Đồ án mạch đèn giao thông sử dụng pic18f4520 full sourse code va mo hinh

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn
minh và hiện đại, các đô thị ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông ngày càng trở
nên cấp thiết, nhất là trong các khu vực thành thị. Do nhu cầu của đời sống con
người, đặc biệt là nhu cầu đi lại, các loại phương tiện giao thông đã tăng một cách
chóng mặt. Riêng tại Việt Nam số lượng xe máy trong những năm qua tăng một
cách đột biến, mật độ xe lưu thông trên đường ngày một nhiều, trong khi đó hệ
thống đường xá tại Việt Nam còn quá nhiều hạn chế nên thường gây ra các hiện
tượng như kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt là tai nạn giao thông ngày càng phổ
biến trở thành mối hiểm họa cho nhiều người.
Vì lý do đó các luật giao thông lần lượt ra đời và được đưa vào sử dụng.
Trong đó hệ thống đèn giao thông là công cụ điều khiển giao thông công cộng thực
tế và có hiệu quả, vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và giảm thiểu tai nạn
giao thông.
Xuất phát từ thực tế này, trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, dưới sự
hướng dẫn tận tình của ThS. Đặng Cẩm Thạch Em quyết định chọn đề tài “Thiết
kế hệ thống điều khiển đèn giao thông sử dụng vi điều khiển” để làm đề tài cho
đồ án tốt nghiệp. Đồ án được bố cục thành 4 chương:
Chương 1: Khảo sát các nút giao thông từ Ngã Tư Sở tới Cầu Giấy.
Chương 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển đèn giao thông.
Chương 3: Giới thiệu về vi điều khiển và PIC18F4520.
Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông thông minh.
Do thời gian thực hiện đề tài có hạn, cùng với điều kiện làm việc còn nhiều
thiếu thốn, thị trường linh kiện hạn hẹp cũng như kinh nghiệm làm việc, kiến thức
còn hạn chế nên sản phẩm của em còn rất nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được
sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy cô, bạn bè để sản phẩm của Em ngày
càng hoàn thiện hơn.
Để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn các
thầy, các cô giáo trong trường Đại Công Nghiệp Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và
tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Điện tử , đặc biệt là

ThS. Đặng Cẩm Thạch – người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em hoàn thành đồ
án tốt nghiệp này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, gia đình đã động viên và giúp
đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được công việc của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................................................................1
MỤC LỤC............................................................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH......................................................................................................................................3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................................................................5
CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT CÁC NÚT GIAO THÔNG TỪ NGÃ TƯ SỞ......................................................................6
TỚI CẦU GIẤY.....................................................................................................................................................6
1.1 Thực trạng các nút giao thông từ Ngã Tư Sở tới Cầu Giấy.....................................................................6
1.2 Các phương án điều khiển đèn giao thông và ý nghĩa điều khiển đèn giao thông theo “Làn sóng
xanh”..............................................................................................................................................................8
1.3 Xác định bài toán...................................................................................................................................11
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN....................................................................................14
ĐÈN GIAO THÔNG............................................................................................................................................14
2.1 Nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông..........................................................................................14
2.2 Một số linh kiện trong mạch.................................................................................................................16
2.3 Phương pháp tính toán, đặt thời gian cho tín hiệu giao thông...........................................................25
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ PIC18F4520...........................................................................27
3.1 Giới thiệu chung vi điều khiển..............................................................................................................27
3.2. Vi điều khiển PIC18F4520....................................................................................................................29
..........................................................................................................................................................................56
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG........................................................................57
4.1 Sơ đồ khối..............................................................................................................................................57

4.2 Thiết kế mạch........................................................................................................................................58
4.3 Sơ đồ thuật toán....................................................................................................................................62
N..................................................................................................................................................................62
.....................................................................................................................................................................62
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI......................................................................................................67

2


Tài liệu tham khảo...........................................................................................................................................68
Phụ lục.............................................................................................................................................................68

