Sơ đồ mô trạng thái đèn giao thông theo thời gian m ặc định .33 Hình 24 Sơ đồ mô trạng thái đèn giao thông ban đêm 33 Hình 25 Sơ đồ thuật toán mô hình điều khiển đèn giao thông .35 DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng mã led 10 Bảng Chức chân cổng Port .22 Bảng Trạng thái ghi sau Reset 24 Bảng Một số ghi chuyên dụng vi điều khiển 8051 25 Bảng Các chế độ hoạt động đếm 26 Bảng Các bit chức ghi IE 27 Bảng Các bit chức chúng ghi IP .27 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ công công nghiệp hoá, đại hoá đất nước Đặc biệt góp phần vào phát triển ngành kĩ thuật điện tử góp phần không nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Những thiết bị điện, điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng rỗng rãi đời sống sản suất Từ thời gian đầu phát triển kĩ thuật số cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn vi điều khiển chúng em sau thời gian học tập thầy, cô giáo khoa giảng dạy kiến thức chuyên nghành, đồng thời giúp đỡ nhiệt tình cô Nguyễn Thị Hiền với lỗ lực thân em “ Xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông cho ngã tư Lê Công Thanh” Nội dung đề tài gồm có: Chương 1: Tìm hiểu hệ thống đèn giao thông Chương 2: Tìm hiểu vi điều khiển AT89C51 Chương 3: Xây dựng chương trình mô Trong trình làm báo cáo thời gian, kiến thức kinh nghiệm em có hạn nên tránh khỏi sai sót Em mong giúp đỡ & tham khảo ý kiến thầy cô bạn nhằm đóng góp phát triển thêm cho đề tài Thái Nguyên, ngày 05 tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đạt Chương 1: Tìm hiểu hệ thống đèn giao thông 1.1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động đèn giao thông Mạch điều khiển dàn đèn giao thông ngã tư ưu tiên xe giới, góc đường, đèn bố trí hình vẽ Mỗi góc ngã tư đường gồm đèn xanh, đỏ vàng dành cho xe giới đồng thời có led hiển thị thời gian đếm ngược dành cho xe giới để người xe tiện quan sát Hướng chiếu đèn hướng lại đường mô tả hình vẽ Hình Hướng chiếu đèn hướng lại đường Chiều mũi tên nhỏ hướng chiếu đèn người tham gia giao thông theo hướng mũi tên đậm nằm đường phải quan sát đèn giao thông gần bên tay phải làm dẫn giao thông Khi đèn làm nhiệm vụ điều khiển giao thông đèn đối diện có trạng thái màu đèn Còn đèn đường kề sát ngược lại màu đèn Ví dụ đèn nhánh có màu xanh, vàng, đỏ đèn nhánh bên cạnh có màu đỏ, vàng, xanh, việc thiết kế đèn vàng sáng đèn xanh đèn đỏ để báo cho phương tiện giao thông biết có chuyển đổi hai đèn màu xanh đèn màu đỏ Do vậy, đèn điều khiển giao thông ngã tư chia làm hai dàn: dàn đèn dàn đèn Ngoài mạch thiết kế hai chế độ làm việc ban ngày ban đêm Ở chế độ làm việc ban ngày, đèn led hoạt động bình thường Còn chế độ ban đêm có đèn vàng nhấp nháy theo xung nhịp đưa vào.Hai chế độ thiết lập chuyển mạch công tắc 1.1.1 Giản đồ thời gian cho đèn Hình Giản đồ thời gian cho đèn Hệ thống hoat động sau: Ta giả sử xét chế độ ban ngày thời điểm ban đầu đèn xanh vị trí A,C sáng cho phép phương tiện người đi theo chiều từ A sang C ngược lại đồng thời lúc đèn đỏ vị trí B,D sáng không cho phương tiện lưu thông theo chiều từ B sang D ngược lại Sau khoảng thời gian đèn xanh vị trí A,C đèn đỏ vị trí B,D tắt đồng thời đèn vàng vị trí A,C sáng đèn đỏ vị trí người nhấp nháy sau khoảng thời gian đèn vàng vị trí A,C tắt, đèn đỏ vị trí người A,C tắt theo, sáng đèn xanh vị trí B,D lúc xanh cho người A,C sáng, đỏ cho người B,D sáng, đèn đỏ A,C sáng, sau đèn xanh B,D tắt đèn vàng B,D lại sáng, sau đèn vàng B,D tăt đèn xanh B,D sáng lặp lại Ở chế độ ban đêm có đèn vàng sáng 1.2 Tìm hiểu IC 74LS245, IC 7404, đèn led đoạn linh kiện liên quan 1.2.1 Cấu tạo, chức chân IC 74LS245 a Cấu tạo