sử dụng vi điều khiển AT89C51để thiết kế hệ thống đèn giao thông cho ngã tư hà nội

MỤC LỤC


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của kinh tế là tốc độ ra tăng không
ngừng về các loại phương tiện giao thông. Sự phát triển nhanh chóng của các phương
tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rất thường xuyên. Vấn
đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông thông suốt và sử dụng đèn điểu khiển
giao thông ở những ngã tư, những nơi giao nhau của các làn đường là một giải pháp.
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chế tạo linh kiện bán dẫn và vi mạch
tổng hợp, một hướng phát triển mới của các vi xử lý đã hình thành đó là các vi điều
khiển. Với nhiều ưu điểm, vi điều khiển đã được sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực
khác nhau. Bằng cách áp dụng vi đều khiển trong quá trình sản xuất và xử lý, vi điều
khiển đã thực sự thể hiện được ưu thế của mình so với các thiết bị điều khiển thông
thường.
Vi xử lý 8051có rất nhiều ưu điểm nên trong đồ án này em đã sử dụng Vi điều khiển
AT89C51để thiết kế hệ thống đèn giao thông cho ngã tư.
Em xin chân thành cảm ơn bộ môn tự động hóa xí nghiệp công nghiệp và thầy giáo Hà
Tất Thắng đã giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 11 tháng 06 năm 2013
Sinh viên thực hiện

Chu Ngọc Ban

2

2


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG
TẠI HÀ NỘI
Sự hình thành các điểm nút giao thông là do có sự giao nhau giữa các tuyến giao
thông. Việc giải quyết sự lưu thông tại các điểm nút một cách an toàn và hiệu quả là một
yêu cầu cấp thiết đối với ngành giao thông công trình và các cơ quan hữu quan tại mỗi
địa phương. Hà nội là một thành phố có hệ thống đương giao thông đô thị phức tạp với
nhiều loại đường kéo theo đó là nhiều loại điểm nút giao thông. Tại mỗi nút lại có
phương án điều khiển riêng. Sau đây là một số phương án điều khiển giao thông đã và
đang được áp dụng tại Hà Nội.
1.1.

NGÃ BA

Là dạng nút giao thông đơn giản nhất nên việc phân luồng điều khiển tại ngã ba rất dễ
dàng.
Trong hệ thống các điểm nút giao thông hiện nay tại Hà Nội, ta thường gặp 2 dạng
ngã ba sau đây:
1.1.1.

Loại 1:

Hình 1.1: Ngã ba loại 1

3

3

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

Nhìn vào hình 1.1 ta thấy các hướng lưu thông có vị trí không phù hợp với việc lắp hệ
thống đèn tín hiệu nên ở các ngã ba dạng này thường không có hệ thống đèn tín hiệu.
Việc lưu thông được điều khiển bằng cách phân luồng theo ô quay ở giữa ngã ba như sau:
Các phương tiện rẽ phải được phép rẽ ngay mà không cần vòng qua ô quay.
Các phương tiện rẽ trái thì bắt buộc vòng qua ô quay mới được phép về phần đường của
mình.
1.1.2.

Loại 2:

A

C

B

Hình 1.2: Ngã ba loại 2
-

-

Do đặc điểm về đường ưu tiên hoặc mật độ các phương tiện lưu thông mà ở một
số ngã ba dạng này không dùng đèn tín hiệu, một số thì có. Hướng AB luôn được
coi là hướng lưu thông chính và được ưu tiên.
Ở những ngã ba có hệ thống đèn tín hiệu thì nguyên lý hoạt động của hệ thống đèn
như sau:

+ Giả sử hướng AB được lưu thông trong 30s, hướng C trong 20s, tín hiệu cho người

đi bộ hướng C là C1. Khi A, B xanh thì C đỏ, đồng thời C1 xanh. Hết 22s thì C1
chuyển từ xanh sang nhấp nháy trong 3s rồi chuyển sang đỏ. Hết 27s A, B chuyển
4

4


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

sang vàng trong 3s rồi chuyển sang đỏ, đồng thời chuyển C xanh. Hết 17s thì C
chuyển sang vàng trong 3s rồi chuyển sang đỏ đồng thời A, B, C1 xanh chu kỳ như
vậy được lặp lại.
1.2.
NGÃ TƯ
1.2.1.
Ngã tư loại đơn giản

A

A1

D1
A
D
C1

B1

B

Hình 1.3: Sơ đồ ngã tư đơn giản
Trong sơ đồ:
- A, B, C, D là các đèn tín hiệu dành cho người điều khiển phương tiện.
- A1, B1, C1, D1 là các đèn tín hiệu cho người đi bộ.
a. Nguyên lý hoạt động

Coi thời gian lưu thông tại mỗi hướng là 30s. tín hiệu cho phép người đi bộ qua
đường trong 25s.
Tại thời điểm ban đầu giả sử A,B xanh trước, các tín hiệu đồng thời:
5

C, D đỏ.
A1, B1 đỏ.
5


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

-

C1, D1 xanh.

