bài tập vi xử lý điều khiển đèn giao thông Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng về mặt của khoa học kỹ thuật,xã hội ngày càng văn minh hiện đại,các đô thị ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt là khu vực thành thị. Do nhu cầu đời sống của con người, đặc biệt là nhu cầu đi lại,các phương tiện giao thông đã tăng một cách chóng mặt. Riêng ở Việt Nam,số lượng phương tiện giao thông đã tăng chóng mặt trong những năm qua,trong khi đó thì chất lượng đường xá còn hạn chế thường xảy ra ùn tắt và tai nạn giao thông ngày càng phổ biến và trở thành mối hiểm họa đối với nhiều người. Vì lý do này các luật giao thông đã đươc ra đời và đước áp dụng một cách phổ biến. Trong đó, đèn giao thông là công cụ điều khiển giao thông công cộng thực tế và hiệu quả và có vai trò quan trọng trong việc giảm tải ùn tắc và tai nạn giao thông
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: VI XỬ LÝ TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI:Điều khiển đèn ngã tư giao thơng GV HƯỚNG DẪN: Nhóm SV thực hiện: Hà Nội – 2018 Mục lục Lời nói đầu Chương CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÍ TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Cấu trúc hệ thống đo lường điều khiển có sử dụng Vi xử lý .7 1.1.1 Tổng quan 1.1.2 Ứng dụng Vi xử lý – vi điều khiển 1.1.2.1 Trong sản phẩm dân dụng 1.1.2.2 Trong quảng cáo 1.1.2.3 Các máy móc dân dụng 1.1.2.4 Các sản phẩm giải trí .9 1.1.2.5 Trong thiết bị y tế 1.1.2.6 Các sản phẩm công nghiệp 1.1.3 1.2 Cấu trúc chung hệ vi xử lí .10 Một số vi điều khiển thông dụng Việt Nam 11 1.2.1 Vi điều khiển 8051 11 1.2.2 Vi điều khiển AVR 13 1.2.3 Vi điều khiển PIC .15 1.2.4 Vi điều khiển ARM 16 1.3 Tổng quan ngôn ngữ C hàm thường dùng Vi điều khiển 18 1.3.1 Tổng quan ngôn ngữ C 18 1.3.2 Một số hàm thông dụng dùng lập trình cho Vi điều khiển 19 1.3.2.1 Cấu trúc rẽ nhánh if dạng khuyết 19 1.3.2.2 Cấu trúc rẻ nhánh if dạng đầy đủ 19 1.3.2.3 Cấu trúc điều khiển switch 19 1.3.2.4 Cấu trúc lặp while 20 1.3.2.5 Cấu trúc lặp while 20 1.3.3 Các kiểu liêu thường dùng vi điều khiển 21 1.3.3.1 Kiểu ký tự (char) 21 1.3.3.2 Kiểu số nguyên 21 1.3.3.3 Kiểu số thực 22 Chương 2.1 Cấu trúc phần cứng 8051 thành phần 22 Cấu trúc phần cứng 8051 22 2.1.1 Sơ đồ khối 8051 22 2.1.2 2.2 Sơ đồ chân chức chân vi điều khiển 23 Các chức Timer/counter Ngắt 8051 .28 2.2.1 Timer/count 8051 28 2.2.1.1 Giới thiệu chung Timer/counter 28 2.2.1.2 Các ghi Timer/counter 28 2.2.1.3 Các chế độ Timer/counter 29 2.2.1.4 Các bước lập trình cho chế độ .30 2.2.2 Ngăt 8051 31 2.2.2.1 Định nghĩa ngắt cấu trúc khai báo trình phục vụ ngắt .31 2.2.2.2 Các ghi điều khiển ngắt 32 2.2.2.3 Cách khởi tạo chương trình ngắt 34 Chương Xây dựng ứng dụng sở 8051 35 3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG .35 3.1.1 Cấu trúc hệ thống đèn giao thông .35 3.1.2 Cấu tạo .36 3.1.2.1 Các linh kiện sử dụng hệ thống đền giao thông sử dụng vi điều khiển .36 3.1.2.2 Các thành phần hệ thống điều khiển đèn giao thông sử dụng vi điều khiển 36 3.1.2.3 khiển Nguyên Lý hoạt động hệ thống đèn