Ứng dụng vi điều khiển thiết kế mạch đèn giao thông tại ngã tư

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ - - HUỲNH THỊ NGỌC ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THƠNG TẠI NGÃ TƯ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Xứng quý thầy cô khoa Vật lý – trường Đại học sư phạm Đà Nẵng Trong trình thực đề tài chúng em gặp khơng khó khăn thiếu sót Nhưng hướng dẫn dạy nhiệt tình quý thầy cô giúp chúng em khắc phục thiếu sót hồn thiện đề tài thời hạn Cảm ơn bạn bè, gia đình giúp đỡ chúng em mặt kiến thức tinh thần suốt trình chúng em thực đề tài Do kiến thức hạn chế nên đề tài cịn nhiều sai xót, chúng em mong thông cảm quý thầy cô Chúng em chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng 05 năm 2012 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thu Quỳnh Huỳnh Thị Ngọc PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Cơng nghệ điện tử có bước phát triển chóng mặt năm gần Trong cơng nghệ vi điện tử có bước phát triển vượt bậc Những chip với kích thước nhỏ gọn lựa chọn tối ưu cho ứng dụng ngày Các chip tối ưu khả ứng dụng vào thực tế cao Thực tế cho thấy, sản phẩm công nghệ vi điện tử vươn tới lĩnh vực sống, từ sản xuất đến sinh hoạt ngày Trong tương lai cơng nghệ vi điện tử cịn tiến xa để thoả mãn nhu cầu ngày cao người Vi điều khiển sản phẩm quan trọng công nghệ vi điện tử, chip vi điều khiển nhỏ gọn thực óc nhân tạo Chúng em làm quen với vi điều khiển 8051, qua việc thực đề tài “Ứng dụng vi điều khiển thiết kế mạch đèn giao thông ngã tư” hội để chúng em nắm vững kiến thức hơn, đồng thời mong muốn ứng dụng kiến thức học để tạo sản phẩm có ích cho sống Chúng em nghĩ đề tài gần gũi với thực tế có nhiều hướng phát triển Mục đích đề tài: Hiện an tồn giao thông vấn đề không riêng Việt Nam mà vấn đề giới quan tâm Riêng Việt Nam nước phát triển,và đà gia tăng dân số, vấn đề trở thành mối lo ngại đặt lên hàng đầu nhà chức quan tâm Tuy nhiên điều kiện kinh tế, nhiều đường chưa thể mở rộng nâng cấp, lực lượng cảnh sát giao thông không đủ để đảm bảo việc đứng chốt tất ngã đường Vì trật tự an tồn giao thơng xem giải pháp tối ưu để hạn chế tai nạn giao thông Bên cạnh đó, thành phố lớn mật độ dân số cao nên việc giải nạ kẹt xe vấn đề cấp thiết Theo em nghĩ xây dựng hệ thống tín hiệu đèn giao thơng đơn giản, ứng dụng nhân rộng đặt biệt hoạt động ổn định, thay vai trị người cảnh sát giao thơng cần thiết thực tế Không thế, hệ thống đèn giao thông phải thật linh hoạt để đáp ứng tình mà lượng xe lưu thơng đường có thay đổi Tùy thời điểm khác ngày, tùy thuộc vào đoạn đường ưu tiên hay không ưu tiên mà ta chọn thời gian hiển thị đèn cho phù hợp, thơng qua chương trình tương ứng với nút bấm Từ ý tưởng đến mục đích để chúng em xây dựng mơ hình hệ thống đèn giao thông Đối tượng phạm vi nghiên cứu: a Đối tượng: - Các tài liệu linh kiện IC liên quan - Các tài liệu liên quan