Đề Tài :Điều Khiển Hệ Thống Đèn Giao Thông

Chia sẻ: Hà Linh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

290
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay trong khoa học kỹ thuật và đời sống xã hội các bộ vi điều khiển có ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều đến công việc, cuộc sống hằng ngày của con người. Từ các thiết bị gia đình đến các thiết bị văn phòng, hay các bộ điều khiển tự động đều sử dụng đến các bộ vi điều khiển, vì vậy các hệ thống nhúng sử dụng vi điều khiển phục vụ cuộc sống con người là thực sự cần thiết....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề Tài :Điều Khiển Hệ Thống Đèn Giao Thông

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ***********&&&********** BÀI TẬP LỚN MÔN : Kỹ Thuật Lập Trình Nhúng Đề Tài :Điều Khiển Hệ Thống Đèn Giao Thông Giáo viên hướng dẫn : PHẠM QUỐC THỊNH. Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VIẾT VIỆT. : BÙI THU THỦY. : NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN. : PHAN THỊ HOA. :TRẦN QUỐC ĐẠT. : NGUYỄN ANH TUẤN. Lớp : ĐTVT-K7B Thái Nguyên,tháng 5 năm 2010 1
Mục Lục Lời nói đầu................................................................................................2 Chương I. Phương án thiết kế.............................................................3 1.2.Phương án thiết kế:.............................................................................. 4 1.3.Sơ đồ khối của hệ thống:.....................................................................5 .................................................................................................................... 5 Phần II. Thiết kế.....................................................................................5 2.1. Khối xử lý:........................................................................................ 5 ............................................................................................................ 11 ............................................................................................................ 11 2.1.3. Bộ nhớ trên chip ........................................................................ 12 Lời nói đầu Ngày nay trong khoa học kỹ thuật và đời s ống xã h ội các bộ vi đi ều khiển có ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều đến công vi ệc, cu ộc sống hằng ngày của con người. Từ các thiết bị gia đình đ ến các thi ết b ị văn phòng, hay các bộ điều khiển tự động đều sử dụng đến các bộ vi đi ều khi ển, vì vậy các hệ thống nhúng sử dụng vi điều khiển phục vụ cuộc s ống con người là thực sự cần thiết. Cuộc sống được nâng cao, mật độ dân cư ở các thành phố đô thị l ớn ngày càng đông đúc hơn, vấn đề hỗ trợ cho người tham gia giao thông an toàn là vi ệc c ần làm ngay và hệ thống đèn điều khiển và phân luồng giao thông ở các điểm ngã tư, ngã năm được đưa vào sử dụng. Không những hạn chế được nh ững xung đột trong giao thông thành phố mà còn tránh được hiện tương ùn t ắc, tai n ạn 2