giao thông sử dụng vi điều 37 3.2 Lưu đồ thuật toán 38 3.3 Chương trình điều khiển xây dựng Keil C 39 3.4 Kết mô phỏng, thiết kế mạch nguyên lý thực nghiệm mạch thực 43 3.5 Mở rộng thêm chức chương trình 44 3.6 Kết luận .44 Danh mục bảng Bảng 1:Bảng giá trị kiểu số nguyên 18 Bảng 2:Giải giá trị kiểu liệu số thực 18 Bảng 3:Bảng mô tả chức riêng cổng 21 Bảng 4:Các ghi cho Timer/counter : 24 Bảng 5:Chế độ hoạt động cho Timer 25 Bảng 6:Bảng vector ngắt 8051 28 Danh mục hình vẽ Hình 1:Bộ vi xử lý Intel 80486DX2 .7 Hình 2:Sơ đồ khối hệ vi xử lý 10 Hình 3:Sơ đồ chân 8051 .11 Hình 4:Sơ đồ khối 8051 .12 Hình 5:Sơ đồ chân AVR .14 Hình 6:Sơ đồ khối AVR .15 Hình 7:Sơ đồ khối chức 8051 23 Hình 8:Sơ đồ chân 8051 .24 Hình 9:Sơ đồ mạch reset ngồi 8051 25 Hình 10:Sơ đồ mạch dao động cấp cho 8051 .26 Hình 11:Nối điện trở kéo cho cơng P0 8051 .27 Hình 12:Mơ hình đèn giao thơng ngã tư .36 Hình 13:Giản đồ thời gian cho chế độ 37 Hình 14:Lưu đồ thuật tốn 38 Hình 15: Mơ mạch điều khiển 43 Hình 16: Mơ mạch đèn giao thơng ngã tư 44 Hình 17:Mơ hình thực tế .45 Lời nói đầu Trong thời đại ngày nay,khi nhân loại trải qua bước tiến vượt bậc khoa học kỹ thuật, lĩnh vực vi điều khiễn có nhiều phát triển vượt bậc Các vi xử lý ngày phát triển hoàn thiện hơn, sử dụng hầu hết hệ thống điều khiển tự động công nghiệp, khoa học kỹ thuật, thiết bị dân dụng Chính nhờ vai trò chức vi xử lý đem lại nhiều tính đặc biệt cho hệ thống điều khiển thay người cơng việc đòi hỏi phức tạp yêu cầu kỹ thuật cao Để áp dụng tính đặc biệt vi xử lý vào thực tiễn nhóm sinh viên chúng em với hướng dẫn tận tình thầy giáo tiến hành nghiên cứu thực đề tài: “Điều khiển đèn ngã tư giao thơng” Với mơ hình giúp điều khiển hệ thống đèn đường tắt mở theo thời gian quy đinh mà không cần tới kiểm soát thường xuyên người Trong hệ thống chúng em sử dụng chip AT89S52 Ngồi chúng em sử dụng linh kiện phụ trợ khác Cùng với hỗ trợ đăc lực phần mềm Keil C, Proteus, Progisp giúp đề tài hoàn thiện Chúng em xin đước gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo tận tình giúp đỡ chúng em dồn thiện tập lớn.Chúng em mơng nhận góp ý thầy để chúng em hoàn thiện báo cảo tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! Chương CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÍ TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Cấu trúc hệ thống đo lường điều khiển có sử dụng Vi xử lý 1.1.1 Tổng quan Vi xử lý (viết tắt µP hay uP), đơi gọi vi xử lý, linh kiện điện tử chế tạo từ tranzito thu nhỏ tích hợp lên vi mạch tích hợp Khối xử lý trung tâm (CPU) vi xử lý nhiều người biết đến nhiều thành phần khác máy tính có vi xử lý riêng nó, ví dụ card hình (video card) có vi xử lý Hình 1:Bộ vi xử lý Intel 80486DX2 Trước xuất vi xử lý, CPU xây dựng từ mạch tích hợp cỡ nhỏ riêng biệt, mạch tích hợp chứa khoảng vào chục tranzito Do đó, CPU bảng mạch gồm hàng ngàn hay hàng triệu vi mạch tích hợp ngày nay, cơng nghệ tích hợp phát triển, CPU tích hợp lên vài vi mạch tích hợp cỡ lớn, vi mạch tích hợp cỡ lớn chứa hàng ngàn hàng triệu tranzito Nhờ cơng suất tiêu thụ giá thành