Hết 22s thì C1, D1 chuyển sang chế độ nhấp nháy trong 3s rồi chuyển sang đỏ.
Trong khi đó A1, B1 vẫn đỏ, CD và AB cũng chưa thay đổi tín hiệu. Hết 27s AB
chuyển sang vàng trong 3s rồi chuyển sang đỏ, các tín hiệu đồng thời: C,D và A,B
chuyển sang xanh, C1, D1 vẫn đỏ.
Hết 22s tiếp theo thì A1,B1 chuyển sang chế độ nhấp nháy trong 3s rồi chuyển sang
đỏ, các tín hiệu giữ nguyên, hết 27s C, D chuyển sang vàng trong 3s rồi chuyển sang
đỏ, đồng thời: AB xanh.
C1D1 xanh.

A1B1 vẫn đỏ.
Quá trình cứ tiếp tục như vậy đến khi ta muốn thay đổi chuyển chế độ hoạt động.
b. Ưu – Nhược điểm

Phương án điều khiển cho ngã tư này có nguyên lý đơn giản dễ dàng thay đổi thời
gian lưu thông của mỗi hướng. Tuy hiên lại có sự giao nhau giữa các phương tiện tại
ngã tư trong thực tế nếu ngã tư có diện tích lớn thì thường có thêm ô quay ở giữa ngã
tư để phân luồng.
1.2.2.

Ngã tư có ưu tiên rẽ phải

Tín hiệu ưu tiên rẽ phải là tín hiệu cho phép người điều khiển phương tiện được phép rẽ
phải theo ý muốn mà không phụ thuộc vào tín hiệu khác ( trừ tín hiệu dành cho người đi
bộ). đèn báo ưu điểm rẽ phải là một đèn có dạng mũi tên chỉ về hướng đèn chỉ về bên
phải và luôn có trạng thái xanh.
Ưu tiên rẽ phải thực sự cần thiết tại các điểm nút có đường ra hoặc vào thành phố, khu đô
thị, trung tâm giải trí… để giải quyết nhanh sự lưu thông của các phương tiện việc ưu tiển
rẽ phải có thể được áp dụng cho một hướng hoặc nhiều hơn tùy vào vị trí của các điểm
nút và lượng phương tiện lưu thông. Trong ví dụ sau đây ta xét trường hợp thường gặp là
ưu tiên một hướng:
a. Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của hệ thống đèn tín hiệu tại ngã tư này giống như ngã tư đơn
giản đã xét, chỉ thêm đèn ưu tiên rẽ phải B2 luôn sáng mà không phụ thuộc vào trạng
thái của các đèn khác.
b. Ưu - Nhược điểm:
6

6

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

Nguyên lý hoạt động đơn giản, giải quyết nhanh được sự lưu thông cho lượng phương
tiện ra vào thành phố, khu đô thị, trung tâm giải trí…Tuy nhiên sự ưu tiên này vẫn
chưa khắc phục được sự khác nhau giữa các phương tiện tại ngã tư sẽ gây ra tình
trạng lộn xộn.

A2

A1

A

D1

C2

D

C

D2

C1

B1

B

B2

Hình 1.4: Sơ đồ ngã tư có ưu tiên rẽ phải

7

7


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

1.2.3.

