Thiết kế hệ thống đèn điều khiển giao thông – có đếm ngược

Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý MỤC LỤC I ĐẶT VẤN ĐỀ Trong hệ thống giao thông nước ta, vấn đề an toàn giao thông tránh ùn tắc đô thị thành phố lớn vấn đề cấp bách toàn xã hội quan tâm Vì phương tiện hướng dẫn giao thơng đóng vai trò quan trọng, góp phần hạn chế xung đột xảy tham gia giao thơng Tại thị hệ thống đèn điều khiển giao thông quan trọng Hệ thống đèn điều khiển giao thơng khơng có tác dụng hạn chế xung đột giao thông thành phố mà cơng cụ điều khiển luồng giao thơng nhằm hạn chế ùn tắc - vấn đề nan giải thành phố lớn Vì lí trên, chúng em định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống đèn điều khiển giao thơng – có đếm ngược” cho tập lớn môn học “Vi xử lý” http://www.ebook.edu.vn -1- -1- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý II PHUƠNG ÁN THIẾT KẾ Mô tả hoạt động hệ thống Mật độ giao thông phát triển mạnh mẽ thị lớn đòi hỏi hệ thống điều khiển giao thơng phải xác, linh hoạt, đơn giản hiệu cao Hệ thống đèn giao thông hai pha phần đáp ứng yêu cầu http://www.ebook.edu.vn -2- -2- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý Hình Mơ hình hệ thống đèn gia thông ngã tư pha Mỗi pha gồm cột đèn đối diện hiển thị giống đèn thời gian hiển thị đèn Như hình 1, cột đèn pha, cột đèn pha Mỗi cột đèn gồm đèn Xanh - Đỏ Vàng hệ thống đèn Led hiển thị thời gian sang đèn để điều khiển phương tiện giới  Hoạt động pha thứ nhất, bao gồm cột đèn cột đèn 3, sau: • Đèn xanh 1: 30 giây, hướng ứng với pha phép • Đèn vàng 1: giây, thông báo cho phương tiện ứng với pha giảm tốc độ, chuẩn bị dừng lại • Đèn đỏ 1: thời gian sáng đèn đỏ phải tổng thời gian sáng đèn xanh đèn vàng ( thuộc cột đèn pha thứ hai), đèn đỏ sáng phương tiện theo hướng phải dừng, nhường đường cho phương tiện hướng lại di chuyển • Khi đèn xanh đường sáng đèn xanh người đường sáng ngược lai http://www.ebook.edu.vn -3- -3- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý - Hoạt động pha thứ hai bao gồm cột đèn cột đèn 4, sau: • Đèn xanh 2: 45 giây, hướng ứng với pha phép • Đèn vàng 2: giây, thông báo cho phương tiện ứng với pha giảm tốc độ, chuẩn bị dừng lại • Đèn đỏ 2: thời gian sáng đèn đỏ phải tổng thời gian sáng đèn xanh đèn vàng ( thuộc cột đèn pha thứ nhất), tương tự đèn đỏ • Khi đèn xanh đường sáng đèn xanh người đường sáng ngược lai Phương án thiết kế Hiện việc sử dụng mạch số kết kợp với chíp vi điều khiển hệ thống điều khiển tự động trở nên phổ biến ưu việt như: độ xác, khả lập trình được, tốc độ điều khiển nhanh, sử dụng đơn giản,… Mặt khác kỹ thuật số, vi xử lý, vi điều khiển lĩnh vực phát triển mạnh mẽ có ứng dụng nhiều ngành sản xuất Vì vậy, ta thiết kế hệ thống điều khiển giao thông đơn giản, sử dụng vi điều khiển Tất tín hiệu điều khiển đưa đến khối hiển thị trực tiếp từ cổng vi điều khiển Phương án có đặc điểm mạch gọn nhẹ, khơng q phức tạp, cách thức bố trí linh kiện dễ dàng, lập trình đơn giản, dễ chỉnh sửa Sơ đồ khối hệ thống http://www.ebook.edu.vn -4- -4- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý Hình Sơ đồ khối hệ thống đèn giao thông http://www.ebook.edu.vn -5- -5- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý III THIẾT KẾ Khối xử lý 1.1 Giới thiệu chung vi điều khiển 8051 Vi điều khiển AT89C51 vi điều khiển thuộc họ 8051, loại CMOS, có tốc độ cao cơng suất thấp với nhớ Flash lập trình Nó sản xuất với công nghệ nhớ không bay mật độ cao hãng Atmel AT89C51 có 