MẠCH đèn GIAO THÔNG DÙNG họ 8051

Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG MỤC LỤC Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nhân loại trải qua bước tiến vượt bậc khoa học công nghệ, ngành điện tử có bước tiến quan trọng đặc biệt lĩnh vực vi điều khiển Các vi xử lý ngày phát triển hoàn thiện hơn,được sử dụng hầu hết hệ thống điều khiển tự động công nghiệp,khoa học kĩ thuật,cũng trongcác thiết bị dân dụng Chính nhờ vai trò,chức vi xử lý đem lại nhiều ưu điểm, nhiều tính đặc biệt cho hệ thống điều khiển thay người công 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 gồm thành viên: [Họ tên] [Họ tên] [Họ tên] Dưới hướng dẫn nhiệt tình chu đáo thầy giáo [Họ tên], nhóm chúng em tiến hành nghiên cứu hoàn thành đồ án với đề tài: Thiết Kế Mạch Đèn Giao Thông Sử Dụng Vi Điều Khiển 8051 Trong hệ thống nhóm em sử dụng IC AT89S52 IC điều khiển Ngồi việc sử dụng IC 89S52 sử dụng số linh kiện phụ trợ khác Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG Mặc dù cố gắng nhiều kinh nghiệm chưa có nhiều khác biệt lý thuyết – thực hành nên q trình thực cịn nhiều thiếu sót Mong góp ý chân tình từ thầy cô bạn! Chúng em chân thành cảm ơn thầy,các giáo dã nhiệt tình giúp đỡ nhóm em thời gian hoàn thành đồ án.Cảm ơn anh chị sinh viên trước bạn sinh viên đóng góp ý kiến, thảo luận giúp đỡ Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn [Họ tên] nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em hồn thành đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn! Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG CHƯƠNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống 1.2 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 đượcđưađến khối hiển thị trực tiếp từ cổng vi điều khiển Phương án có đặc điểm mạch gọn nhẹ, không phức tạp, cách thức bố trí linh kiện dễ dàng, lập trình đơn giản, dễ chỉnh sửa Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG CHƯƠNG THIẾT KẾ 2.1 Giới thiệu vi điều khiển 8051 2.1.1 Cấu trúc vđk 8051 Sơ đồ khối sơ đồ chân VĐK 8051 Hình 2.1 Sơ đồ khối VĐK 8051 Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG Hình 2.2 Sơ đồ chân VĐK 8051 VĐK 8051 bao gồm: + CPU bit + 4KB Rom nhớ chương trình + 128 Byte Ram liệu + Bộ định thời timer 0,1 + cổng nối tiếp (Seral port) + cổng xuất nhập P0 - P3 (I/O port)8 bit + Mạch giao tiếp nối tiếp + Khơng gian nhớ chương trình ngồI 64K + 210 vị trí nhớ định địa , vị trí bit + Bộ xử lý bit (thao tác bit riêng lẻ ) + Một điều khiển ngắt:Interruptcontrol + Một mạch dao động bên điều khiển Bus + Các cổng P0-P3 cổng vào hai chiều Ngồi P0 P2 cịn xử dụng Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG để truy cập nhớ ngồi với chương trình ứng dụng cổng P0 đưa địa Byte thấp P2 đưa địa cao + Cổng port có hai công dụng : Khi hoạt động chế độ xuất nhập cổng P3 có chức riêng + RxD: chân nhập liệu cổng nối tiếp + TxD: phát liệu cổng nối tiếp + INT : ngắt + INT1: Ngõ định thời không ngõ vào định thời + OE : ( outront enable) cho phép đọc byte lệnh thời gian lấy lệnh + Trong thời gian lấy lệnh tín hiệu PSEN=0 Trong thời gian thực lệnh PSEN=1 + ALE (address lacht Enable): tín hiệu để chốt địa + EA : truy xuất bên ngồi + 8051 thực chương trình Rom nội Ngoài EA dùng chân nhận điện áp 21V cho việc lập trình Eprom + RST : (reset) chân dùng thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống + WR : tín hiệu đIều khiển ghi nhớ ngồi + RD : tín hiệu đIều khiển đọc nhớ + PSEN : (Program store Enable) tín hiệu điều khiển cho phép truy xuất nhớ ngồi , tín hiệu nối với OE 2.1.2 Chức chân VĐK 8051 Vcc : chân cấp điện