Ngã tư có ưu tiên rẽ trái:

A2
A

A1

D1
D

C
C1

B1

B

B2

1.5:Sơ đồ ngã tư có ưu tiên rẽ trái
Trong sơ đồ:
a.
-

A, B, C, D đèn tín hiệu dành cho người điều khiển.
A1, B1, C1, D1 đèn tín hiệu dành cho người đi bộ.
A2, B2 đèn tín hiệu báo rẽ trái.
Nguyên lý hoạt động:
Coi thời gian lưu thông tại mỗi hướng là 30s.
Với hướng A và B các phương tiện được ưu tiên rẽ trái trong 4s.
Giả sử lúc đầu hướng A và B lưu thông trước:

A2B2 xanh trong 4s, trong khi đó AB, CD, A1B1, C1D1 đỏ.
Sau 4s A2B2 chuyển sang đỏ, đồng thời AB, C1D1 xanh, CD và A1B1 vẫn đỏ. Hết
22s của luồng này C1D1 chuyển từ xanh sang chuyển chế độ nháy trong 3s rồi
chuyển sang đỏ, các tín hiệu khác vẫn giữ nguyên. Hết 27s AB chuyển sang vàng
trong 3s rồi chuyển sang đỏ, đồng thời CD và A1B1 xanh, C1D1 và A2B2 vẫn đỏ.
Hết 22s của luồng này, A1B1 chuyển sang chuyển chế độ nháy trong 3s rồi chuyển
sang đỏ. Các tín hiệu khác vẫn giữ nguyên. Hết 27s C1D1 chuyển sang vàng trong 3s
rồi chuyển sang đỏ, đồng thời A2B2 xanh.
8

8


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

Quá trình được lặp lại theo chu kỳ như trên.
b. Ưu – Nhược điểm:

Ngã tư dạng này khắc phục được hiện tượng giao nhau giữa các phương tiện tại ngã
tư. Trong thực tế nhiều người tham gia lưu thông còn chưa hiểu rõ về ưu tiên rẽ trái
nên vẫn có tình trạng người điều khiển phương tiện đi không đúng tín hiệu của hệ
thống đèn.
1.2.4.

Ngã tư có hướng được điều khiển riêng biệt:

Ngã tư dạng này có diện tích khác lớn, áp dụng tại những nút có mật độ phương tiện giao
thông cao, các hướng rẽ không bị cấm.
Khi 1 hướng đang lưu thông thì tại các hướng còn lại đèn tín hiệu dành cho người điều
khiển phương tiện sẽ ở trạng thái đỏ. Hướng đối diện với hướng đang lưu thông được gọi
là hướng lưu thông chính nên đèn tín hiệu dành cho người đi bộ tại hướng đó cũng ở
trạng thái đỏ, người điều khiển phương tiện được rẽ vào tất cả các hướng còn lại.

A

A1

D1
C

D
C1

B1
B

Hình 1.6: Sơ đồ ngã tư có các hướng điều khiển riêng biệt.

Trong sơ đồ:

9

9


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

- A, B, C, D là đèn dành cho các phương tiện.
- A1, B1, C1, D1 là đèn tín hiệu dành cho người đi bộ.
a. Nguyên lý hoạt động:

Coi thời gian lưu thông ở các hướng bằng nhau và bằng 30s.
Tại thời điểm ban đầu, giả sử A xanh, các tín hiệu đồng thời:
-

A1, B1, B, C, D đỏ.
C1, D1 xanh.

Hết 27s A chuyển sang vàng trong 3s thì chuyển sang đỏ đồng thời B xanh, A1, B1,
C, D vẫn đỏ, C1D1 vẫn xanh.
Hết 22s của hướng B thì C1D1 chuyển từ xanh sang chế độ nháy trong 3s rồi chuyển
sang đỏ, các tín hiệu khác vẫn giữ nguyên. Hết 27s của hướng B thì B chuyển sang
vàng trong 3s rồi chuyển sang đỏ, đồng thời C, A1, B xanh, A và D vẫn đỏ.
Hết 27s của hướng C thì C chuyển sang vàng trong 3s rồi chuyển sang đỏ, đồng thời
D chuyển sang xanh, các tín hiệu khác vẫn giữ nguyên, hết 22s của hướng D thì A1B1

chuyển sang chế độ nháy trong 3s rồi chuyển sang đỏ. Hết 27s thì D chuyển sang
vàng trong 3s rồi chuyển sang đỏ, đồng thời A xanh, C1D1 xanh, B và C vẫn đỏ.
Quá trình được tiếp tục với chu kỳ như trên cho đến khi ta muốn thay đổi chế độ hoạt
động.
b. Ưu – Nhược điểm:
- Ưu điểm: Các hướng đi được điều khiển riêng biệt nên khắc phục được hiện tượng
-

giao nhau giữa các luồng phương tiện ở ngã tư.
Nhược điểm: Việc điều khiển khá phực tạp. Thời gian của một chu kỳ tương đối
lớn (trong ví dụ này là 120s) nên mỗi hướng phải ngừng lưu thông trong khoảng
thời gian dài (90s).

