PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù cụm từ RISC chưa được sử dủng thời bấy giờ, nhưng PIC th t sự là một vi điều khi n với kiến tr៸c RISC, chạy một lệnh một chu kỳ má
Trang 1TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Người thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy côtrong khoa Điện – Điện Tử, và nhất là quý Thầy cô thuộc bộ môn Điện Tử CôngNghiệp đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho người thực hiện đồ
án trong thời gian vừa qua
Đặc biệt người thực hiện xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Võ Xuân Nam
v sự t n t nh hướng d n và tạo nh ng điều kiện thu n lợi nhất cho người thực hiện
đồ án c th thực hiện và hoàn thành t t đề tài này
Người thực hiện đồ án c ng không quên cảm ơn các bạn trong lớp đã trao
đ i, g p ý đ người thực hiện hoàn thành đề tài này một cách t t đ p và đ៸ng thờigian
Mặc dù đã c nhiều c gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do kiến thức c ngnhư khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá tr nh thực hiện đề tài không
th tránh khỏi nh ng sai phạm, thiếu s t…Rất mong nh n được sự g p ý, chỉ d n từnơi quý thầy cô và các bạn sinh viên
Người thực hiện đề tài:
Trang 3CÁC YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI
Trang 4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
1 Quy n báo cáo ĐAMH được tr nh bày c đ៸ng m u?
2 Nội dung báo cáo c đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài?
3 Các bản vẽ (A3, A4) c đ៸ng m u?
4 Phần cứng, phần mềm của ĐAMH c đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài?
5 Các ý kiến khác
6 Đi m :
TP.HCM, Ngày Tháng Năm 2020
Giáo viên hướng d n
(GV ký tên và ghi rõ họ tên)
Trang 5MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN i
CÁC YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH v
LỜI NÓI ĐẦU vii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
1.1: Đặc vấn đề 1
1.2: Nhiệm vụ đề tài 1
1.3: Giới hạn đề tài 1
1.4: Các đ i tượng nghiên cứu 1
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ 2
2.1 Giới thiệu về PIC 2
2.1.1 T ng quan về họ vi điều khi n 2
2.1.2 Giới thiệu về PIC16F8XX 2
2.1.3 Giới thiệu về PIC16F877A 3
2.2 Giới thiệu về các linh kiện khác 10
2.2.1 Điện trở 10
2.2.2 Tụ điện 11
2.2.3 Transistor 11
2.2.4 Led 7 đoạn 12
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 14
3.1 Phần thiết kế 14
3.1.1 Sơ đồ thu t toán 14
3.1.2 Sơ đồ nguyên lí 15
3.1.3 Kh i nguồn 16
3.1.4 Kh i điều khi n 16
3.1.5 Kh i hi n thị 16
3.2 Phần thi công mạch 17
Trang 63.2.1 Sơ đồ board của mach điều khi n đèn giao thông 17
3.2.2 Mô h nh đèn giao thông 18
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
PHỤ LỤC 21
Trang 7DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
H nh 2- 1: PIC 16F877 3
H nh 2- 2: Sơ đồ chân 16F877A 5
H nh 2-3: Sơ đồ kh i vi điều khi n 16F877A 6
H nh 2-4: Điện trở 11
H nh 2-5: Tụ g m 11
H nh 2-6: Transistor C1815 12
H nh 2-7: Led 7 đoạn hai s 12
H nh 2-8: Hi n thị s của led 7 đoạn 13
H nh 3-1: Lưu đồ t ng 14
H nh 3-2: Lưu đồ 1 14
H nh 3-3: Lưu đồ 2 15
H nh 3-4: Kh i nguồn 16
H nh 3-5: Kh i điều khi n 16
H nh 3-6: Kh i hi n thị 17
H nh 3-7 : Sơ đồ mạch kh i nguồn và kh i điều khi n 17
H nh 3-8: Sơ đồ mạch kh i hi n thị 18
H nh 3-9: Mô h nh đèn giao thông 18
Trang 8LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, qua nh ng ứng dụng của khoa học k thu t tiên tiến, thế giới củach៸ng ta đã và đang ngày một thay đ i, văn minh và hiện đại hơn rất nhiều Sự pháttri n của k thu t điện tử đã tạo ra hàng loạt thiết bị ngày càng thông minh, tiệndụng, hiệu quả và thân thiện với môi trường người dùng
Là một nước đang phát tri n, vấn đề ứng dụng khoa học công nghệ trongthời k công nghiệp h a, hiện đại h a như hiện nay lại trở thành một yêu cầu cấpbách và cần thiết hơn bao giờ hết Chính v v y, trong nh ng năm qua, nước ta đãch៸ trọng đầu tư rất nhiều đến các ngành công nghệ cao, đặc biệt là trong l nh vựcđiện tử, tự động h a
Xuất phát từ nhu cầu thực tế qua nh ng ứng dụng tiện ích và hiệu quả, người
thực hiện đã quyết định chọn đề tài “Mạch đèn giao thông ngã tư”.