40 chân, đóng gói theo tiêu chuẩn PDIP Hình biểu diễn sơ đồ chân hình biểu diễn sơ đồ khối chức vi điều khiển Hình 3: Sơ đồ chân vi điều khiển 8051 Các đặc điểm tiêu chuẩn (của họ vi điều khiển 8051): • 4KB Flash ROM • 128 byte RAM • cổng vào/ra song song bit • định thời/đếm 16 bit • Kiến trúc vectơ ngắt mức (five vector two-level interrupt architecture) http://www.ebook.edu.vn -6- -6- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -• cổng nối tiếp song cơng (full-duplex) • Mạch tạo dao động chip mạch đồng hồ AT89C51 thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động có tần số giảm xuống hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm lượng lựa chọn phần mềm Chế độ nghỉ dừng CPU cho phép RAM, định thời/đếm, cổng nối tiếp hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động Chế độ nguồn giảm trì nội dung RAM khơng cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vơ hiệu hóa hoạt động khác chip có reset cứng 1.2 Chức chân tín hiệu 1.2.1 Các cổng vào/ra song song Vi xử lý 8051 có cổng vào/ra song song bit Port0, Port1, Port2, Port3 Các cổng sử dụng cổng vào cổng • Cổng Port0 (các chân 32÷39) : cổng vào/ra song song có hai chức Trong thiết kế cỡ nhỏ khơng dùng nhớ mở rộng, có chức đường vào/ra Trong thiết kế cỡ lớn có nhớ mở rộng trở thành bus địa bus liệu đa hợp • Cổng Port1 (các chân 1÷8): cổng vào/ra song song Các chân ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2, …có thể dùng cho giao tiếp với thiết bị cần Cổng Port1 khơng có chức khác, chúng dùng cho giao tiếp với thiết bị ngoại vi http://www.ebook.edu.vn -7- -7- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý Hình 4: Sơ đồ khối chức vi điều khiển 8051 • Cổng Port2 (các chân 21÷28): cổng vào/ra song song có tác dụng kép, dùng đường xuất nhập byte bus địa 16 bit thiết bị dùng nhớ mở rộng http://www.ebook.edu.vn -8- -8- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -• Cổng Port3 (các chân 10÷17): cổng vào/ra song song có tác dụng kép Khi khơng hoạt động xuất nhập chân cổng có nhiều chức riêng Bảng cho ta chức chân cổng Port3 Bảng 1: Các chức riêng chân cổng Port3 Bit P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Tên RxT TxD INT0 INT1 T0 T1 WR RD Chức chuyển đổi Đường vào liệu cổng nối tiếp Đường xuất liệu cổng nối tiếp Đường vào ngắt Đường vào ngắt Đường vào Bộ định thời/Bộ đếm thứ Đường vào Bộ định thời/Bộ đếm thứ Tín hiệu ghi liệu nhớ ngồi Tín hiệu đọc liệu nhớ ngồi 1.2.2 Các chân tín hiệu điều khiển Chân cho phép nhớ chương trình PSEN (Program Storage Enable): • Tín hiệu PSEN tín hiệu chân 29 có tác dụng kép • Cho phép đọc nhớ chương trình ngồi, thường nối đến chân OE (Output Enable) EPROM cho phép đọc byte mã lệnh Tín hiệu PSEN logic thời gian vi điều khiển tìm nạp lệnh Các mã lệnh đọc từ EPROM qua bus liệu chốt vào ghi lệnh IR vi điều khiển để giải mã • Khi vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội PSEN mức logic Chân cho phép chốt địa ALE/PROG (Address Latch Enable): • Chân tín hiệu ALE (chân 30) đưa xung điều khiển cho phép chốt byte thấp địa vi điều khiển truy xuất nhớ Chân đầu vào xung lập trình lập trình cho FLASH, chân tín hiệu mức • Khi hoạt động bình thường, tín hiệu ALE phát với tần số không đổi 1/6 tần số tạo dao động chip, http://www.ebook.edu.vn -9- -9- Báo cáo mơn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -sử dụng cho mục đích định thời Tuy nhiên, có xung ALE bị bỏ qua vi điều khiển truy xuất nhớ Chân tín hiệu truy