Trong thực tế thì thời gian của một chu kỳ là nhỏ hơn nhưng lượng phương tiện phải
đợi tại mỗi hướng rất lớn đặc biệt là vào giờ cao điểm.

10

10


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

1.3.

NGÃ NĂM

Trong thực tế, số lượng ngã năm tại Hà nội không nhiều, việc điều khiển phân luồng giao
thông tại ngã năm khá phức tạp. Tại mỗi ngã năm có một phương án điều khiển riêng, có
thể dùng ô quay hoặc dùng hệ thống đèn tín hiệu để phân luồng. Việc dùng hệ thống đèn

tín hiệu có thể căn cứ vào vị trí các hướng. lượng phương tiện lưu thông để ghép 2 hướng
dùng chung một đèn để thực hiện điều khiển phân luồng như tại một ngã tư.

Hình 1.7: Sơ đồ ngã năm.

11

11


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

1.4.

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ ĐÈN GIAO THÔNG
đèn xanh

đèn đỏ

đèn vàng

Hình 1.8: đèn giao thông nằm dọc

Hình 1.9: đèn giao thông nằm ngang
12

12


CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI

Hình 1.10: Đèn LED năng luợng mặt trời

13

13


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051
2.1. VI ĐIỀU KHIỂN CHIP 89C51
Vi điều khiển 89C51 là một chíp vi điều khiển thuộc họ 8051 của intel và nó khá phổ biến
đơn giản. Tích hợp Ram và Rom có thể lập trình bằng ngôn ngữ C hoặc Assemply, ngoài
ra 89C51 rẻ và sẵn có tại Việt Nam.
2.1.1. Cấu trúc phần cứng của 8051
2.1.2. Sơ đồ khối
Sau đây là sơ đồ khối tổng quát của một vi điều khiển 8051:
Nguồn ngắt ngoài

Đếm sự kiện

4K byte Bộ
nhớ chương
trình trong

Điều khiển
ngắt

128 byte Bộ
nhớ RAM
trong

2 bộ đếm/
định thời

CPU

Bộ tạo dao
động

Khối điều
khiển quản
lý Bus

XTAL 1.2
PSEN/ALE

Port
0

Cổng I/O
địa chỉ
thấp Dữ
liệu

Port
1

Cổng
I/O 8 bit

Port
2

Cổng I/O
địa chỉ
cao Dữ
liệu

Hình 2.1: Cấu trúc của vi điều khiển
Đặc điểm cấu trúc của vi điều khiển 89C51
14

14

Port
3

Giao
diện nối
tiếp

Cổng I/O Các
chức năng
đặc biệt


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

89C51 có 4K bộ nhớ có thể ghi xóa bằng xung điện.
Đơn vị xử lý trung tâm 9 ( CPU-centrel Processing unit) 8bit.
Khả năng xử lý số học nhanh.
32 đường vào ra (I/O – input/output) 16bit.
Có hai bộ định thời/đếm (time/count) 16bit.
Giao tiếp phát nhận không đồng bộ (URTA – universal asyncromous Receiver
Transmitter) song song.
Có 5 nguồn ngắt với hai mức ưu tiên.
4KB vùng nhớ chương trình (program memory) tích hợp.
128 byte vùng nhớ truy cập ngẫu nhiên dữ liệu.
Bộ tạo xung nhịp (OSC)
Cho phép 64KB vùng địa chỉ nhớ chương trình ( program Memory)
Cho phép 64KB vùng địa chỉ nhớ dữ liệu ( data Memory)

2.1.3. Sơ đồ chân 89C51, chức năng các chân
Sơ đồ chân:

Hình 2.2: Sơ đồ chân 89C51

15

15


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

-

Vcc: điện áp cung cấp
VSS(gnd): nguồn đất của mạch

Chức năng các chân:
Port 0: là một cồng vào/ra hai chiều 8bit. Các chân P0 khi được thả nổi( hay
không có tín hiệu) được ghi vào giá trị “1” và ở trạng thái đó sẽ có chức năng như
những đầu vào trờ kháng cao. P0 trở thành địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu trong quá
trình truy cập bộ nhớ ngoài.
Port 1: là một cồng vào/ra hai chiều 8bit được dùng để giao tiếp với thiết bị
bên ngoài khi nó yêu cầu. P1 được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi( ngoại
lệ: với 8032/8052, ta có thể sử dụng P1.0 và P1.1 hoặc làm các đường xuất, nhập làm
các ngõ vào cho mạch định thời thứ ba.
Port 2: là một cổng vào/ra hai chiều 8bit. P2 xuất ra byte địa chỉ cao của bus
địa chỉ 16bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều
hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài (P2 cũng nhận địa chỉ cao và điều khiển các bit
trong quá trình kiểm tra chương trình).
Port 3: Cổng đa chức năng ngoài việc vào /ra hai chiều 8bit nó còn phục vụ
các chức năng khác của vi điều khiển 89C51.