giao thông, hướng dẫn người tham gia giao thông đi đúng làn đường. Với nhu cầu thực tiễn đó, nhóm chúng em đã tìm hiểu, nghiên cứu, thực hiện thi ết k ế mạch điều khiển đèn giao thông. Chương I. Phương án thiết kế 1.1. Mô tả hoạt động của hệ thống: Hệ thống đèn điều khiển giao thông g ồm: led(xanh, đ ỏ, vàng) và 2 led 7 thanh có chức năng hiển thị thời gian đếm lùi đồng th ời đi ều khi ển các đèn Led (Xanh, Vàng, Đỏ) để hướng dẫn các phương tiện tham gia giao thông đi đúng làn đường cho phép của mình. Do vị trí và lưu lượng người tham gia giao thông ở các nút giao thông là khác nhau, nên thời gian hiển thị của các đèn ưu tiên cũng có th ể đặt khác nhau tùy từng thời điểm. Ở hệ thống này mỗi pha được điều khiển tự động như sau: Đèn xanh sáng tương ứng với thời gian hiển th ị đ ếm lùi là 25 giây, ho ặc có thể đặt phù hợp với từng nút giao thông. Đèn vàng sáng 4 giây, thông báo cho các ph ương ti ện tham gia giao thông ứng với pha này giảm tốc độ và chuẩn bị dừng lại. 3
Đèn đỏ sáng 29 giây, thông báo cho các ph ương tiện biết hướng đi ứng với pha này phải dừng lại. Để hệ thống hoạt động một cách đồng bộ đèn xanh sáng đồng thời leg 7 đoạn đếm lùi 25s, khi đèn xanh tắt đèn vàng sáng led 7 đo ạn đ ếm lùi 4s, khi đèn vàng tắt led 7 đoạn đếm lùi 29s, quá trình này cứ lặp đi lặp lại. Thời gian hiển thị của hai pha: Đỏ 1 = Xanh 1 + Vàng 1 1.2. Phương án thiết kế: Hiện nay việc sử dụng các mạch s ố kết h ợp v ới chíp vi đi ều khi ển trong các hệ thống điều khiển tự động đã trở nên rất phổ biến vì những ưu tiên của nó như: Độ chính xác, khả năng lập trình được, tốc độ điều khiển nhanh, s ử dụng đơn-– giản,... Mặt khác kỹ thuật số, vi xử lý, vi điều khi ển là lĩnh v ực đang phát triển mạnh mẽ và có ứng dụng trong rất nhiều ngành sản xuất. Vì vậy, ta sẽ thiết kế một hệ thống điều khiển đèn giao thông đơn gi ản, ch ỉ sử dụng bộ vi điều khiển. Tất cả các tín hiệu điều khiển đều được đưa đến khối hiển thị trực tiếp từ các cổng của bộ vi điều khiển. Phương án này có đ ặc đi ểm là mạch gọn nhẹ, không quá phức tạp, cách thức bố trí linh kiện dễ dàng, lập trình đơn giản, dễ chỉnh sửa. Các vi điều khiển được sử dụng trong hệ thống: - Vi điều khiển AT89C51/52/55 hoặc AT89S51/52/55. - Bộ giải mã 74LS47. - Các led 7seg. - Các led đơn hiển thị đèn xanh, đèn vàng, đèn đỏ. - Một số linh kiện hỗ trợ mạch hoạt động ( tụ, trở, thạch anh…). 4
1.3. Sơ đồ khối của hệ thống: Phần II. Thiết kế Để thực hiện thiết kế hệ thống, trước h ết chúng ta tìm hi ểu v ề c ấu t ạo và chức năng của các vi điều khiển, khối vi điều khiển được s ử d ụng trong h ệ thống. 2.1. Khối xử lý: 2.1.1 Giới thiệu chung về vi điều khiển 8051: Vi điều khiển AT89C51 là một vi điều khiển thuộc họ 8051, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất thấp với bộ nh ớ Flash có th ể l ập trình đ ược. Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel. AT89C51 có 40 chân, được đóng gói theo tiêu chuẩn PDIP. 5
Sơ đồ chân ra của dòng vi điều khiển 8051 Các đặc điểm tiêu chuẩn của họ 8051: - 4KB Flash ROM. - 128 byte RAM. - 4 cổng vào/ra song song 8 bit. - 2 bộ định thời/đếm 16 bit. - Kiến trúc 5 vectơ ngắt 2 mức (five vector two-level interrupt architecture). - 1 cổng nối tiếp song công (full-duplex). - Mạch tạo dao động trên chip và mạch đồng hồ. AT89C51 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động có tần số giảm xuống 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phần mềm. Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ 6
