POWERPOINT về Họ vi điều khiển 8051 và xây dựng ứng dụng mạch đếm

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN
THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: Tìm hiểu họ vi điều khiển 8051, xây
dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông
Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Hưng
Giáo viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Ngọc Hoan

Thái Nguyên, Tháng 9/2014


Giới Thiệu
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn minh, hiện đại và

mạnh mẽ của kinh tế như hiện nay. Các hệ thống điện tử rất đa dạng và đang thay thế các công
việc hàng ngày của con người từ những công việc đơn giản đến phức tạp. Cùng với đó là vấn đề
giao thông đang là một bài toán khó, một vấn đề phức tạp và khó giải quyết đòi hỏi nhiều
nghành, nhiều cấp phải quan tâm và tìm ra các hướng giải quyết để làm giảm bớt những khó
khăn đó cũng như làm cho việc lưu thông trên các tuyến đường được thông thoáng và giảm thiểu
tại nạn. Nhận thấy đây là vấn đề sát thực với những kiến thức đã trang bị trong quá trình học tập
và nghiên cứu, em đã lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu họ vi điều khiển 8051, xây dựng hệ thống
điều khiển đèn giao thông” để làm đồ án tốt nghiệp.


Nội dung đề tài
1
2
3

Tổng quan về đèn giao thông
Khảo sát vi điều khiển 8051
Xây dựng mô hình điều khiển đèn tín hiệu giao thông


Chương I : Tổng quan về đèn giao thông
Giới thiệu đề tài

Đèn tín hiệu giao thông đường bộ là một thiết bị được dùng
để điều khiển giao thông ở những giao lộ có lượng phương tiện
lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngã tư đông xe qua lại). Đây là
một thiết bị quan không những an toàn cho các phương tiện mà
còn giúp giảm ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm. Nó được lắp ở
tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè. Đèn tín hiệu có thể hoạt động tự
động hay cảnh sát giao thông điều khiển.


Phương pháp nghiên cứu
Cách thức tiến hành nghiên cứu dựa trên sự hiểu biết về vi điều
khiển 8051, các kiến thức đã học từ môn “ kỹ thuật lập trình nhúng”.
Cùng với sự hướng dẫn của GVHD và tận dụng những nguồn thông tin
trên Internet.
Đèn tín hiệu là một thiết bị quan trọng không những đảm bảo an
toàn cho người và phương tiện tham gia giao thông mà còn giúp giảm
thiểu ách tắc giao thông tại những nơi có mật độ giao thông cao vào
những giờ cao điểm.


Nguyên lý hoạt động
 Mạch đèn giao thông hoạt động dựa trên nội dung đã lập trình cho

AT89C51, khi có tác động từ các nút điều khiển mạch hoạt động theo đúng
thời gian yêu cầu. AT89C51 đưa dữ liệu đến các LED xanh, đỏ, vàng để
điều khiển các LED này đóng, mở. Ngoài ra, nó còn xuất dữ liệu đến các bit
để điều khiển các LED 7 đoạn. LED 7 đoạn còn nhận dữ liệu từ vi điều
khiển trung tâm để thực hiện việc đếm lùi thời gian. Chúng ta sử dụng ngắt
ngoài 0 và ngắt ngoài 1 để điều khiển đèn tín hiệu giao thông bằng tay và
cài đặt thời gian cho các đèn(Xanh, đỏ, vàng).
 Như vậy mỗi khi mạch bắt đầu thực hiện đếm lùi, nếu trục lộ bên này đèn
xanh hoặc vàng sáng thì trục lộ bên kia đèn đỏ sáng và ngược lại. Bộ phận
điều khiển AT89C51 là các nút nhấn. Tùy theo thời gian yêu cầu mà ta điều
khiển các trục giao thông sáng. AT89C51 sẽ xuất ra các cổng I/O những
xung ở mức cao hoặc mức thấp để điều khiển các bit từ đó điều khiển các
đèn hiện thị. Khi AT89C51 nhận tín hiệu điều khiển từ các phím nhấn, nó
sẽ quét và tím ra chương trình được mã hóa phù hợp với tín hiệu điều khiển
để hoạt động.


Vấn đề điều khiển hệ thống tín hiệu
 Mật độ giao thông phát triển mạnh mẽ ở các đô thị lớn đòi hỏi hệ thống điều khiển giao



-

thông phải chính xác, đơn giản, nhưng hiệu quả cao. Hệ thống đèn giao thông hai pha
phần nào đã đáp ứng được những yêu cầu trên.
Mỗi pha gồm các đèn: Xanh-Đỏ-Vàng điều khiển các phương tiện cơ giới.
Hoạt động của từng pha như sau:
Đèn xanh: cho phép các phương tiện tham gia giao thông được đi.

Đèn vàng: thông báo cho các phương tiện giảm tốc độ, và chuẩn bị dừng lại.
Đèn đỏ: các phương tiện phải dừng lại.