đến thiết kế mạch lắp ráp mạch b Phạm vi: Đề tài nghiên cứu lý thuyết “ Mạch đèn giao thông ngã tư” xây dựng mơ hình thực tế Nhiệm vụ nghiên cứu: Để đạt mục đích đề đề tài cần thực nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu cở sở lý thuyết vi điều khiển linh kiện liên quan để phục vụ cho trình thiết kế mạch - Xây dựng mơ hình “ Mạch đèn giao thơng”có tính thực tế cao, với mục đích đặt Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu việc ứng dụng mạch đèn giao thông thực tế - Nghiên cứu linh kiện, dụng cụ lắp ráp mạch, sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động mạch Cấu trúc luận văn: Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo luận văn gồm có: Chương I: Tìm hiểu AT89C51 linh kiện Chương II: Thiết kế mạch đèn giao thông ứng dụng vi điều khiển Chương III: Chương trình NỘI DUNG CHƯƠNG I: TÌM HIỂU VỀ AT89C51 VÀ CÁC LINH KIỆN 1.1 Vi điều khiển AT89C51 1.1.1 Ưu nhược điểm việc chọn vi điều khiển làm xử lý trung tâm  Ưu điểm: - Vi điều khiển có khả điều khiển linh hoạt theo mong muốn người sử dụng dựa vào phần mềm viết - Có thể thay đổi, thêm chức cách thay đổi phần mềm - Hệ thống đơn giản, kích thức nhỏ Giá thành hạ phù hợp với khả tài  Nhược điểm: - Chất lượng hệ thống phụ thuộc vào chất lượng chương trình nạp cho vi điều khiển 1.1.2 Sơ đồ khối vi điều khiển AT89C51: Đếm kiện Nguồn ngắt 4K bytes Điều khiển ngắt Nguồn ngắt ROM 128byte 2bộ đếm / định thời RAM CPU Khối đ.khiển quản lý Bus Port Port Port Port Giao diện nối tiếp Bộ tạo dao động XTAL 1.2 /PSEN/ALE Cổng I/O Địa thấp Dữ liệu bít Cổng CổngI/O I/O bit Địa cao Dữ liệu bit Hình 1.1: Sơ đồ khối AT89C51 Cổng I/O Các chức đặc biệt Dữ liệu bit 1.1.3 Chức khối :  Khối xử lý trung tâm CPU: Phần vi xử lý khối xử lý trung tâm, khối có chứa thành phần : - Thanh chứa ACC (ký hiệu A) - Thanh ghi chứa phụ (ký hiệu B) thường dùng cho phép nhân phép chia - Khối logic số học (ALU=Arithmetic Logical Unit) - Từ trạng thái chương trình (PSW= Program Status Word) - Bốn băng ghi (Blank) - Con trỏ ngăn xếp SP trỏ liệu để định địa cho nhớ liệu bên Ngoài ra, khối xử lý trung tâm cịn chứa: - Thanh ghi đếm chương trình (PC= Progam Counter ) - Bộ giải mã lệnh - Bộ điều khiển thời gian logic - Sau Reset, CPU bắt đầu làm việc địa 0000h, địa đầu ghi ghi chứa chương trình (PC) sau đó, ghi tăng lên đơn vị đến lệnh chương trình  Bộ tạo dao động: Khối xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ tạo dao động lắp thêm vào, linh kiện phụ trợ khung dao động làm tụ gốm thạch anh Ngồi ra, cịn đưa tín hiệu giữ nhịp từ bên ngồi vào  Khối điều khiển ngắt: Chương trình chạy cho dừng lại nhờ khối logic ngắt bên Các nguồn ngắt là: biến cố bên ngoài, tràn đếm/bộ định thời giao diện nối tiếp Tất ngắt thiết lập chế độ làm việc thông qua hai ghi IE (Interrupt Enable) IP (Interrupt Priority)  Khối điều khiển quản lý Bus : Các khối vi điều khiển liên