Tuy đã c gắng thực hiện đồ án trong sự nghiêm t៸c và trách nhiệm nhất, nhưng dokhả năng nghiên cứu c ng như kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên không thtránh khỏi nh ng sai phạm và thiếu s t Rất mong nh n được nh ng ý kiến đ ng
g p tích cực từ Thầy cô và các bạn
Trang 9CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
3CCCcCCCCC
Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1: Đặc vấn đề.
Với mỗi dân tộc, đ kinh tế phát tri n th sự phát tri n về khoa học, k thu t
là th t sự cần thiết và đặc biệt quan trọng với sự phát tri n mạnh mẽ của kinh tếnhư hiện nay, giao thông đang là môt bài toán kh đòi hỏi nhiều ngành nhiều cấpphải quan tâm và t m ra các hướng giải quyết đ làm giảm bớt nh ng kh khăn đ
c ng như làm cho việc lưu thong trên các tuyến đường được thông thoáng và giảmthi u tai nạn, th việc đặt các cột đèn giao thông tại các ngã và thời gian quy địnhcho phép đi và cấm đi của các tuyến là đặc biệt quan trọng
Đ i với một ngã tư, tại mỗi thời đi m trong ngày th sự lưu thông ở mỗi ngã
tư là rất quan trọng V thế , một chương tr nh điều khi n đèn giao thông đ ngã tưđược lưu thông một cách t t nhất là cần thiết và hết sức quan trọng.Với nh ng nh nđịnh như thế và quyết định chọn đề tài“Đèn giao thông ngã tư” này.
1.2: Nhi m v đề tài.
Thiết kế và thi công mạch thực hiện các chức năng:
- Điều khi n tự động: Mạch đèn tự hoạt động theo chế độ cài đặt sẵn
- Điều khi n thủ công: Điều khi n hoạt động hai đèn xanh và đỏ ở haicột đèn giao thông kế nhau
1.3: Giới hạn đề tài.
Với quy mô là đồ án môn học, nên nh m ch៸ng em đã c gắng hết sức làm
nh ng g mà giáo viên yêu cầu, nhưng do kiến thức còn hạn chế nên ch៸ng em chỉthực hiện được nh ng yêu cầu sau :
- Hi n thị led d៸ng thời gian thực tế
- Sử dụng led 7 doạn hi n thị thời gian
- Cài đặt thời gian cho mạch
1.4: Các đối tượng nghiên cứu.
- T m hi u về vi xử lý PIC16F877A
- T m hi u về led 7 đoạn
- T m hi u về transistor
Trang 10CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
3CCCcCCCCC
Chương 2
LÝ THUYẾT CƠ SỞ 2.1 Giới thi u về PIC.
2.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển.
Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát tri n Microelectronics Divisionthuộc General Instrument PIC bắt nguồn từ ch viết tắc của “ProgrammableIntelligent Computer” (Máy tính khả tr nh thông minh) là một sản phẩm của hãngGeneral Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650 L៸c này,PIC 1650 được biết là một họ vi điều khi n RISC được sản xuất bởi công tyMirochip Technology dùng đ giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho các máy chủ 15bit CP1600, v v y, người ta c ng gọi PIC “Peripheral Interface Controller” (Bộđiều khi n giao tiếp ngoại vi) CP1600 là một CPU t t, nhưng lại kém về các hoạtđộng xuất nh p, v v y PIC 8 bit được phát tri n vào khoảng năm 1975 đ h trợhoạt động xuất nh p cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM,
và mặc dù cụm từ RISC chưa được sử dủng thời bấy giờ, nhưng PIC th t sự là một
vi điều khi n với kiến tr៸c RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộdao động) Năm 1985 General Instruments bán bộ ph n vi điện tử của họ và chủ sở
h u h y bỏ hầu hết các dự án l៸c đ quá lỗi thời Tuy nhiên, PIC được b xungEPROM đ tạo thành một bộ điều khi n vào ra khả tr nh Ngày nay rất nhiều dòngPIC được sản xuất với hàng loạt các modele ngoại vi tích hợp sẵn (nhưUSART,PWM,ADC….), với bộ nhớ chương tr nh từ 512 Word đến 32k Word
2.1.2 Giới thi u về PIC16F8XX
PIC16F8XX lò nh m PIC trong họ PIC16FXX của họ vi điều khi n8_bit, tiêu t n năng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệCMOS, ch ng t nh điện tuyệt đ i Bao gồm các nh m sau:
● PIC16F83
● PIC16CR83
● PIC16F84
● PIC16CR84
Trang 11CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
3CCCcCCCCC
Tất cả các PIC16/17 điều c cấu tr៸c RICS PIC16CXX các đặc tínhnỗi b c, 8 mắc ngăn xếp tách., nhiều nguồn ngắt tích hợp bên trong l n bênngoài C cấu tr៸c Haward với các bus d liệu và bus thực thi chương tr nhriêng biệt nhau cho phép độ dài một lệnh là 14 bit và bus d liệu 8 bit cáchbiệt nhau Tất cả các lệnh điều mất một chu kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽnhánh chương tr nh mất hai chu kỳ lệnh Chỉ c 35 lệnh và một lượng lớncác thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng
Họ PIC16F8XX c nhiều tính năng đặc biệt làm giảm các thiết bịngoại vi v v y kinh tế cao, c hệ th ng nỗi b t đáng tin c y và sự tiêu thụnăng lượng thấp Ở dây c b n sự lựa chọn bộ dao động và chỉ c chân kết
n i bộ dao dộng RC nên c giải pháp tiết kiệm cao Chế độ SLEEP tiếtkiệm nguồn và c th được dánh thức bởi các nguồn reset Và còn nhiềuphần khác đ được giới thiệu bên trên sẽ được n i ở các phần kế tiếp
2.1.3 Giới thi u về PIC16F877A.
PIC 16F877A là loại vi điều khi n 8 bit tầm trung của hãng Microchip PIC16F877A c kiến tr៸c Havard, sử dụng t p lệnh ki u RISC (Reduced Instruction SetComputer) với chỉ 35 lệnh cơ bản Tất cả các lệnh được thực hiện trong một chu klệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh
H nh 2- 1: PIC 16F877
PIC 16F877A là dòng PIC ph biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tínhnăng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường) Cấutr៸c t ng quát của PIC16F877A như sau:
Trang 12CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
3CCCcCCCCC
● 8 K Flash ROM
● 368 Bytes RAM
● 256 Bytes EEPROM
● 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khi n độc l p
● 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2)
● Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) c th hoạt động trong chế độ tiết kiệmnăng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài
● 2 bộ CCP( Capture / Compare/ PWM).1 bộ biến đ i AD 10 bits, 8 ngõ vào
● 2 bộ so sánh tương tự (Compartor)
● 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer)
● Một c ng song song 8 bits với các tín hiệu điều khi n
● Một c ng n i tiếp
● 15 nguồn ngắt
● C chế độ tiết kiệm năng lượng
● Nạp chương tr nh bằng c ng n i tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming)
● Được chế tạo bằng công nghệ CMOS
● 35 t p lệnh c độ dài 14 bits
● Tần s hoạt động t i đa 20MHz
Trang 13CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
3CCCcCCCCC
H nh 2- 2: Sơ đồ chân 16F877A
Các đặc tính ngoại vi bao gồm các chức năng sau:
● Timer 0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần s 8 bit
● Timer 1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần s , c th thực hiện chức năng đếmdựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khi n thực hiện ở chế độ sleep
● Timer 2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần s , bộ postcaler Hai bộ Capture sosánh điều chế độ rộng xung
● C ng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khi n
RD, WR, CS bên ngoài
● Các đặc tính Analog: 8 kênh chuy n đ i ADC 10 bit Hai bộ so sánh
● Bộ nhớ flash với khả năng ghi x a được 100.000 lần Bộ nhớ EEPROM vớikhả năng ghi x a được 1.000.000 lần D liệu bộ nhớ EEPROM c th lưu
tr trên 40 năm Khả năng tự nạp chương tr nh với sự điều khi n của phầnmềm Nạp được chương tr nh ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit SerialProgarmming) thông qua 2 chân Timer với bộ dao động trong Chức năngbảo m t mã chương tr nh
Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A.