vi xử lý giảm đáng kể Vi điều khiển máy tính tích hợp chíp, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp (khác với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với khối ngoại vi nhớ, mô đun vào/ra, mô đun biến đổi số sang tương tự tương tự sang số, Ở máy tính mơ đun thường xây dựng chíp mạch ngồi Vi điều khiển thường dùng để xây dựng hệ thống nhúng Nó xuất nhiều dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v Hầu hết vi điều khiển ngày xây dựng dựa kiến trúc Harvard, kiến trúc định nghĩa bốn thành phần cần thiết hệ thống nhúng Những thành phần lõi CPU, nhớ chương trình (thơng thường ROM nhớ Flash), nhớ liệu (RAM), vài định thời cổng vào/ra để giao tiếp với thiết bị ngoại vi mơi trường bên ngồi - tất khối thiết kế vi mạch tích hợp Vi điều khiển khác với vi xử lý đa chỗ hoạt động với vài vi mạch hỗ trợ bên 1.1.2 Ứng dụng Vi xử lý – vi điều khiển Vi xử lý, chip loại máy tính ngày nay, nên hẳn biết rõ có ứng dụng Ở đây, nói đên ứng dụng vi điều khiển Vi điều khiển dùng thiết kế loại máy tính nhúng Máy tính nhúng có hầu hết thiết bị tự động, thông minh ngày Chúng ta dùng vi điều khiển để thiết kế điều khiển cho sản phẩm như: 1.1.2.1 Trong sản phẩm dân dụng Cửa tự động ,khóa số Tự động điều tiết ánh sáng thông minh (bật/tắt đèn theo thời gian, theo cường độ ánh sáng, ) Điều khiển thiết bị từ xa (qua điều khiển, qua tiếng vỗ tay, ) Điều tiết ẩm, điều tiết nhiệt độ, điều tiết khơng khí, gió Hệ thống vệ sinh thông minh, 1.1.2.2 Trong quảng cáo Các loại biển quảng cáo nháy chữ Quảng cáo ma trận LED (một màu, màu, đa màu) Điều khiển máy bạt quảng cáo, 1.1.2.3 Các máy móc dân dụng Máy điều tiết độ ẩm cho vườn Buồng ấp trứng gà/vịt Đồng hồ số, đồng hồ số có điều khiển theo thời gian 1.1.2.4 Các sản phẩm giải trí Máy nghe nhạc Máy chơi game Đầu thu kỹ thuật số, đầu thu set-top-box, 1.1.2.5 Trong thiết bị y tế Máy móc thiết bị hỗ trợ: máy đo nhịp tim, máy đo đường huyết, máy đo huyết áp, điện tim đồ, điện não đồ,… Máy cắt/mài kính Máy chụp chiếu (city, X-quang, ) 1.1.2.6 Các sản phẩm công nghiệp Điều khiển động Điều khiển số (PID, mờ, ) Đo lường (đo điện áp, đo dòng điện, áp suất, nhiệt độ, ) Cân băng tải, cân toa xe, cân ô tô, Máy cán thép: điều khiển động máy cán, điều khiển máy quấn thép, Làm điều khiển trung tâm cho RoBot Ổn định tốc độ động Đếm sản phẩm nhà máy, xí nghiệp,… Máy vận hành tự động (dạng CNC) 1.1.3 Cấu trúc chung hệ vi xử lí Sơ đồ khối máy tính cổ điển Hình 2:Sơ đồ khối hệ vi xử lý - ALU (đơn vị logic số học): thực toán cho máy tính bao gồm: +, *, /,-, phép tốn logic, … - Control (điều khiển): điều khiển, kiểm soát đường liệu thành phần máy tính - Memory (bộ nhớ): lưu trữ chương trình hay kết trung gian - Input (nhập), Output (Xuất): xuất nhập liệu (còn gọi thiết bị ngoại vi) Về kiến trúc vi xử lý gồm phần cứng sau: Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit) Các nhớ (Memories) Các cổng vào/ra (song song (Parallel I/O Ports), nối tiếp (Serial I/O Ports)) Các đếm/bộ định thời (Timers) Hệ thống BUS (Địa chỉ, liệu, điều khiển) Ngoài với loại vi điều