lạc với thông qua hệ thống Bus nội điều khiển khối điều khiển quản lý Bus  Các đếm/định thời: Vi điều khiển 8051 có chứa hai đếm tiến 16 bit hoạt động định thời hay đếm kiện bên phát tốc độ Baud dùng cho giao diện nối tiếp Trạng thái tràn đếm kiểm tra trực tiếp xoá ngắt  Các cổng vào/ra: Vi điều khiển 8051 có bốn cổng vào/ra (P0,P1,P2,P3), cổng chứa bit, độc lập với Các cổng sử dụng cho mục đích điều khiển đa dạng Ngồi chức chung, số cổng đảm nhận thêm số chức đặc biệt khác  Giao diện nối tiếp: Giao diện nối tiếp có chứa truyền nhận không đồng làm việc độc lập với Bằng cách đấu nối đệm thích hợp, ta hình thành cổng nối tiếp RS-232 đơn giản Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp đặt vùng rộng phụ thuộc vào định thời tần số dao động riêng thạch anh  Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ chương trình thường nhớ ROM (Read Only Memory), nhớ chương trình sử dụng để cất giữ chương trình điều khiển hoạt động vi điều khiển  Bộ nhớ số liệu: Bộ nhớ số liệu thường nhớ RAM (Ramdom Acces Memory), nhớ số liệu dùng để cất giữ thông tin tạm thời trình vi điều khiển làm việc 1.1.4 Sơ đồ chức chân IC AT89C51: 1.1.4.1.Sơ đồ chân AT89C51: IC AT89C51 có tất 40 chân có chức đường xuất nhập.Trong có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa chân có hai chức năng), đường hoạt động đường xuất nhập đường diều khiển thành phần bus liệu bus dịa Mặt khác khối lập trình để điều khiển khối mạch Hình 1.2: Sơ đồ chân AT89C51 1.1.4.2 Chức chân: + Port ( P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức xuất nhập (I/O) Port cịn bus đa hợp liệu địa ( AD0 – AD7), chức sử dụng AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngồi có kiến trúc bus + Port ( P1.0 – P1.7 hay chân – 8): Chỉ có chức xuất nhập theo bit byte, khơng dùng cho mục đích khác + Port ( P2.0 – P2.7 hay chân 21 - 28 ): port có chức Đó chức xuất nhập chức địa Đối vỡi chức địa chỉ: dùng làm bit địa cao cần nhớ ngồi có địa 16 bit Khi đó, port khơng dùng cho mục đích I/O + Port ( P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): chân port chức xuất nhập cịn có số chân đặc biệt sau: Bit Tên Chức chuyển đổi P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt bên P3.3 INT1 Ngắt bên P3.4 T0 Ngõ vào timer/Counter P3.5 T1 Ngõ vào timer/Counter P3.6 WR Xung ghi nhớ liệu P3.7 RD Xung ghi nhớ liệu + RST ( reset – chân 9): Là ngõ vào Reset dùng để thiết lập thông số ban đầu cho vi điều khiển Hệ thống thiết lập lại giá trị ban đầu ngõ mức tối thiểu chu kỳ máy + XTAL 1, XTAL 2: AT89C51 có dao động chip, thường nối với dao động thạch anh có tần số lớn 33MHz, thông thường 12MHz Chu kì máy: Tck = 12.Toc Với Toc : Chu kì nguồn xung dao động cấp cho vi điều khiển Tck: Chu kì máy Nếu tần số mạch 12MHz chu kì máy 1µs SETB A01 CLR A11 CLR A21 SETB A31 END2: RET DOIMALED2: CJNE A,#0,SO12 ;A=0 LA SO CLR A02 CLR A12 CLR A22 CLR A32 