định thời/đếm, cổng nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hóa các hoạt động khác của chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo. 2.1.2 Chức năng của các chân tín hiệu: Các cổng vào ra song song: AT89C52 có 4 cổng vào/ra song song 8 bit ( Port 0, Port 1, Port 2, Port3 ), các cổng này có thể được sử dụng như là các cổng vào hoặc cổng ra dữ liệu. - Cổng P0: Chân 32 - 39, dùng để trao đ ổi tin v ề d ữ li ệu (D0 – D7), hoặc đưa ra các địa chỉ mức thấp (A0 – A7) theo ch ế đ ộ d ồn kênh (k ết h ợp v ới tín hiệu chốt ALE). Đây là cổng vào/ra song song tùy vào ch ế độ đ ặt đ ịa ch ỉ. Đ ể có thể vừa làm đầu ra vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải được nối tới một điện trở kéo 10KΩ bên ngoài. Sở dĩ như vậy là vì cổng P0 có d ạng c ực máng h ở, đây là điểm khác với các cổng P1, P2 và P3. Khái ni ệm c ực máng h ở cũng t ương t ự như colector hở, tuy nhiên ở đây áp dụng cho các chip dang MOS. Khi n ối 8051 tới bộ nhớ ngoài thì cổng P0 cung cấp cả địa chỉ và dữ liệu bằng cách dông kênh để tiết kiệm số chân. Chân ALE sẽ báo P0 có địa ch ỉ hay d ữ li ệu. N ếu ALE = 0 thì P0 cấp dữ liệu D0 – D7, còn nếu ALE = 1 thì là địa chỉ. - Cổng Port 1: Chân 1 - 8, là cổng vào/ra song song, dùng để trao đ ổi tin song song dữ liệu, chúng được dùng cho giao tiếp các thi ết b ị ngo ại vi. Khác với cổng P0, cổng P1 không cần đến điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bên trong. Khi Reset cổng P1 được cấu hình làm cổng ra. Để chuy ển cổng P1 thành đầu vào cần lập trình bằng cách ghi 1 lên tất cả các bit của cổng. - Cổng Port 2: Chân 21 – 28, dùng để trao đổi tin song song về dữ liệu (D0 – D7), hoặc đưa ra địa chỉ cao (A8 – A15), được dùng nh ư các đường xuất nhập hoặc là byte của Bus địa chỉ 16 bit đối với các thiết bị dùng bộ nh ớ ngoài mở rộng. Hai chức năng của cổng P2 là chuyển địa chỉ và dữ liệu. 7
- Cổng P3: Chiếm 8 chân, t ừ chân 10 đ ến chân 17. C ổng này có th ể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra. Cũng như P1 và P2, cổng P3 không c ần điện trở kéo. Khi Reset, cổng P3 được cấu hình làm một cổng ra, tuy nhiên ở đây không phải là ứng dụng chủ yếu. Cổng P3 có thêm m ột ch ức năng quan trong khác là cung cấp một số tín hiệu đặc biệt, chẳng hạn như ngắt. Bit P3.0 và P3.1 được dùng để thu phát d ữ li ệu trong truy ền thông n ối ti ếp. Bit P3.2 và P3.3 được dành cho ngắt ngoài. Bit P3.4 và P3.5 được dùng cho các bộ định thời 0 và 1. Bit P3.6 và P3.7 dùng để ghi, đọc các bộ nhớ ngoài. Bảng chức năng của cổng P3 Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RxD Đường vào dữ liệu cổng nối tiếp P3.1 TxD Đường ra dữ liệu cổng nối tiếp P3.2 INT0 Đường vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 Đường vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 Đường vào của bộ định thời/bộ đếm thứ 0 P3.5 T1 Đường vào của bộ định thời/bộ đếm thứ 1 8
P3.6 WR Tín hiệu ghi dữ liệu bộ nhớ ngoài P3.7 RD Tín hiệu đọc dữ liệu bộ nhớ ngoài Các chân tín hiệu điều khiển: - Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (Program Storage Enable): Tín hiệu PSEN là tín hiệu ra ở chân 29 có tác dụng kép. Cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài, thường được nối đến chân OE (Output Enable) của EPROM cho phép đọc các byte mã l ệnh. Tín hi ệu PSEN ở logic 0 trong thời gian vi điều khiển tìm nạp lệnh. Các mã l ệnh đ ược đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi l ệnh IR c ủa vi đi ều