Chương II: Khảo sát vi điều khiển 8051
Tổng quát

- 4 KB EPROM bên trong.
- 128 Byte RAM nội.
- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bít.
- Giao tiếp nối tiếp.
- 64 KB vùng nhớ mã ngoài
- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.
- Xử lí Boolean (hoạt động trên bít đơn).
- 210 vị trí nhớ có thể định vị bít.
Hình dạng AT89C51
- 4 chu kì máy (4 μs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia.
- Có các chế độ nghỉ (Low – power Idle) và chế độ nguồn giảm (power
down). Ngoài ra một số IC khác của họ MCS – 51 có thêm bộ định thời thứ 3
và 256 byte RAM nội.


Sơ đồ khối và các chân

Sơ đồ khối của họ vi điều khiển 8051


- Interrupt Control: điều khiển ngắt
- Other Register: các thanh ghi khác
- 128 byte Ram

- Bộ định thời: 0, 1, 2
- CPU: đơn vị điều khiển trung tâm
- Oscillator: mạch dao động
- Bus Control: điều khiển Bus
- Input/output: các chân vào ra
- Serial port: cổng nối tiếp
- INT1/INT0: các ngắt 1/0


AT89C51 có 128 byte RAM ở
bên trong chip. RAM trong
AT89C51 bao gồm nhiều
thành phần: Phần lưu trữ đa
dụng, phần lưu trữ địa chỉ
hóa từng bit, các bank thanh
ghi và các thanh ghi chức
năng đặc biệt. Họ 8051 có bộ
nhớ theo cấu trúc Harvard:
có những vùng bộ nhớ riêng
biệt cho chương trình và dữ
liệu. Chương trình và dữ liệu
có thể chứa bên trong
AT89C51 vẫn có thể kết nối
với 64K byte bộ nhớ chương
trình và 64K byte dữ liệu.
Bộ nhớ dữ liệu chip


- Port0:
Là Port có 2 chức năng ở trên chân từ

32 đến 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ
(không dùng bộ nhớ mở rộng) có hai
chức năng như các đường I/O. Đối với
các thiết kế cỡ lớn (với bộ nhớ mở
rộng) nó được kết hợp kênh giữa các
bus.
- Port1:
Port1 là một port I/O trên các chân 18. Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1,
P1.2… có thể dùng cho các thiết bị
ngoài nếu cần. Port1 không có chức
năng khác, vì vậy chúng ta chỉ được
dùng trong giao tiếp với các thiết bị
ngoài.


- Port2:
Port2 là một port công dụng kép trên các chân 21 - 28 được dùng như các đường
xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở
rộng.
- Port3:
Port3 là một port công dụng kép trên các chân 10 - 17. Các chân của port này có
nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt
của 8051 / 8031 như sau :
Bit
Tên
Chức năng chuyển đổi
P3.0
RXD
Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
P3.1

TXD
Dữ liệu phát cho port nối tiếp
P3.2
INTO
Ngắt 0 bên ngoài
P3.3
INT1
Ngắt 1 bên ngoài
P3.4
TO
Ngõ vào của timer/counter 0
P3.5
T1
Ngõ vào của timer/counter 1
P3.6
WR
Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7
RD
Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài


Một số linh kiện khác
Led 7 thanh
 LED 7 thanh được dùng nhiều trong các mạch hiện thị thông

báo, hiện thị số, kí tự đơn giản... LED 7 thanh được cấu tạo từ
các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểu diễn các
chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ số 0 đến 9 và A đến F.
LED 7 thanh dùng để hiện số thì rất đẹp và dễ nhìn .

 Hiện nay trên thị trường có 2 loại LED 7 thanh đó là loại chung
Anot và chung catot. Cấu tạo của nó gồm 8 con LED đơn được
ghép với nhau


Thạch Anh

Chức năng: Là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định (12MHz)
cho dao động của 8051. Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và
XTAL2 (Chân số 18 và 19) của 8051 .Tần số thạch anh thường dùng
trong các ứng dụng là : 11.0592Mhz(giao tiếp với cổng com máy tính)
và 12Mhz Tần số tối đa 24Mhz. Tần số càng lớn VĐK xử lí càng
nhanh.


Transistor
Bốn transistor nối với P1.0 -> P1.3 sử dụng như những chiếc khóa
điện tử đóng mở rất nhanh, vừa có tác dụng đệm dòng cho các led đủ
sáng vì dòng do vi điều khiển cung cấp không đủ để làm cho các led
sáng đẹp được.Và một lý do nữa là nếu ta sử dụng trực tiếp các chân
của vi điều khiển sẽ làm vi điều khiển hoạt động quá công suất, dẫn đến
vi điều khiển rất nóng và hay bị treo khi hoạt động. Sáu transistor nối
với P2.0 -> P2.5 dùng để khuếch đại dòng vào các led đơn đồng thời
ngăn dòng dò từ vi điều khiển vào các led.

Điện trở

Hạ dòng vào cực B của các transistor và
dòng từ cực E của transistor ra các led.