Bit

Tên

Chức năng

P3.0

RxD

Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp

P3.1

TxD

Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

P3.2

INT0

Ngõ vào ngắt cứng thứ 0

P3.3

INT1

Ngõ vào ngắt cứng thứ 1

P3.4

T0

Ngõ vào của Timer/Counter thứ 0

P3.5

T1

Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1

P3.6

WR

Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P3.7

RD

Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài

Bảng 2.1: Chức năng khác của cổng P3
Chân RESET (RST): đầu vào được xác lập lại, một mức cao trong hai chu kỳ máy khi bộ
dao động đang làm việc sẽ reset thiết bị.

16

16


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

ALE/program (address latch enable/program): Cho phép chốt địa chỉ.
Đưa ra xung chốt địa chỉ byte thấp trong quá trình truy cập bộ nhớ ngoài. Và xung được
phát ra bằng ¼ tần số dao động. Tuy nhiên một xung ALE được nhảy qua trong quá trình
truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài và cũng là chân đầu vào xung nhịp nạp chương trình PROG
trong quá trình nạp EPROM.
PSEN ( program store enable): Cho phép nạp chương trình. Là tín hiệu
kích đọc (store) bộ nhớ chương trình ngoài khi các thiết bị đang hoạt động từ các vùng địa
chỉ nhớ(program memory) ngoài thì tín hiệu PSEN bị bỏ qua trong các quá trình truy cập
bộ nhớ dữ liệu. tín hiệu PSEN không được kích hoạt khi CPU thực hiện bộ nhớ chương
trình trong.
EA: Truy cập bộ nhớ chương trình trong hay ngoài. Khi chân EA được giữ ở
mức cao CPU thực hiện từ bộ nhớ dữ liệu trong. Trù khi bộ đếm (PC – Program counter)
vượt quá 0FFh. Việc giữ chân EA ở mức thấp làm cho CPU thực hiện từ bộ nhớ ngoài bất
kể giá trị nào của PC.
Ngõ vào này (chân 3.1) có thể được nối với 5V(logic1) hoặc nối GND
(logic). Nếu chân này nói lên 5V, 8051/8052 thực thi chương trình trong ROM nội. Nếu
chân này nối với GND (và chân PSEN cũng ở logic 0), chương trình cần thực thi chưa ở
bộ vô hiệu hóa và chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài. Nếu chân EA ở logic 0
đối với 8051/8052 , ROM nội bên trong chip được vô hiệu hóa và chương trình cần thực
thi chứa ở EPROM bên ngoài.
Các phiên bản EPROM của 8051 còn sử dụng chân EA làm chân nhận điện
áp cấp điện 21V (VPP) cho việc lập trình EPROM nội (nạp EPROM).
XTAL1: Đầu vào bộ khuếch đại dao động đảo.
XTAL2: Đầu ra bộ khuếch đại dao động đảo.
2.2. TỔ CHỨC BỘ NHỚ CỦA 8051

89C51 chia chức năng bộ nhớ thành 2 phần: Bộ nhớ chương trình (program memory) và
bộ nhớ dữ liệu (data memory) cả hai đều có ( địa chỉ từ 0000h đến FFFFh nhưng là hai
thực thể vật lý khác nhau và có cách truy cập khác nhau. Địa chỉ 16bit được phát ra qua
con trỏ dữ liệu DPTR (data Pointer).

17

17


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ số liệu

Bộ nhớ mở
rộng

FFFFH

FFH
Bộ nhớ mở
rộng
EA=0

EA=1

Bộ nhớ
ngoài

Bộ nhớ
trong
0000H

00H

PSEN

WR

RD

Hình 2.3: Cấu trúc bộ nhớ của họ MCS -51.