khiển để giải mã. Khi vi điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1. - Chân cho phép chốt địa chỉ ALE/PROG (Address Latch Enable): Chân tín hiệu ALE (chân 30) đưa ra xung điều khiển cho phép chốt byte thấp của địa chỉ khi vi điều khiển truy xuất bộ nhớ ngoài. Chân này cũng là đầu vào c ủa xung lập trình khi l ập trình cho FLASH, khi đó chân tín hiệu ở mức 0. Khi hoạt động bình thường, tín hi ệu ALE được phát ra v ới t ần s ố không đổi bằng 1/6 tần số của bộ tạo dao động trên chip, và có th ể s ử dụng cho m ục đích định thời. Tuy nhiên, sẽ có một xung ALE bị bỏ qua mỗi khi vi đi ều khi ển truy xuất bộ nhớ ngoài. - Chân tín hiệu truy xuất ngoài EA (External Access): Tín hiệu vào EA (chân 31) được nối với 5V (mức logic 1) ho ặc v ới GND (mức 0). Nếu ở mức 1, vi điều khiển thi hành ch ương trình t ừ ROM n ội. Nếu ở mức 0, vi điều khiển sẽ thi hành chương trình ở bộ nhớ mở rộng. 9
Chân EA được lấy làm chân cấp ngu ồn 12V khi l ập trình cho FLASH trong vi điều khiển. - Chân thiết lập lại RST (Reset): Chân RST (chân 9) là đường vào xóa chính c ủa vi đi ều khi ển dùng đ ể thiết lập lại hệ thống. Khi chân tín hiệu này đưa lên mức cao ít nh ất là 2 chu kì máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích h ợp đ ể kh ởi đ ộng h ệ thống. RST có thể được kích khi cấp đi ện dùng m ột m ạch R-C. M ạch này nh ư sau: Trạng thái các thanh ghi của vi điều khi ển đ ược tóm t ắt trong b ảng dưới.Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi bộ đ ếm ch ương trình (PC – Program Counter). Sau khi thiết lập lại (RST trở về mức th ấp), thanh ghi PC có giá trị 0000H, tức là chương trình luôn bắt đầu tại địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ chương trình. Nội dung của RAM trên chip không bị thay đổi khi thi ết lập lại. 10
- Các chân XTAL1, XTAL2: Các chân này (chân 18, 19) nối với bộ tạo dao động trên chip. Mạch tạo dao động như sau: Tần số của dao động thường là 12MHz. Khi đó t ụ có giá tr ị 33pF. Chân VCC nối đến +5V của nguồn cấp, chân GND nối đất. 11
2.1.3. Bộ nhớ trên chip RAM trong: Bộ vi điều khiển 8051 có 128 byte RAM trong bao g ồm 32 byte đ ầu tiên(00H đến 1FH) dành cho các thanh ghi, 16 byte tiếp theo (20H đ ến 2FH) là vùng RAM định địa chỉ theo bit, sau đó là 80 byte RAM nháp. Vùng thanh ghi có 32 byte, chia thành 4 kh ối (bank 0 đ ến bank 3), m ỗi khối có 8 thanh ghi (từ R0 đến R7). Ở vùng RAM định địa chỉ theo bit, các bit được dánh địa chỉ từ 00H đến 7FH. Các thanh ghi chuyên dụng (SFRs – Special Function Registers): Các thanh ghi này có địa ch ỉ t ừ 80H đ ến FFH. Chúng ch ứa n ội dung của các thanh ghi điều khiển. Tổ chức không gian bộ nhớ RAM của 8051: 12
2.2. Khối giải mã: Khối giải mã nhận tín hiệu điều khiển từ kh ối xử lý, sau đó gi ải mã để đưa đến hiển thị trên các đồng hồ đếm ngược. Với chức năng trên thì khối này chính là khối giải mã cho đèn LED 7 thanh. 13
Các đầu ra (từ a đến f) nối đến các chân tương ứng c ủa LED 7 thanh. Ta thấy các đầu ra đều có mức tích cực là mức thấp. Do đó, loại LED 7 thanh cần sử dụng là loại Anode chung. 2.3. Khối hiển thị: Khối hiển thị có chức năng đưa ra thông tin điều khi ển giao thông tương ứng với trạng thái hiện thời của hệ th ống. Kh ối này g ồm 2 phần: đèn điều khiển và đồng hồ. Đèn điều khiển bao gồm: Đèn dành cho các phương tiện tham gia giao thông: xanh, đỏ, vàng. Đồng hồ dùng các Led 7 thanh để tạo các hiển thị tử 00 đến 29, ở đây ta dùng loại Anot chung. 14