Vss : Chân nối đất (0 V) 32 chân số 40 chân 8051 có cơng dụng xuất/nhập, nhiên 24 32 đường có mục đích (cơng dụng) Mỗi đường hoạt động xuất/nhập hoạt động đường địa chỉ/dữ liệu bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp 32 chân nêu hình thành port 8-bit Với thiết kế yêu cầu mức tối thiểu nhớ thành phần bên ngồi khác, ta sử dụng port làm Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG nhiệm vụ xuất/nhập đường cho port xử lý đơn vị giao tiếp với thiết bị song song máy in, biến đổi D-A v.v đường hoạt động độc lập giao tiếp với thiết bị đơn bit chuyển mạch, LED, BJT, FET, cuộn dây, động cơ, loa, Port : Port ( chân từ 32 đến 39 8051 ) có hai cơng dụng Trong thiết kế có tối thiểu thành phần, port sử dụng làm nhiệm vụ xuất/nhập Trong thiết kế lớn có nhớ ngoài, port trở thành bus địa bus liệu đa hợp ( byte thấp bus địa chỉ) Port : Port1 có cơng dụng xuất/nhập ( chân từ đến 8051 ) Các chân port ký hiệu P1.0, P1.1, , P1.7 dùng để giao tiếp với thiết bị bên ngồi có u cầu Khơng có chức gán cho chân port 1, nghĩa chúng sử dụng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi Port : Port ( chân từ 21 đến 28 8051 ) có cơng dụng, làm nhiệm vụ xuất/nhập byte địa cao bus địa 16 bit cho thiết kế có nhớ chương trình ngồi thiết kế có nhiều 256 bytes nhớ liệu ngồi Port : Port ( chân từ 10 đến 17 8051 ) có cơng dụng Khi khơng hoạt động xuất/nhập, chân port có nhiều chức riêng ( chân có chức riêng liên quan đến đặc trưng cụ thể 8051 ) Bảng sau cho ta chức chân port : Bit Tên Địa bit Chức P3.0 RxD B0H Chân nhận liệu port nối tiếp P3.1 TxD B1H Chân phát liệu port nối tiếp Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt P3.4 T0 B4H Ngõ vào định thời/đếm P3.5 T1 B5H Ngõ vào định thời/đếm P3.6 WR B6H Điều khiểnghi nhớ liệu P3.7 RD B7H ĐiềU khiển đọcbộ nhớ liệu Chân cho phép nhớ chương trình PSEN : 8051 cung cấp cho ta tín hiệu điều khiển bus Tín hiệu cho phép nhớ chương trình PSEN ( program store enable) tín hiệu xuất chân 29 Đây tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất nhớ chương trình Chân thường nối với chân cho phép xuất OE ( output enable ) EPROM ( ROM ) phép đọc file lệnh Tín hiệu PSEN logic suốt thời gian tìm nạp lệnh Các mã nhị phân chương trinh hay opcode ( mã thao tác ) đọc từ EPROM, qua bus liệu chốt vào ghi lệnh IR 8051 để giải mã Khi thực thi chương trình chứa ROM nội , PSEN trì logic khơng tích cực ( logic ) Chân cho phép chốt địa ALE : 8051 sử dụng chân 30, chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa ALE ( address latch enable ) để giải đa hợp ( demultiplexing ) bus liệu bus địa Khi port sử dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa ( byte thấp địa 16 bit) vào ghi suốt nửa đầu chu kỳ nhớ ( memory cycle ) Sau điều thực hiên, chân port xuất/nhập liệu hợp lệ suốt nửa thứ hai chu kỳ nhớ Tín hiệu ALE có tần số 1/6 tần số mạch dao động bên chip vi điều khiển dùng làm xung clock cho phần cịn lại hệ thống Nừu mạch dao Trang Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG động có tần số 12 MHz, tín hiệu ALE có tần số MHz Ngoại lệ thời gian thực thi lệnh MOVX, xung ALE bị bỏ qua Chân ALE dùng để nhận xung ngõ vào lập trình cho EPROM chip phiên có EPROM Chân truy xuất EA Ngõ vào ( chân 31 ) nối với V ( logic ) với GND ( logic ) Nếu chân nối lên V, 8051 thực thi chương trình ROM nội ( chương trình nhỏ 4K ) Nếu chân nối với GND ( chân PSEN logic ), chương trình cần thực thi chứa nhớ Nếu chân EA logic , ROM nội bên chip vơ hiệu hố chương trình cần thực thi chứa EPROM bên Chân RESET ( RST ) Ngõ vào RST ( chân ) ngõ vào xố ( master reset ) 