2.2.1. Tổ chức của program Memory
Các vị trí ngắt
0023h
001Bh
0013h
000Bh
0003h

RESET

0000h

Hình 2.4: Tổ chức của bộ nhớ chương trình của vi điều khiển 89C51

18

18


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

Đây là bộ nhớ chỉ đọc, tín hiệu kích đọc là PSEN.
Bộ nhớ dữ liệu được chia làm 2 phần
+ 0000h – 0FFh: Đây là program memory trong. Trong khi đó sau khi Reset, CPU sẽ bắt
đầu thực hiện chương trình từ địa chỉ 000h. vùng địa chỉ 003h – 0001Bh là địa chỉ các
ngắt. Còn lại từ 001Ch đến 0FFFh dùng để ghi chương trình.
+ 1000h – FFFFh: Dành cho bộ nhớ chương trình ngoài.
2.2.2. Tổ chức bộ nhớ dữ liệu
Cũng được chi làm 2 phần: bộ nhớ dữ liệu trong và bộ nhớ dữ liệu ngoài:
-

Bộ nhớ dữ liệu ngoài có địa chỉ 0000h – FFFFh chức năng chính là lưu trữ các dữ
liệu với địa chỉ 16bit.
Bộ nhớ dữ liệu trong có địa chỉ từ 00h đến FFh và được chia thành 2 khối:
+ 00h – 7Fh: 128 byte thấp có thể truy cập bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
+80h – FFh : là địa chỉ các thanh ghi chức năng đặc biệt

2.2.3. Tổ chức bộ nhớ của 128 byte thấp trong data memory trong
+ 00h – 1fh: 32 byte chia làm 4 bar (thanh ghi) mỗi bar có 8 thanh ghi 8 bit được ký hiệu
là R0 – R7/ khi cần chọn 1 bar thanh ghi nào thì sử dụng 2 bit trong thanh ghi từ trạng thái
chương trình PSW.
+ 20h – 2Fh: 16 byte(128bit) các bit trong vùng này có thể định địa chỉ riêng biệt cho từng
bit (00h – 7Fh).
+ 30h – 7Fh: Vùng nhấp sử dụng như các biến tạm thời.
2.2.4. Tổ chức bộ nhớ cửa 128 byte cao trong bộ nhớ dữ liệu trong

Đây là bộ nhớ của các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR chỉ có thể truy cập bằng định địa
chỉ trực tiếp. 16 byte này có thể định địa chỉ cả kểu byte và bit.
Từ trạng thái chương trình PSW:
CY

19

AC

FO

RS1

RS0

19

0V

P


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

Chức năng các bit trong thanh ghi PSW được mô tả trong bảng:
bit
PSW.7
PSW.6
PSW.5
PSW.4

PSW.3

Ký hiệu
CY
AC
F0
RS1
RS0

Địa chỉ
D7H
D6H
D5H
D4H
D3H

Mô tả bit
Cờ nhớ
Cờ nhớ phụ
Cờ 0
Chọn dãy thanh ghi (bit1)
Chọn dãy thanh ghi (bit 0)
00=bar0: Định địa chỉ từ 00H đến 07H
01=bar1: Định địa chỉ từ 08H đến 0FH
02=bar2: Định địa chỉ từ 10H đến 17H

PSW.2
PSW.1
PSW.0

0V
P

03=bar3: Định địa chỉ từ 18H đến 1FH
Cờ tràn
Dự trữ
Cờ kiểm tra chẵn lẻ

D2H
D1H
D0H

Bảng 2.2: Thanh ghi định địa chỉ cho từng bit (PSW)
2.3. CẤU TRÚC CỔNG
Cả 4 cổng đều là 2 chiều, mỗi cổng bao gồm 1 bộ (P0-P3): 1 đường điều khiển và 1 bộ
đếm.
Đường điều khiển ra của P0,P2 và bộ đếm và bộ đếm P0 sử dụng trong truy xuất ngoài. P2
đưa ra 2 byte cao của địa chỉ nhớ ngoài, nếu địa chỉ là 16 bit.
Tất cả các chân P3 là đa chức năng.
2.4 .CÁC THANH GHI TIMER/COUNTER
89C51 có 2 thanh ghi timer/counter 16bit. Timer0 và Timer1 được cấu hình để hoạt động
như 1 bộ định thời hoặc 1 bộ đếm. Trong chức năng của bộ định thời (timer) thanh ghi
được tăng lên qua mỗi chu kỳ máy.
Trong chức năng của Counter( bộ đếm) thanh ghi được tăng lên để đáp ứng sư chuyển
dịch “1” sang “0” tại chân vào bên ngoài tương ứng với nó T0 và T1.
Ngoài sự lựa chọn Timer/Counter. Timer0 và Timer có 4 mode hoạt động có thể lựa chọn.
Timer và counter được lựa chọn bởi bit điều khiển C/T trong thanh ghi điều khiển bộ định
thời đếm. 4 mode hoạt động được lựa chọn bởi M0 và M1 trong TMOD.
Thanh ghi TMOD
20