SJMP END22 SO12: CJNE A,#1,SO22 ;A=0 LA SO SETB A02 CLR A12 CLR A22 CLR A32 SJMP END22 SO22: CJNE A,#2,SO32 ;A=0 LA SO CLR A02 SETB A12 CLR A22 CLR A32 SJMP END22 SO32: CJNE A,#3,SO42 ;A=0 LA SO SETB A02 SETB A12 CLR A22 CLR A32 SJMP END22 SO42: CJNE A,#4,SO52 ;A=0 LA SO CLR A02 CLR A12 SETB A22 CLR A32 SJMP END22 SO52: CJNE A,#5,SO62 ;A=0 LA SO SETB A02 CLR A12 SETB A22 CLR A32 SJMP END22 SO62: CJNE A,#6,SO72 ;A=0 LA SO CLR A02 SETB A12 SETB A22 CLR A32 SJMP END22 SO72: CJNE A,#7,SO82 ;A=0 LA SO SETB A02 SETB A12 SETB A22 CLR A32 SJMP END22 SO82: CJNE A,#8,SO92 ;A=0 LA SO CLR A02 CLR A12 CLR A22 SETB A32 SJMP END22 SO92: ;CJNE A,#1,SO1 ;A=0 LA SO SETB A02 CLR A12 CLR A22 SETB A32 END22: RET DOIMALED3: CJNE A,#0,SO13 ;A=0 LA SO CLR A03 CLR A13 CLR A23 CLR A33 SJMP END23 SO13: CJNE A,#1,SO23 ;A=0 LA SO SETB A03 CLR A13 CLR A23 CLR A33 SJMP END23 SO23: CJNE A,#2,SO33 ;A=0 LA SO CLR A03 SETB A13 CLR A23 CLR A33 SJMP END23 SO33: CJNE A,#3,SO43 ;A=0 LA SO SETB A03 SETB A13 CLR A23 CLR A33 SJMP END23 SO43: CJNE A,#4,SO53 ;A=0 LA SO CLR A03 CLR A13 SETB A23 CLR A33 SJMP END23 SO53: CJNE A,#5,SO63 ;A=0 LA SO SETB A03 CLR A13 SETB A23 CLR A33 SJMP END23 SO63: CJNE A,#6,SO73 ;A=0 LA SO CLR A03 SETB A13 SETB A23 CLR A33 SJMP END23 SO73: CJNE A,#7,SO83 ;A=0 LA SO SETB A03 SETB A13 SETB A23 CLR A33 SJMP END23 SO83: CJNE A,#8,SO93 ;A=0 LA SO CLR A03 CLR A13 CLR A23 SETB A33 SJMP END23 SO93: ;CJNE A,#1,SO1 ;A=0 LA SO SETB A03 CLR A13 CLR A23 SETB A33 END23: RET DOIMALED4: CJNE A,#0,SO14 ;A=0 LA SO CLR A04 CLR A14 CLR A24 CLR A34 SJMP END24 SO14: CJNE A,#1,SO24 ;A=0 LA SO SETB A04 CLR A14 CLR A24 CLR A34 SJMP END24 SO24: CJNE A,#2,SO34 ;A=0 LA SO CLR A04 SETB A14 CLR A24 CLR A34 SJMP END24 SO34: CJNE A,#3,SO44 ;A=0 LA SO SETB A04 SETB A14 CLR A24 CLR A34 SJMP END24 SO44: CJNE A,#4,SO54 ;A=0 LA SO CLR A04 CLR A14 SETB A24 CLR A34 SJMP END24 SO54: CJNE A,#5,SO64 ;A=0 LA SO SETB A04 CLR A14 SETB A24 CLR A34 SJMP END24 SO64: CJNE A,#6,SO74 ;A=0 LA SO CLR A04 SETB A14 SETB A24 CLR A34 SJMP END24 SO74: CJNE A,#7,SO84 ;A=0 LA SO SETB A04 SETB A14 SETB A24 CLR A34 SJMP END24 SO84: CJNE A,#8,SO94 ;A=0 LA SO CLR A04 CLR A14 CLR A24 SETB A34 SJMP END24 SO94: ;CJNE A,#1,SO1 ;A=0 LA SO SETB A04 CLR A14 CLR A24 SETB A34 END24: RET END KẾT LUẬN Mạch thi cơng: Hình 1: Mạch thực tế board điều khiển Hình 2: Mạch thực tế board hiển thị Hình3: Mơ hình “Mạch đèn giao thơng” Trên sở lý thuyết học, chúng em thiết kế mạch đèn giao thông với độ tin cậy chấp nhận có tính ứng dụng thực tế Sau thời gian thực hiện, đề tài có kết định, chúng em xây dựng mơ đèn giao thơng ( hình) với tính sau:  Hiển thị xác thời gian led đoạn tín hiệu đèn giao thơng led đơn  Có khả chọn thời gian hiển thị đèn đỏ xanh thông qua nút bấm Do thiết kế nên khơng thể tránh khỏi sai sót định Chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ hướng dẫn thầy giáo bạn