Hình Hình dạng IC 74LS245 Đây ic số loại 20 chân chức chân sau: Chân 1: DIR chân chọn hướng liệu : DIR=1 input A output B ngược lại với DIR=0; Chân 2=>chân : A0=>A7 data in/output phụ thuộc vào chân DIR Chân 10: GND Chân 11 =>18: B7=>B0 data in/output phụ thuộc vào chân DIR Chân 19 : OE chân cho phép tích cực mức 0E=0 ic xuất liệu ngược lại OE=1, cấm Chân 20: VCC • Cấu tạo bên trong: Hình Cấu tạo bên IC 74LS245 b Chức Đệm liệu chiều , thường ứng dụng mạch sử dụng led quét led matrix , led , đệm liệu bus với mạch sử dụng nhiều linh kiện mắc song song 1.2.2 Cấu tạo, chức chân IC 7404 a Cấu tạo Hình Hình dạng IC 7404 • Cấu tạo bên trong: Cấu tạo bên ic chứa cổng logic NOT hình đây: - Nguồn cung cấp cho ic với điện áp khoảng 4,75V đến 5,25V - Điện áp đưa vào mức cao khoảng 2V - Điện áp đưa vào mức thấp 0,8V - Nhiệt độ làm việc ổn định khoảng 0oC đến 70oC - Nhiệt độ chịu đựng khoảng -65oC đến 150oC b Chức năng: IC 7404 dùng mạch sồ ứng dụng để đảo trạng thái tín hiệu IC 7404 có 14 chân hình 1.2.3 Led Led nối anot chung: Led nối catot chung: Hình Hình dạng bên cấu tạo bên led - Led đoạn có cấu tạo bao gồm led đơn có dạng xếp theo hình bên có thêm led đơn hình tròn nhỏ thể dấu chấm tròn góc dưới, bên phải led đoạn led đơn led đoạn có Anode (cực +) Cathode (cực -) nối chung với vào điểm, đưa chân để kết nối với mạch điện cực lại led đơn đưa thành chân riêng, đưa để kết nối với mạch điện Nếu led đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung nối với +Vcc, chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức Nếu led đoạn có Cathode (cực -) chung đầu chung nối xuống Ground (hay Mass), chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức - Ở mạch đèn giao thông dùng loại LED nối anot chung - Bảng mã led thanh: dùng anot chung: A 0 0 0 Decoder outputs c d e 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 b 0 0 1 0 Hiện Số f 1 0 1 g 1 0 0 1 Bảng Bảng mã led 1.2.4 Các linh kiện liên quan 1.2.4.1 Điện trở Hình Hình dạng điện trở - Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật không dẫn điện điện trở vô lớn - Điện trở làm từ hợp chất cacbon kim loại tùy theo tỉ lệ pha trộn mà người ta tạo điện trở có trị số khác - Điện trở mạch đèn giao thông có tác dụng khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp 1.2.4.2 Tụ điện 10 Khối tín hiệu điều khiển Hình 21 Sơ đồ mạch nguyên lý khối tín hiệu điều khiển Khối điều khiển đèn 30 Hình 22 Sơ đồ mạch nguyên lý khối điều khiển đèn 3.2 Mô proteus Mô thời gian mặc định 31 32 Hình 23 Sơ đồ mô trạng thái đèn giao thông theo thời gian mặc định Mô thời gian ban đêm Hình 24 Sơ đồ mô trạng thái đèn giao thông ban đêm 33 3.3 Nguyên lý hoạt động: 3.3.1 Nguyên lý chung: Khi đèn đường 1(đx1) bật sáng lúc đèn đỏ đường (đđ2), đèn đỏ cho người đường 1(đđn1), đèn xanh người đường (đxn2) bật sáng Sau khoảng thời gian lập trình mặc định sẵn đx1 tắt, đèn vàng 1(đv1) bật lên Khi đv1 tắt đđ2, đđn1, đxn2 tắt lúc đèn xanh 2(đx2), đèn đỏ 1(đđ1), đèn đỏ cho người 2(đđn2), đèn xanh cho người 1(đxn1) bật sáng Lúc đèn vàng 2(đv2) bật lên lúc đx2 tắt, đv2 tắt chu kì lập lại với đđ2, đx1 Thường cụm ngã tư có hướng đường: hướng Việc hoạt động đèn có cách tính toán đối xứng với Đèn xanh hướng với đèn đỏ hướng lại Và đèn đỏ với đèn vàng đèn xanh hướng lại Cứ nút giao thông vận hành: Ngoài hướng cho người đèn đỏ hướng chiều người tham gia theo chiều 3.3.2 Nguyên lý hoạt động mạch: Khi IC 89C51 khởi động chương trình tự động điều khiển đếm lùi mặc định Khi đèn đường 1(đx1) bật sáng đếm lùi 25s Cùng lúc đèn đỏ đường (đđ2) bật sáng đếm lùi 30s, thời điểm đèn đỏ cho người đường 1(đđn1), đèn xanh người đường (đxn2) bật