8051 dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt reset hệ thống Khi ngõ vào treo logic tối thiểu chu kỳ máy, ghi bên 8051 nạp giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống Các chân XTAL1 XTAL2 Mạch dao động bên chip 8051 ghép với thạch anh bên hai chân XTAL1 XTAL2 ( chân 18 19 ) Tần số danh định thạch anh 12 MHz cho hầu hết chip họ MCS-51 XTAL1 : Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo mạch dao động XTAL2 : Ngõ từ mạch khuếch đại đảo mạch dao động 2.1.3 Bộ nhớ chip Trang 10 Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG nhánh đến chương trình phục vụ ngắt tương ứng  Các bit IT# bit ngắt Thiết lập IT# tạo chế độ ngắt cạnh,chân INT# nhận ngắt nhận có sườn âm (↓) tín hiệu vào Xóa IT# tạo chế độ ngắt mức, tức ngắt tạo tín hiệu vào mức thấp (0) Ở chế độ ngắt mức, tín hiệu vào cịn mức thấp ngắt tạo liên tục tín hiệu vào chuyển lên mức cao thiết lập IT# Các bit IE# cờ ngắt cạnh, thiết lập dò thấy ngắt cạnh 2.1.5 Điều khiển ngắt Bộ vi điều khiển 8051 có nguồn ngắt: TF0, TF1, INT0, INT1 ngắt cổng nối tiếp Sự điều khiển hoạt động ngắt cất ghi ghi cho phép ngắt IE (Interrupt Enable) ghi xác định thứ tự ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority) Các bit chức chúng ghi IE sau (thiết lập cho phép, xóa cấm): BIT MÃ GỌI NHỚ CHỨC NĂNG EA Cho ngắt tồn cục Khơng dùng ET2 Cho phép ngắt định thời ES ET1 Cho phép ngắt đếm EX1 Cho phép ngắt từ bên 1 ET0 Cho phép ngắt đếm Cho phép ngắt cổng nối tiếp Trang 14 Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG EX0 Cho phép ngắt từ bên Bảng 2.3 Các bit chức ghi IE Với ghi IP: BIT MÃ GỢI NHỚ CHỨC NĂNG Không dùng Không dùng PT2 Ưu tiên ngắt bô định thời PS Ưu tiên ngắt cổng nói tiếp PT1 Ưu tiên ngắt đếm PX1 Ưu tiên ngắt từ bên 1 PT0 Ưu tiên ngắt đếm 0 PX0 Ưu tiên ngắt từ bên Bảng 2.4 Các bit chức chúng ghi IP Trang 15 Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG 2.2 Thiết kế phần cứng 2.2.1 Khối vi xử lý Khối xử lý gồm vi điều khiển AT89S52 làm trung tâm.bên cạnh khối RESET,1 khối tạo dao động Vi điều khiển AT89S52 Hình 2.3 Vi điều khiển 89S52 Khối RESET Gồm phím bấm, điện trở tụ Nguyên tắc hoạt động: Khi có tác động vào phím bấm RESET vi điều khiển chạy lại chương trình từ ban đầu Trang 16 Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG Hình 2.4 Sơ đồ khối RESET Khối tạo dao động Hình 2.5 Khối tạo dao động Gồm dao động thach anh có tần số 12MHz ,2 tụ có trị số 33 pF Nguyên tắc hoạt động: Bộ dao động tự phát xung dao động có tần số 12MHz để vi điều khiển hoạt động Bộ có đặc điểm khơng cần cấp nguồn phát xung xác Trang 17 Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG 2.2.2 Khối hiển thị Khối hiển thị có chức đưa thơng tin điều khiển giao thông tương ứng với trạng thái thời hệ thống Khối gồm phần: đèn điều khiển đếm thời gian Đèn điều khiển bao gồm: Đèn dành cho phương tiện tham gia giao thông: xanh, đỏ, vàng Bộ đếm thời gian dùng LED để tạo thành hiển thị từ 00 đến 99 Hình 2.6 Khối hiển thị Trang 18 Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạch đèn giao thơng Hình2.7 Sơ đồ ngun lý thống Trang 19 Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG Sơ đồ mạch in hệ thống Hình 2.7 Sơ đồ mạch in hệ thống 2.3 Thiết kế phần mềm Chương trình điều khiển hệ thống #include #define delayLED unsigned 40 char LED7segAnot[] {0x09,0xaf,0x98,0x8c,0x2e,0x4c,0x48,0x8f,0x08,0x0c}; void LED7seg_Display(unsigned char pos, unsigned char number); void delay_ms(unsigned int t) Trang 20 = Đồ án Vi Xử Lý THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG { unsigned int i,j; for(i=0;i