thời gian vừa qua Mong nhận nhiều đóng góp ý kiến để thiết kế thiết kế sau ngày hoàn thiện Hướng phát triển đề tài: Do thời gian thực đề tài có giới hạn chế, nhiều ý tưởng hướng phát triển đề tài chưa thể thực Em nêu khả mà em dự định phát triển đề tài, mong nhận góp ý thầy bạn để đề tài thêm hoàn chỉnh  Sẽ thiết lập chế độ đèn vàng đặt từ 23h đêm đến 5h sáng hôm sau trạng thái nhấp nháy để báo hiệu cho phương tiện điều khiển đêm tránh trường hợp xấu xảy  Mặt khác, nhiều trục đường có tín hiệu đèn giao thơng, xảy tình trạng người tham gia giao thông đậu phương tiện vạch đường dành cho người thời gian chờ đèn đỏ Theo em nên đặt hệ thống cảm biến để phát báo động trường hợp phương tiện tham gia giao thông đậu vạch đường dành cho người Tuy nhiên thời gian có phương tiện tham gia giao thơng Vì em nghĩ cần thiết phải đặt hệ thống cảm biến cách xa đèn đoạn cho cảm biến hoạt động chế độ đèn vàng để phát phương tiện tới Cảm biến tác động lên vi xử lí để tắt chế độ đèn vàng chuyển sang chế độ nhảy tự động Tài liệu tham khảo Tống Văn On Hoàng Đức Hải (2005), Họ vi điều khiển 8051, NXB lao động – xã hội Nguyễn tăng Cường Phan Quốc Thắng (2004), Cấu trúc lập trình họ vi điều khiển 8051, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Lê Xứng (2011), Tài liệu Hướng dẫn thí nghiệm vi điều khiển 89C51 *Các trang web sử dụng:  http://tailieu.vn/  http://webdien.com  http://www.dientuvietnam.net/  https://www.google.com.vn/  Và số tài liệu khác NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Chữ ký giáo viên …………………… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Chữ ký giáo viên …………………… DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ khối AT89C51 Hình 1.2: Sơ đồ chân AT89C51 Hình 1.3: Sơ đồ chân 74LS47 Hình 1.4: Bảng trạng thái IC 74LS47 Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo led đoạn Hình 1.6: IC 7805 Hình 2.1: Sơ đồ khối Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý khối giải mã hiển thị Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý khối nút bấm Hình 2.6: Sơ đồ mạch in mạch điều khiển Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch in mạch hiển thị Hình 1: Mạch thực tế board điều khiển Hình 2: Mạch thực tế board hiển thị Hình 3: Mơ hình “ Mạch đèn giao thông” ... làm quen với vi điều khiển 8051, qua vi? ??c thực đề tài ? ?Ứng dụng vi điều khiển thiết kế mạch đèn giao thông ngã tư? ?? hội để chúng em nắm vững kiến thức hơn, đồng thời mong muốn ứng dụng kiến thức... Thiết kế mạch đèn giao thông ứng dụng vi điều khiển Chương III: Chương trình NỘI DUNG CHƯƠNG I: TÌM HIỂU VỀ AT89C51 VÀ CÁC LINH KIỆN 1.1 Vi điều khiển AT89C51 1.1.1 Ưu nhược điểm vi? ??c chọn vi. .. KẾT LUẬN Mạch thi cơng: Hình 1: Mạch thực tế board điều khiển Hình 2: Mạch thực tế board hiển thị Hình3: Mơ hình ? ?Mạch đèn giao thông? ?? Trên sở lý thuyết học, chúng em thiết kế mạch đèn giao thông