Trang 14CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Bộ nhớ chương tr nh của vi điều khi n PIC16F887 là bộ nhớ flash, dung lượng
bộ nhớ 8k word (1 word= 14bit) và được phân thành nhiều trang (từ page 0 đếnpage 3) Như v y bộ nhớ chương trinh c khả năng chứa được 8*1024 =8192 lệnh(v một lệnh sau khi mã h a sẽ c dung lượng 1 word (14 bit) Đ mã h a được địachỉ của 8k word bộ nhớ chương tr nh, bộ đếm chương tr nh c dung lượng 13 bit(PC<12:0>) Khi vi điều khi n reset, bộ đếm chương tr nh sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h(reset vector) Khi c ngắt xảy ra, bộ đếm chương tr nh sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h(interrupt vector) Bộ nhớ chương tr nh không bao gồm bộ nhớ stack sẽ được đề
c p cụ th trong phần sau
Trang 15CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
3CCCcCCCCC
Bộ nhớ d liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiềubank Đ i với PIC16F887 bộ nhớ d liệu được chia ra làm 4 bank Mỗi bank cdung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi c chức năng đặc biệt SFG (SpecialFunction Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chungGPR (General Purpose Pegister) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank Các thanhghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ởtất cà các bank của bộ nhớ d liệu gi៸p thu n tiện trong quá tr nh truy xuất và làmgiảm bớt lệnh của chương tr nh
Stack không nằm trong bộ nhớ chương tr nh hay bộ nhớ d liệu mà là mộtvùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi Khi lệnh CALL được thực hiện haykhi một ngắt xảy ra làm chương tr nh bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương tr nh
PC tự động được vi điều khi n cất vào trong stack Khi một trong các lệnhRETURN, RETLW hat RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra từtrong stack, vi điều khi n sẽ thực hiện tiếp chương tr nh theo đ៸ng qui tr nh địnhtrước
Bộ nhớ Stack trong vi điều khi n PIC họ 16F887 c khả năng chứa được 8địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng Ngh a là giá trị cất vào bộ nhớ Stacklần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất vào bộ nhớStack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị 6 cất vào Stack lần thứ 2 Cần ch៸ ý là không
c cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đ ta không biết được khi nào stack tràn.Bên cạnh đ t p lệnh của vi điều khi n dòng PIC c ng không c lệnh POP hayPUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn được điều khi n bởi CPU
Các cổng xuất nhập của PIC 16F887
C ng xuất nh p (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khi n dùng đtương tác với thế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá
tr nh tương tác đ , chức năng của vi điều khi n được th hiện một cách rõ ràng.Một c ng xuất nh p của vi điều khi n bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theocách b trí và chức năng của vi điều khi n mà s lượng c ng xuất nh p và s lượngchân trong mỗi c ng c th khác nhau Bên cạnh đ , do vi điều khi n được tích hợpsẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là c ng xuất
nh p thông thường, một s chân xuất nh p còn c thêm các chức năng khác đ th
Trang 16CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
3CCCcCCCCC
hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đ i với thế giới bên ngoài Chứcnăng của từng chân xuất nh p trong mỗi c ng hoàn toàn c th được xác l p và điềukhi n được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nh p đ
Port A:
Port A (RPA) bao gồm 6 I/O pin Đây là các chân “hai chiều” (bidirectionalpin), ngh a là c th xuất và nh p được Chức năng I/O này được điều khi n bởithanh ghi TRISA (địa chỉ 85h) Mu n xác l p chức năng của một chân trong PortA
là input, ta “set” bit điều khi n tương ứng với chân đ trong thanh ghi TRISA vàngược lại, mu n xác l p chức năng của một chân trong Port A là output, ta “clear”bit điều khi n tương ứng với chân đ trong thanh ghi TRISA Thao tác này hoàntoàn tương tự đ i với các PORT còn lại Bên cạnh đ Port A còn là ngõ ra của bộADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của
bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)
Các thanh ghi SFR liên quan đến Port A bao gồm:
Port A (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong Port A
Port A TRISA (địa chỉ 85h) : điều khi n xuất nh p
CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khi n bộ so sánh
CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khi n bộ so sánh điện áp.ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khi n bộ ADC
Port B:
Port B (RPB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khi n xuất nh p tương ứng làTRISB Bên cạnh đ một s chân của Port B còn đươc sử dụng trong quá tr nh nạpchương tr nh cho vi điều khi n với các chế độ nạp khác nhau Port B còn liên quanđến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 Port B còn được tích hợp chức năng điện trở kéolên được điều khi n bởi chương tr nh
Các thanh ghi SFR liên quan đến Port B bao gồm:
Port B (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong Port B
Port B TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khi n xuất nh p
OPTION_REG(địa chỉ 81h,181h): điều khi n ngắt ngoại vi và bộ Timer0
Port C