Phần III. Nguyên lý hệ thống 3.1. Nguyên lý hoạt động: Mạch hiển thị hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển tín hi ệu vào/ra của vi điều khiển AT89C51. Vi điều khiển được lập trình để thực hiện 2 công việc chính: a) Điều khiển chuyển mức các đèn tín hiệu giữa hai làn đường, cụ thể là: Việc chuyển mức sẽ được thực hiện bằng 6 bit truyền dữ liệu: P0.0: Đèn xanh P0.1: Đèn vàng P0.2: Đèn đỏ Các đèn hiển thị là các Led đ ơn nối chung nhau anot, đèn sáng t ương ứng với mức logic thấp. Đèn xanh ở làn 1 sẽ tương ứng là đèn đỏ ở làn 2 và ngược lại, chuy ển mức giữa các đèn sẽ xen kẽ những bộ đếm lùi thời gian. Kết thúc mỗi bộ đếm sẽ tương ứng thi ết l ập l ại các bit đ ể hi ển th ị đèn tiếp theo. Giữa đèn xanh và vàng là 25 giây Giữa đèn vàng và đèn đỏ là 4 giây Giữa đèn đỏ và đèn xanh là 29 giây b) Hiển thị bộ đếm lùi tương ứng từng trạng thái của đèn tín hiệu: IC 74LS47 thực hiện việc giải mã BCD sang th ập phân và hi ển th ị các thập phân đó sang Led 7 đoạn. Hệ thống sử dụng 4 IC 74LS47 đ ược n ối với các cổng Port 1 và Port 2 dùng cho việc hiển thị hai Led trên hai làn đường. Việc tạo ra số thập phân được thực hiện bằng cách nạp giá trị đ ếm 29 giảm dần vào bộ nhớ RAM. Để thu được mã BCD hiển th ị ra dãy s ố th ập phân 29 – 0 ta sẽ bỏ qua các trạng thái 0A,0B…1F. 15
Nạp các giá trị biến đếm trạng thái hiển th ị cho hai làn đường vào các thanh ghi R1 và R2, lần lượt giảm dần giá trị có trong thanh ghi và ki ểm tra các trạng thái không cho phép hiển thị (1F…0B,0A). 3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch mô phỏng: 16
3.3. Chương trình điều khiển: $MOD51 ORG 0000h Xanh1 EQU P0.0 Vang1 EQU P0.1 Do1 EQU P0.2 MAIN: MOV R1,#29h; BIEN DEM TRANG THAI HIEN THI DEN DO LAP1: CLR Do1; DEN DO MOV P1,R1 DEC R1 ACALL DELAY CJNE R1,#01Fh,LAP2 MOV R1,#19h; NAP LAI BIEN DEM CHO R1 LAP2: MOV P1,R1 DEC R1 ACALL DELAY CJNE R1,#0Fh,LAP2 MOV R1,#09h LAP3: MOV P1,R1 SETB Do1; TAT DEN DO CLR Xanh1 DEC R1 ACALL DELAY CJNE R1,#00h,LAP3 MOV R1,#25h LAP4: MOV P1,R1 17
CLR Xanh1; DEN XANH SANG DEC R1 ACALL DELAY CJNE R1,#01Fh,LAP4 MOV R1,#19h LAP5: MOV P1,R1 DEC R1 ACALL DELAY CJNE R1,#0Fh,LAP5 MOV R1,#09h LAP6: MOV P1,R1 DEC R1 ACALL DELAY CJNE R1,#00Fh,LAP6 MOV R1,#04h LAP7: MOV P1,R1 SETB Xanh1 CLR Vang1 DEC R1 ACALL DELAY CJNE R1,#00Fh,LAP7 MOV R1,#29h LJMP MAIN DELAY: PUSH 00H MOV TMOD,#01H MOV R0,#100 AAA: MOV TH0,#HIGH(-10000) 18
MOV TL0,#LOW(-10000) SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TF0 CLR TR0 DJNZ R0,AAA POP 00H RET END 19
Kết Luận Hệ thống đèn điều khiển giao thông hiện nay đã góp ph ần h ết s ức quan trọng trong việc tham gia giao thông an toàn của mọi người dân. Và ở nh ững thành phố lớn, tại những nút giao thông trọng điểm không ch ỉ là sự giao nhau của hai làn đường mà là rất nhiều làn đương khác nhau cùng với lượng lưu thông càng lớn. Chính vì thế ngoài hệ thống đèn điều khiển chính còn có thêm các hệ thống phân làn đường khác. Trong quá trình làm bài và thiết kế hệ thống, kết quả vẫn chưa được hoàn thiện và cần được bổ sung thêm. Nhóm chúng em mong đ ược s ự góp ý c ủa thầy giáo cùng các bạn để tất cả sẽ có được một sản phẩm hoàn hảo. Em xin chân thành cảm ơn!!! 20