Led đơn
Các led được lập trình sáng theo thứ tự và thời gian khác nhau để
điều khiển giao thông tại các đường giao nhau.


Tụ
Chức năng: Lọc nhiễu cho dao động thạch anh. 2 tụ gốm 33pF sẽ
được nối một đầu với chân của thạch anh, đầu còn lại đấu ra Mass.

Công tắc
Reset
Khởi động lại quá trình hoạt động của mạch.

Diot
Ngoài ra mạch còn có thêm một con diot dùng để bảo vệ mạch khi
người sử dụng vô tình cắm ngươc nguồn.Và LM7805 để mạch co
thể hoạt động với dải điện áp lớn hơn và bảo vệ khi người sử dụng
cắm nguồn điện áp lớn hơn đện áp cho phép.Vì qua kinh nghiệm
thực tế mạch rất hay bị hỏng vi điều khiển khi ta cắm nhầm nguồn
cung cấp hoặc cắm ngược cực tính của nguồn .




CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN
TÍN HIỆU GIAO THÔNG
Giới thiệu phần
mềm mô phỏng
mạch điện

proteus
Phần mềm Proteus
là phần mềm cho

phép mô phỏng hoạt động của mạch
điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và
viết chương trình điều khiển cho các họ
vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR,…
 Phần mềm bao gồm 2 chương trình:
ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES
dùng để vẽ mạch in.


ISIS
 có thể mô phỏng hoạt động của các hệ vi diều khiển mà không cần

thêm phần mềm hỗ trợ nào. Sau đó ISIS có thể xuất file sang ARES
hoặc các phần mềm vẽ mạch in khác.
 ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép ta định dạng
đường nét, màu sắc mạch điện, cũng như thiết kế theo các mạch mẫu.

ARES
 ARES là phần mềm vẽ mạch in PCB. Nó vẽ mạch dựa vào file nestlist
cùng các công cụ tự động khác.
 Proteus VMS là sự kết hợp giữa chương trình mô phỏng mạch điện theo
chuẩn công nghiệp SPICE3F5 và mô hình linh kiện tương tác động. Nó cho
phép người dùng tự tạo linh kiện liên kết động và thực ra có rất nhiều linh
kiện loại này được tạo ra mà không cần code lập trình. Do đó, proteus VMS
cho phép người dùng mô phỏng có tương tác giống như hoạt động của một
mạch thật.

Phần mềm Keil
C

Keil C là một trình biên dịch, nó hỗ trợ tốt cho các ngôn ngữ như C,
ASM,...và là một công cụ hữu hiệu trong lập trình nhúng với họ vi điều
khiển AT89C51.


Sơ đồ khối

Khối nguồn

AT89C5
1

Khối điều khiển
(nút bấm)

Khối hiển
thị


Hoạt động của hệ thống
Mạch được chia làm 4 khối:
 Khối thứ nhất là khối nguồn cung cấp có tác dụng ổn định
nguồn và bảo vệ mạch.
 Khối thứ hai là khối hiển thị bao gồm các Led xanh, đỏ, vàng và
các led 7 thanh để hiển thị số giây đếm lùi và hướng đi ưu tiên.

 Khối thứ ba: Là khối xử lý trung tâm AT89C51, khối này có vai
trò quan trọng nhất bao gồm có tất cả 40 chân có chức năng như
các đường nhập xuất. Trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có
nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như
đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần
của các bus dữ liệu và các bus địa chỉ. Khối này có nhiệm vụ lưu
trữ chương trình thực thi được viết bằng ngôn ngữ C và đã được
nạp bằng phần mềm Keil C. Khối này gồm có vi điều khiển
AT89C51 và các phần tử tối thiểu cho vi điều khiển hoạt động
như bộ tạo giao động thạch anh …
 Khối thứ tư: là khối điều khiển có công tắc dùng để reset mạch.


Phương pháp quét Led
 Bước 1: Cấp nguồn cho led thứ nhất,các led còn lại đều tắt.
 Bước 2: Xuất dữ liệu cần hiển thị của led đó ra port được nối chung

với các chân của led.
 Bước 3: Tạo một khoảng thời gian trễ để cho led kịp sáng(thời gian

trễ này rất quan trọng vì nếu ta để quá ngắn thì led sẽ bị mờ do led
chưa kịp sáng đã phải tắt rồi, nhưng nếu để trễ quá lâu thì sẽ ảnh
hưởng đến tần số quét led dẫn đến led hiển thị có hiện tượng nhấp
nháy gây khó chịu cho người quan sát).
 Bước 4: Lại cấp nguồn cho led thứ hai,các led khác đều bị tắt.Và

cũng lại xuất dữ liệu cần hiển thị ra port được nối chung với các led
đó.

Lưu đồ giải thuật
Start
P2.6=
#00H

P2.7=
#00H

Chương trình 2
(ưu tiên )

Chương trình 1
(không ưu tiên)

END

Chương trình 3
(vàng nhấp nháy)