khiển cụ thể có thêm số phần cứng khác biến đổi tương tự-số ADC, biến đổi số-tương tự DAC, 10 { //chương trình phục vụ ngắt } + Hàm ngắt không phép trả lại giá trị hay truyền biến vào hàm + Tên hàm + interrupt từ khóa phân biệt hàm ngắt với hàm thường + Nguồn ngắt từ tới theo bảng vector ngắt - Hàm ngắt khác hàm bình thường chỗ Hàm bình thường ví dụ hàm delay, bạn gọi thực hiện, có nghĩa có vị trí cố định tiến trình hàm main, có nghĩa bạn biết xảy Còn hàm ngắt khơng có tiến trình cố định, điều kiện ngắt xảy lúc tiến trình hàm main có điều kiện ngắt hàm ngắt gọi tự động Bắt đầu chương trình có ngắt: -Trước bắt đầu cho chạy chương trình ta phải cho phép ngắt tồn cục xảy cách gán EA(Enable All interrupt) 1, ngắt xảy -Thường vào đầu chương trình(hàm main) trước vòng while(1) đặt cơng việc khởi tạo, cấu hình cho phép kiểm tra ngắt Ví dụ với định thởi timer ta gán giá trị phù hợp cho ghi TCON( Timer CONtrol) TF1: Cờ tràn định thời TR1: Bít điều khiển hoạt động định thời TF0: Cờ tràn định thời TR0: Bit điều khiển hoạt động định thời IE1: Cờ ngắt bên IT1: Bit điều khiển ngắt để tạo ngắt IE0: Cờ ngắt bên IT0: Bit điều khiển ngắt để tạo ngắt Chương Xây dựng ứng dụng sở 8051 3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG Ngày với phát triển nhanh chóng mặt khoa học kỹ thuật,xã hội ngày văn minh đại,các đô thị ngày lên Nhu cầu giao thông ngày 33 trở nên cấp thiết, đặc biệt khu vực thành thị Do nhu cầu đời sống người, đặc biệt nhu cầu lại,các phương tiện giao thông tăng cách chóng mặt Riêng Việt Nam,số lượng phương tiện giao thơng tăng chóng mặt năm qua,trong chất lượng đường xá hạn chế thường xảy ùn tắt tai nạn giao thông ngày phổ biến trở thành mối hiểm họa nhiều người Vì lý luật giao thông đươc đời đước áp dụng cách phổ biến Trong đó, đèn giao thông công cụ điều khiển giao thông công cộng thực tế hiệu có vai trò quan trọng việc giảm tải ùn tắc tai nạn giao thông 3.1.1 Cấu trúc hệ thống đèn giao thơng Hình 12:Mơ hình đèn giao thơng ngã tư 3.1.2 Cấu tạo Hệ thống đèn giao thông hay hệ thống điều khiển giao thông bao gồm trụ đèn đặt đầu đường ngã tư Mỗi cột có đèn, đèn :đèn xanh đèn vàng,đèn đỏ, đèn lại đèn sang đường,cho phương tiện cho người 3.1.2.1 Các linh kiện sử dụng hệ thống đền giao thông sử dụng vi điều khiển Vi điều khiển AT89S52 34 LED anot chung, 24 Led đơn xanh,đỏ led đơn vàng Nút nhấn điều khiển Điện trở 10K ,các điện trở cần dùng, tụ điện linh kiên phụ trợ 3.1.2.2 Các thành phần hệ thống điều khiển đèn giao thông sử dụng vi điều khiển Hệ thống đèn giao thông ồm yếu tố sau: Mạch điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển AT98S52 Mạch dao động reset Mạch hiển thị thời gian trạng thái đèn Nút bấm điều khiển trạng thái đèn 3.1.2.3 Nguyên Lý hoạt động hệ thống đèn giao thông sử dụng vi điều khiển Mạch đèn giao thông hoạt động dựa nội dung lập trình cho AT89S52, có tác động từ nút nhấn điều khiển mạch hoạt động theo thời gian yêu cầu AT89C52 đưa liêu đến Led xanh ,đỏ, vàng để điều khiển Led đóng hay mở Led nhận liệu từ trung tâm để thực đếm lùi thời gian theo yêu cầu đề *Chế