xuất ngồi EA (External Access): • Tín hiệu vào EA (chân 31) nối với 5V (mức logic 1) với GND (mức 0) Nếu mức 1, vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu mức 0, vi điều khiển thi hành chương trình nhớ mở rộng • Chân EA lấy làm chân cấp nguồn 12V lập trình cho FLASH vi điều khiển Chân thiết lập lại RST (Reset): • Chân RST (chân 9) đường vào xóa vi điều khiển dùng để thiết lập lại hệ thống Khi chân tín hiệu đưa lên mức cao chu kì máy, ghi bên nạp giá trị thích hợp để khởi động hệ thống • RST kích cấp điện dùng mạch R-C Mạch sau: Hình 5: Mạch thiết lập lại cho 8051 • Trạng thái ghi vi điều khiển tóm tắt bảng Quan trọng ghi ghi đếm chương trình (PC – Program Counter) Sau thiết lập lại (RST trở mức thấp), ghi PC có giá trị 0000H, tức chương trình ln bắt đầu địa nhớ chương trình Nội dung RAM chip khơng bị thay đổi thiết lập lại http://www.ebook.edu.vn - 10 - -10- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý Hình 11 : Sơ đồ khối vi xử lý AT89C52 http://www.ebook.edu.vn - 22 - -22- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý Hình 12 : Khối Led khối giải mã 74HC595 Hình 13 : Cột đèn giao thông http://www.ebook.edu.vn - 23 - -23- HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG Báo Báo cáo mơn học:VI XỬ LÝ cáo Vi Xử Lý Chương trình điều khiển  Chương trình (File Main.c) : #include #define DELAY 500 //khai bao cac chuong trinh void _TachSo(char Dem, char *H1, char *H2); hang don vi cua thoi gian hien thi cuar led //Ham tach hàng chuc, void _HienThiLed(char H1, char H2, char H3, char H4, char H5, char H6, char H7, char H8);//Ham hien thi led void _DelayScan(char H1, char H2, char H3, char H4, char H5, char H6, char H7, char H8, int t); //Ham chon thu tu led sang //cac ham bat den void _DenXanh_1(void); void _DenVang_1(void); void _DenDo_1(void); void _DenXanh_2(void); void _DenVang_2(void); void _DenDo_2(void); // CHUONG TRINH CHINH void main(void) { //khai bao bien cuc bo o day http://www.ebook.edu.vn - 24 - -24- HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG Báo Báo cáo mơn học:VI XỬ LÝ cáo Vi Xử Lý -char H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8; // khai bao led signed char DenXanh_1=30,Den_Vang_1=3,Den_Do_1; gian hien thi cua den xanh=30s, vang=3s cot 1&3 // khai bao thoi signed char DenXanh_2=45,Den_Vang_2=3,Den_Do_2; gian hien thi cua den xanh=45s, vang=3s cot 2&4 // khai bao thoi signed char Dem=0; // bien dem // ham khoi tao ic74HC595 _KhoiTao74HC595(); // khoi tao bien cho den xanh vang DEN_XANH_1=0; DEN_VANG_1=0; DEN_DO_1=0; DEN_XANH_2=0; DEN_VANG_2=0; DEN_DO_2=0; while(1) { Den_Do_1 = DenXanh_2 + Den_Vang_2; // thoi gian DenDo1= thoi gian DenXanh2+DenVang2 Den_Do_2 = DenXanh_1 + Den_Vang_1; // thoi gian DenDo2= thoi gian DenXanh1+DenVang1 _DenDo_1(); //bat Den Do cot 1&3 for(Dem=Den_Do_1;Dem>=0;Dem ) DenDo1 cua cot 1&3 http://www.ebook.edu.vn //Vong lap cho thoi gian hien thi - 25 - -25- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -{ // So sanh, thoi gian hien thi cua DenDo1 0x01 //0100 0000 -> 0000 0010 => 0x02 //0010 0000 -> 0000 0100 => 0x04 //0001 0000 -> 0000 1000 => 0x08 //0000 1000 -> 0001 0000 => 0x10 http://www.ebook.edu.vn - 28 - -28- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -//0000 0100 -> 0010 0000 => 0x20 //0000 0010 -> 0100 0000 => 0x40 //0000 0001 -> 1000 0000 => 0x80 P2 = HienThiSo[H1]; _TruyenData(ThuTuLED[7]); delay_ms(1); _TruyenData(ThuTuLED[8]); P2 = HienThiSo[H2]; _TruyenData(ThuTuLED[6]); delay_ms(1); _TruyenData(ThuTuLED[8]); P2 = HienThiSo[H3]; _TruyenData(ThuTuLED[5]); delay_ms(1); _TruyenData(ThuTuLED[8]); P2 = HienThiSo[H4]; _TruyenData(ThuTuLED[4]); delay_ms(1); _TruyenData(ThuTuLED[8]); P2 = HienThiSo[H5]; _TruyenData(ThuTuLED[3]); delay_ms(1); http://www.ebook.edu.vn - 29 - -29- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -_TruyenData(ThuTuLED[8]); P2 = HienThiSo[H6]; _TruyenData(ThuTuLED[2]); delay_ms(1); _TruyenData(ThuTuLED[8]); P2 = HienThiSo[H7]; _TruyenData(ThuTuLED[1]); delay_ms(1); _TruyenData(ThuTuLED[8]); P2 = HienThiSo[H8]; _TruyenData(ThuTuLED[0]); delay_ms(1); _TruyenData(ThuTuLED[8]); } //Ham hien thi led void _DelayScan(char H1, char H2, char H3, char H4, char H5, char H6, char H7, char H8, int t) { t=t/8; while(t>0) { t ;// giup hien thi thoi gian nguoc _HienThiLed(H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8); } http://www.ebook.edu.vn - 30 - -30- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -} // Cac Ham bat den xanh, do, vang tai cac cot den void _DenXanh_1(void) { DEN_XANH_1=1; DEN_VANG_1=0; DEN_DO_1=0; } void _DenVang_1(void) { DEN_XANH_1=0; DEN_VANG_1=1; DEN_DO_1=0; } void _DenDo_1(void) { DEN_XANH_1=0; DEN_VANG_1=0; DEN_DO_1=1; } void _DenXanh_2(void) { DEN_XANH_2=1; DEN_VANG_2=0; http://www.ebook.edu.vn - 31 - -31- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -DEN_DO_2=0; } void _DenVang_2(void) { DEN_XANH_2=0; DEN_VANG_2=1; DEN_DO_2=0; } void _DenDo_2(void) { DEN_XANH_2=0; DEN_VANG_2=0; DEN_DO_2=1; }  Chương trình khởi tạo IC 74HC595 truyền liệu tới Led (File 74HC595.c) #include //Ham khoi tao IC 74HC595 void _KhoiTao74HC595(void) { SH_CP=0; DS=0; ST_CP=0; } //Ham truyen du lieu tu IC74HC595 den led http://www.ebook.edu.vn - 32 - -32- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý -void _TruyenData(unsigned char Data) { unsigned char SoLanDich, Tam; for(SoLanDich=0;SoLanDich 0b10000000 //0b00000001 //0b11000011 Tam=Data & (0x80>>SoLanDich);//gui bit cao di truoc if(Tam!=0) { DS=1; } else { DS=0; } SH_CP=0; SH_CP=1; } ST_CP=0; ST_CP=1; }  Chương trình khai báo kết nối đèn giao thông ( File Main.h): http://www.ebook.edu.vn - 33 - -33- HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG Báo Báo cáo mơn học:VI XỬ LÝ cáo Vi Xử Lý -#define _Main_h_ #include #include #include #include //khai bao chan ket noi led on //sbit LED_1 = P1^0; //#define LED_1 P1_0 //khai bao ket noi den giao thong sbit DEN_XANH_1 = P3^0; sbit DEN_VANG_1 = P3^1; sbit DEN_DO_1 = P3^2; sbit DEN_XANH_2 = P3^3; sbit DEN_VANG_2 = P3^4; sbit DEN_DO_2 = P3^5; Kết mô http://www.ebook.edu.vn - 34 - -34- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý http://www.ebook.edu.vn - 35 - -35- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý Hình 14 + 15 + 16: Kết chạy mô http://www.ebook.edu.vn - 36 - -36- ... mẽ có ứng dụng nhiều ngành sản xuất Vì vậy, ta thiết kế hệ thống điều khiển giao thông đơn giản, sử dụng vi điều khiển Tất tín hiệu điều khiển đưa đến khối hiển thị trực tiếp từ cổng vi điều khiển. .. hỏi hệ thống điều khiển giao thơng phải xác, linh hoạt, đơn giản hiệu cao Hệ thống đèn giao thông hai pha phần đáp ứng yêu cầu http://www.ebook.edu.vn -2- -2- Báo cáo môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU... môn học:VI XỬ LÝ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Báo cáo Vi Xử Lý II PHUƠNG ÁN THIẾT KẾ Mô tả hoạt động hệ thống Mật độ giao thông phát triển