20


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

GATE
TIMER1

C/T

M1

M0

GATE
C/T
TIMER0

M1

M0

GATE điều khiển Timer/Counter
C/T xóa cho chức năng Time/ lập cho chức năng Counter
Các bit chọn mode hoạt động
M0
0
0
1

1

M1
0

Hoạt động của mode
Khi bộ đếm chuyển tất cả từ 1-0 nó sẽ thiết lập cờ ngắt TF1

1
0

Đầu vào đếm cho phép GATE=1 và TR1=1
Giống với Mode0 ngoại trừ Timer chạy cả 16 bit
Timer/Counter 8 bit tự động nạp. THx giữ 1 giá trị mà được nạp

1

vào TLx mỗi khi tràn.
Timer0 TLO là một Timer/counter 8 bit được điều khiển bởi các
bit điều khiển Timer0. THO là Timer 8 bit chỉ được điều khiển
bởi các bit điều khiển Timer1
Bảng 2.3: Thanh ghi TMOD

Thanh ghi điều khiển định thời/đếm (TCOM)
TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

Chức năng các bit trong thanh ghi TCON được ghi trong bảng ở trang tiếp theo.

Bit

Ký hiệu

Địa chỉ bit

Mô tả

TCON7

TF1

8FH

Cờ tràn của bộ định thời 1. Cờ này được set bởi
phần cứng có tràn, được xóa bởi phần mềm,
hoặc bởi phần cứng khi bộ vi xử lý trỏ đến
chương trình ngắt

21

21


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

TCON6

TR1

8EH

Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 1. Bit
này được set hoặc được xóa bởi phần mềm để
điều khiển bộ định thời hoạt động hay ngưng
hoạt động.

TCON5

TF0

8DH

Cờ tràn của bộ định thời 0

TCON4

TR0

8CH

Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 0

TCON3

IE0

8BH

Cờ ngắt bên ngoài 1( kích thời cạnh). Cờ này
được set bởi phần cứng khi có cạnh âm (xuống)
xuất hiện trên chân INT1, được xóa bởi phần
mềm, hoặc phần cứng khi CPU trở đến trình
phụ vụ ngắt.

TCON2

IT1

8AH

Cờ ngắt bên ngoài 1 (mức).Cờ này được set
hoặc xóa bởi phần mềm khi xảy a canh
âm(xuống) hoặc mức thấp tại chân ngắt ngoài

TCON1

IE0

89H

Cờ ngắn bên boài 0 ( kích khởi cạnh )(IE1)

TCON0

IT0

88H

Cờ ngắt bên ngoài 0 ( kích khởi cạnh hoặc mức)
(IT1).

Bảng 2.4: Chức năng các bit trong thanh ghi TCON
Bốn bit cao trong TCON(TCON4-TCON7) được dùng để điều khiển các bộ định thời hoạt
động hoặc ngưng (TR0,TR1) hoặc để báo cáo các bộ định thời trên (TF0,TF1), các bit này
được dùng rộng rãi.
Bốn bit thấp của TCON(TCON0-TCON3) không dùng để điều khiển các bộ định thời,
chúng được dùng để phát hiện và khởi động các ngắt ngoài.
2.5. TỔ CHỨC NGẮT CỦA 8051:
Ngắt là sự kiện bên trong hay bên ngoài phần cứng làm cho vi xử lỹ rẽ nhánh khỏi chương
trình đang chạy và thực hiện chương trình đặc biệt do người viết đưa ra địa chỉ ngắt.
Có 5 nguyên nhân tạo ra ngắt ( gọi tắt là nguyên nhân ngắt) đối với 8051: hai ngắt
do bên ngoài, hai ngắt do bộ định thời và một ngắt do port nối tiếp. Khi ta thiết lập trạng
thái ban đầu cho hệ thống ( gọi tắt là reset hệ thống), tất cả các ngắt đều bị vô hiệu hóa
(cấm) và sau đó chúng được cho phếp riêng rẽ bằng phần mềm.
Ngắt
22