độ 1: Các chế độ đèn cột giống tương tự với cột số số Đèn xanh sáng 3s Đèn vàng 1s Đèn đỏ 4s 35 Hình 13:Giản đồ thời gian cho chế độ *Chế độ 2: Đèn vàng nhấp nháy 5s sáng, 5s tối Để chuyển từ chế độ sang chế độ ta sử dụng nút ấn MOD2 3.2 Lưu đồ thuật tốn 36 Hình 14:Lưu đồ thuật tốn 3.3 Chương trình điều khiển xây dựng Keil C #include unsigned char k,i,a,b ; char z; sbit sangdx1 = P3^4; sbit sangdd1 = P3^5; sbit sangdx2 = P3^6; sbit sangdd2 = P3^7; unsigned char ma1[]={0x79,0x24,0x30,0x19,0x12}; 37 unsigned char ma2[]={0x79,0x24,0x30,0x19,0x12}; void Delay_ms( int time) { while (time ) { TMOD = 0x01; TH0=0xfc; TL0=0x18; TR0=1; while(!TF0); TF0=0; TR0=0; } } char den1 () { k=1; return k; } char den2 () { k=2; return k; } void chedo1() interrupt 0{ 38 den1(); } void chedo2() interrupt 2{ den2(); } unsigned char delay_1s_cd1() { unsigned char t ; a=0; for(t=0;t=0;z ) { P0 = ma1[z]; P1 = 0x79; delay_1s_cd1(); if(a!=0) break; } P2=0xDE;sangdd1 =0;sangdx2 =0;sangdx1 =1;sangdd2 =1; for(z=2 ;z>=0;z ) { P0 = ma1[z+1]; P1 = ma2[z]; delay_1s_cd1(); if(a!=0) break; } P2=0xEE;sangdd1 =0;sangdx2 =0; for(z=0;z>=0;z ) { 41 P0 =0x79; P1 = ma2[z]; delay_1s_cd1(); if(a!=0) break; } if(a!=0) while(1) { a=0; sangdx1 = 1;sangdd1 = 1; sangdx2 = 1; sangdd2 = 1; P2 =0xED; for(z=4;z>=0;z ) { P1 = ma1[z]; P0 = ma2[z]; delay_1s_cd2(); if(b!=0) break; } P2 =0xFF; for(z=4;z>=0;z ) { P1 = ma1[z]; 42 P0 = ma2[z]; delay_1s_cd2(); if(b!=0) break; } if(b!=0) break; } } 3.4 }Kết mô phỏng, thiết kế mạch nguyên lý thực nghiệm mạch thực Hình 15: Mơ mạch điều khiển 43 Hình 16: Mô mạch đèn giao thông ngã tư 44 Hình 17:Mơ hình thực tế 3.5 Mở rộng thêm chức chương trình Theo thiết kế thức hiệu điều khiển đèn giao thông ngã tư theo hai hướng ngược chiều nhau, thiết kế phức tạp nên ta mở rộng thêm việc 45 điều khiển tạo ngã tư theo bốn hướng hướng, đồng thời liên kết ngã tư với cách tính khoảng cách ngã tư tính vận tốc trung bình xe mà ta tạo thời gian trễ để từ ngã tư đến ngã tư khác ta k phải dừng xe lại Như tránh ách tắc giao thơng lộn xộn khơng lên có ngã tư đồng thời giảm thiểu tai nạn giao thơng ngày tăng 3.6 Kết luận Thiết kế thiết kế nhỏ chúng em giải hệ thống giao thông ngã tư theo hướng Mặc dù chưa nhiều chức mong muốn vấn đề hệ thống đưa từ ta phát triển thêm ý tưởng khác Trong q trình làm có nhiều sai sót phạm lỗi nhỏ chúng em mong thầy bỏ qua cho chúng em Nhóm chúng em cảm ơn thầy hướng dẫn giúp đỡ chúng em thực đồ án môn 46 47 ... làm chương trình chạy nhanh 18 Biên dịch (compile): C cho phép biên dịch nhiều tập tin chương trình riêng rẽ thành tập tin đối tượng (object) liên kết (link) đối tượng lại với thành chương trình... khiển (Control) Về mặt vật lý tín hiệu đường nhỏ dẫn điện nối từ CPU đến ngoại vi chí ngoại vi với Tập hợp đường tín hiệu có chức gọi bus Như ta có bus địa chỉ, bus liệu bus điều khiển 1.2 Một số... khiển cho phép người thiết kế tối ưu hố chế độ tiêu thụ lượng mà đảm bảo tốc độ xử lý Lõi AVR có tập lệnh phong phú với số lượng với 32 ghi làm việc chung với Tất 32 ghi nối trực tiếp với ALU (Arithmetic