sáng Sau khoảng thời gian lập trình mặc định sẵn đx1 tắt, đèn vàng 1(đv1) bật lên đếm lùi 4s Khi đv1 tắt đđ2, đđn1, đxn2 tắt Cùng lúc đèn xanh 2(đx2), đèn đỏ 1(đđ1), đèn đỏ cho người 2(đđn2), đèn xanh cho người 1(đxn1) bật sáng theo thời gian thiết lập sẵn Lúc đèn vàng 2(đv2) bật lên lúc đx2 tắt, đv2 tắt chu kì lập lại với đđ2, đx1 Cứ nút giao thông vận hành - Công tắc nhấn SET để điều khiển chế độ thời gian mặc định thời gian thiết lập 34 - công tắc nhấn UP DOWN để điều chỉnh tăng giảm thời gian chạy cho led - Công tắc MODE để điều khiển chế độ ban ngày ban đêm - Nhấn công tắc EXIT để quay chế độ mặc định 3.4 Sơ đồ thuật toán Hình 25 Sơ đồ thuật toán mô hình điều khiển đèn giao thông 3.5 Soạn thảo chương trình ; điều khiển đèn giao thông ngã tư dx1 bit p0.0 dv1 bit p0.1 dd1 bit p0.2 dx2 bit p0.3 dv2 bit p0.4 dd2 bit p0.5 bgiay equ r2 tg1 equ r3 tg2 equ r4 tgx equ r5 tgv equ r6 u_tien bit p1.0 exit bit p1.1 mode bit p1.2 up bit p1.3 dwn bit p1.4 bmode equ r7 org 000h jmp main org 00bh jmp ngat_t0 35 main: mov tmod,#01h mov th0,#high(-50000) mov tl0,#low(-50000) clr tf0 setb tr0 mov ie,#82h mov bmode,#0 mov tgx,#25 mov tgv,#4 main1: mov p0,#0 setb dx1 setb dd2 mov tg1,05h mov a,tgv add a,tgx inc a mov tg2,a x1: mov bgiay,#0 lcall hex_bcd lcall bcd_7doan x0: lcall hienthi jnb u_tien,uu_tien jnb mode,adj cjne bgiay,#20,x0 dec tg1 dec tg2 cjne tg1,#0ffh,x1 cjne tg2,#0ffh,den_v clr dv1 clr dd2 setb dd1 setb dx2 jmp x3 den_v: clr dx1 setb dv1 36 mov tg1,06h ; gan tgv vao tg1 jmp x1 ;################################################################ x3: mov tg2,05h ; gan tgx vao tg2 mov a,tgv add a,tgx inc a mov tg1,a x5: mov bgiay,#0 lcall hex_bcd lcall bcd_7doan x4: lcall hienthi jnb u_tien,uu_tien jnb mode,adj cjne bgiay,#20,x4 dec tg1 dec tg2 cjne tg2,#0ffh,x5 cjne tg1,#0ffh,den_v1 jmp main1 den_v1: clr dx2 setb dv2 mov tg2,06h ; gan tgv vao tg1 jmp x4 ;################################################################ uu_tien: jnb u_tien,$ mov p0,#0 setb dv1 setb dv2 loop: jnb u_tien,uu_tien2 jb exit,loop jnb exit,$ jmp main ;################################################################ uu_tien2: jnb u_tien,$ mov p0,#0 setb dv2 setb dv1 37 loop1: jnb u_tien,uu_tien jb exit,loop1 jnb exit,$ jmp main ;################################################################ adj: lcall hienthi jnb mode,adj inc bmode cjne bmode,#3,b11 mov bmode,#0 jmp main1 ;################################################################ b11: mov p0,#0 cjne bmode,#1,ss1 setb dx1 mov tg1,05h jmp hthi ss1: setb dv1 mov tg1,06h hthi: lcall hex_bcd lcall bcd_7doan1 b12: lcall hienthi jnb mode,adj jnb up,tang jnb dwn,giam jmp b12 ;################################################################ tang: mov 60h,#100 tang1: lcall hienthi djnz 60h,tang1 cjne bmode,#1,ss11 inc tgx mov tg1,05h cjne tgx,#100,hthi mov tgx,#1 mov tg1,#1 jmp hthi 38 ss11: inc tgv mov tg1,06h cjne tgv,#100,hthi mov tgv,#1 mov tg1,#1 jmp hthi ;################################################################ giam: mov 60h,#100 giam1: lcall hienthi djnz 60h,giam1 cjne bmode,#1,ss111 dec tgx mov tg1,05h cjne tgx,#0,hthi mov tgx,#99 mov tg1,#99 jmp hthi ss111: dec tgv mov tg1,06h cjne tgv,#0,hthi mov tgv,#99 mov tg1,#99 jmp hthi ;################################################################ hex_bcd: mov a,tg2 mov b,#10 div ab mov 10h,b mov 11h,a mov a,tg1 mov b,#10 div ab mov 12h,b mov 13h,a ret ;################################################################ bcd_7doan: 39 mov dptr,#500h mov r0,#10h mov r1,#20h bc: mov a,@r0 movc a,@a+dptr mov @r1,a inc r0 inc r1 cjne r0,#14h,bc ret ;################################################################ bcd_7doan1: mov dptr,#500h mov r0,#12h mov r1,#22h bc1: mov a,@r0 movc a,@a+dptr mov @r1,a inc r0 inc r1 cjne r0,#14h,bc1 mov 20h,#0ffh mov 21h,#0ffh ret ;################################################################ hienthi: mov p2,20h clr p3.0 lcall delay setb p3.0 mov p2,21h clr p3.1 lcall delay setb p3.1 mov p2,22h clr p3.4 lcall delay setb p3.4 40 mov p2,23h clr p3.5 lcall delay setb p3.5 ret ;################################################################ ngat_t0: mov tl0,#low(-10000) mov th0,#high(-10000) inc bgiay reti ;################################################################ delay: mov 7fh,#255 djnz 7fh,$ ret ;################################################################ org 500h db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h end 41 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đề tài:“ xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông cho ngã tư Lê Công Thanh” dùng kỹ thuật vi xử lý kĩ thuật số Quá trình hoàn thành tránh khỏi sai sót Cùng với giúp đỡ nhiệt tình cô em hoàn thành đề tài Qua phần giúp bạn đọc hiểu rõ ứng dụng kỹ thuật vi xử lý kĩ thuật số thực tế, đồng thời hiểu kiến thức kỹ thuật vi xử lý kĩ thuật số chức vi mạch Trong năm gần công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ đời vi mạch với kích thước, đa dạng chức với giá thành giảm nhanh, khả lập trình ngày cao mang lại thay đổi sâu sắc ngành kĩ thuật điện tử , mạch số mức độ khác thâm nhập vào tất thiết bị điện tử thông dụng, chuyên dụng Vì đời kỹ thuật vi xử lý kĩ thuật số sở cho ngành kỹ thuật điện tử, kỹ thuật máy tính, tin học… báo cáo nhằm giúp đáp ứng thêm nhu cầu tiếp cận với vi mạch số Mục đích ứng dụng thực tế Qua trình thiết kế, chế tạo tránh khỏi sai sót khuyết điểm Vì em mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn đọc, từ em rút kinh nghiệm cho thân đồng thời 42 tìm nhược điểm viết Qua giúp em hoàn chỉnh hơn, tối ưu viết HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI Những khó khăn gặp phải thực hiện: Yêu cầu mạch điều khiển sử dụng IC vi xư lý IC số.Vì việc tránh xung nhiễu vấn đề khó khăn để mạch hoạt động Một số nguyên nhân: - Các mối hàn không chặt, đường mạch không trình thiết kế gia công mạch - Sử dụng nguồn 5V cho toàn hệ thống máy biến áp (qua chỉnh lưu ổn áp nguồn).Tuy nhiên, xụt áp IC led thanh, dòng cung cấp nguồn cho toàn hệ thống không đủ ; tín hiệu đèn điểu khiển không chuyển trạng thái theo trạng thái đếm, đèn led hiển thị sáng yếu Cách khắc phục : Nâng dòng cung cấp cho mạch cách thay nguồn cung cấp (sử dụng nguồn chiều máy vi tính, lấy điện áp đầu 5V) Hướng mở rộng đề tài Trên sở thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông ngã tư, mở rộng mô hình điều khiển với nhiều hướng khác điều khiển khu giao nhiều đường Đó việc liên kết cột đèn tín hiệu.Tín hiệu 43 cho phép đường (đèn xanh) lúc tín hiệu dừng lại (đèn đỏ) đường khác không chiều, hướng Ngoài ta thiết kế điền khiển đèn giao thông ưu tiên xe giới, ưu tiên cho đường theo chiều Ưu tiên xe giới so với người nghĩa : thời gian xe giới lớn thời gian dành cho người ( sử dụng chia tần) TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng (2004): Cấu trúc lập trình họ vi điều khiển 8051, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Ths Phạm Hồng Kim Khánh (2008): Giáo trình vi điều khiển, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Tống Văn On (2007): Họ vi điều khiển 8051, Nhà xuất lao động – xã hội http://www.alldatasheet.com http://www.luanvan.net.vn http://www.dientuvietnam.net http://www.ebook.edu.vn http://www.tailieu.vn Và số tài liệu khác 44