Nguồn

Hoạt động
22

Địa chỉ


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

Ngắt ngoài 0

INT0

Theo mức hoặc theo sườn 0003h
xuống(có thể chọn)

Ngắt thời gian 0

TF0

Chạy từ 0FFFh và 0000h

000Bh

Ngắt ngoài 1

INT1

Theo mức hoặc theo sườn

0013h

Ngắt thời gian 1

TF1

Ngắt nối tiếp

RI và T1

001Bh
Kết thúc quá trình thu nhận

0023h

Bảng 2.5: Các ngắt và địa chỉ của các ngắt như sau:
Thanh ghi IE(interupt Enable) là một SFRs dùng để điều khiển ngắt:
EA

X

Bit

EA

X

ES

Địa chỉ bit

ET1

EX1

ET0

EX0

Mô tả
(0:không cho phép; 1: cho phép)

IE.7

EA

IE.6

AFH

Cho phép/không cho phép toàn cục

AEH

Không sử dụng

IE.5

ET2

ADH

Cho phép ngắt do bộ định thời 2

IE.4

ES

ACH

Cho phép ngắt do port nối tiếp

IE.3

ET1

ABH

Cho phép ngắt do bộ định thời 1

IE.2

EX1

AAH

Cho phép ngắt từ bên ngoài (ngắt ngoài 1)

IE.1

EX0

A9H

Cho phép ngắt từ bên ngoài (ngắt ngoài 0)

IE.0

ET0

A8H

Cho phép ngắt do bộ định thời 0

Bảng 2.6: Chức năng các bit trong thanh ghi IE như sau
Vector reset hệ thống (RST ở địa chỉ 0000H) được để trong bảng này vì theo nghĩa này,
nó giống ngắt: nó ngắt chương trình chính và nạp cho PC giá trị mới.Trên đây là những tài
liệu về họ 8051 mà điển hình là chíp 89C51.Tiếp theo sẽ nói đến Thiết kế hệ thống điều
khiển tín hiệu giao thông dùng 89C51.
2.6. LED 7 ĐOẠN VÀ LED ĐƠN
Các khái niệm cơ bản:
Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông
số chỉ là dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng “led 7đoạn”. Led 7 đoạn được sử
23

23


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiển thị số là đủ, chẳng hạn led 7
đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử,
hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó…
Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một
đoạn led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn. 8
led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực-) được nối chung với nhau vào
một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn
được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện.
Led 7 đoạn có 2 loại:
Anode (cực +) chung: đầu (+) chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng
để diều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào
các chân này ở mức 0.
• Cathode (cực -) chung: đầu(-) chung được nối xuống Ground(hay Mass), các chân
còn lịa dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín
hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.
•
•

Hình 2.5: Led 7 đoạn Anode chung và Cathode chung

Hiển thị LED 7 thanh là phần tử hiển thị thông dụng, để hiển thị các phần tử số từ 0 đến 9
trong một số hệ thập phân. Nó gồm 7 thanh xếp thành hình số 8, mỗi thanh là một diode
(LED) phát quang hoặc hiển thị tinh thể lỏng. Diode thường được cấu tạo từ các chất Ga,
As, P.. nó cũng có tính chất chỉnh lưu như diode thường. Nhưng khi điện áp thuận đặt lên
diode vượt quá mức ngưỡng Ung nào đó thì diode sáng. Điện áp ngưỡng thay đổi từ 1,5
đến 5V tùy theo từng loại có màu sắc khác nhau.
• LED màu đỏ có điện áp ngưỡng Ung=1,6 đến 2V
24

24


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

•
•
•
•

LED màu cam có điện áp ngưỡng Ung=2,2 đến 3V
LED màu xanh lá cây có điện áp ngưỡng Ung=2,8 đến 3,2V
LED màu vàng có điện áp ngưỡng Ung=2,4 đến 3,2V
LED màu xanh ra trời có điện áp ngưỡng Ung=3 đến 5V

Vì LED 7 đoạn chứa bên trong nó các LED đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua
mỗi LED đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể
hạn chế dòng bằng điện trở 220
trước các chân nhận tín hiệu điều khiển.
Các điện trở 220Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua LED
nếu LED 7 đoạn được nối với nguồn 5V
Chân nhận tín hiệu a điều khiển LED a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b. Tương tự
với các chân và các LED còn lại.
Một số dạng LED 7 đoạn và LED đơn:

Hinh 2.6: Led 7 đoạn Anode chung và Cathode chung

25

25