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hình ảnh nút giao thông tại ngã tư Lê Văn Lương - Láng..............................................................6
Hình 1.2 Hình ảnh nút giao thông tại ngã tư cầu vượt Nguyễn Chí Thanh.................................................7
Hình 1.3 Khảo sát sơ bộ tại ngã tư.............................................................................................................10
Hình 1.4 Sơ đồ mô phỏng hoạt động của 1 hệ thống đèn giao thông.....................................................12
Hình 2.1 Mô hình đèn giao thông ở ngã tư................................................................................................14
Hình 2.2 Giản đồ thời gian hoạt động của từng đèn.................................................................................15
Hình 2.3 Hình ảnh cấu tạo của tụ...............................................................................................................16
Hình 2.4 Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ hóa......................................................................................17
Hình 2.5 Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ gốm.....................................................................................17
Hình 2.6 Ký hiệu vào hình ảnh thực tế cuộn dây........................................................................................17
Hình 2.7 Ký hiệu và hình ảnh thực tế cuộn dây lõi sắt bụi.........................................................................18
Hình 2.8 Ký hiệu điện trở............................................................................................................................18
Hình 2.9 Các loại điện trở có giá trị cố định...............................................................................................18
Hình 2.10 Ký hiệu và hình ảnh của Điot......................................................................................................19
Hình 2.11 Ký hiệu và hình ảnh thực tế của LED 7 thanh............................................................................19
Hình 2.12 Ký hiệu của loại anode và cathode led 7 thanh.........................................................................19
Hình 2.13 Chip đồng hồ thời gian thực DS 1307........................................................................................20

Hình 2.14 cấu tạo của DS 1307...................................................................................................................21
Hình 3.1 Sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển pic18F4520............................................................................30
Hình 3.2 Sơ đồ chân vi điều khiển Pic18F4520..........................................................................................31
Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ dữ liệu pic 18F4520.................................................................................34
Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc thanh ghi của pic 18F4520...................................................................................35
Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc ngắt 1....................................................................................................................36

3


Hình 3.6 Sơ đồ khối ADC trên pic 18F4520.................................................................................................53
Hình 4.1 Sơ đồ khối của mạch....................................................................................................................57
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý............................................................................................................................59
Hình 4.3 Sơ đồ mạch in...............................................................................................................................60
Hình 4.4 Hình ảnh mô phỏng 3D.................................................................................................................60
Hình 4.5 Hình ảnh thực tế...........................................................................................................................61
Hình 4.6 Sơ đồ giải thuật chương trình chính............................................................................................62
Hình 4.7 Sơ đồ giải thuật chế độ thấp điểm...............................................................................................64
Hình 4.8 Sơ đồ giải thuật chế độ cao điểm................................................................................................65
Hình 4.9 Sơ đồ giải thuật chế độ nghỉ........................................................................................................66

4


Từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Tên tiếng anh
Tên tiếng việt
A

ALU

Arithmetic-Logic Unit

Đơn vị logic số học
E

EA

External Access

Truy cập bên ngoài
I

IC
IE
IP

Intergrated Circuit
Interrupt
Interrupt Priority

Vi mạch tích hợp
Cho phép ngắt
Thanh ghi ngắt
O

OV

Over Flag

Cờ tràn
P

PSW

Program Status Word

PSEN

Program Store Enable

Thanh ghi từ trạng thái chương
trình
Tín hiệu ngõ ra

RAM

R
Random Access Memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

ROM
RST

Read Only Memory
Reset

Bộ nhớ chỉ đọc
Reset

SFR

S
Special Function Register

Thanh ghi có chức năng đặc biệt

5


CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT CÁC NÚT GIAO THÔNG TỪ NGÃ TƯ SỞ
TỚI CẦU GIẤY
1.1 Thực trạng các nút giao thông từ Ngã Tư Sở tới Cầu Giấy.
1.1.1 Nút giao thông ngã tư Lê Văn Lương – Láng Hạ giao với đường Láng.
Chiều rộng mặt đường phía Lê Văn Lương – Láng Hạ là 30m, đường Láng
22m. Khoảng cách giữa 2 vạch cho người đi bộ theo trục đường Láng khoảng 33m
và theo trục đường Lê Văn Lương là 30,7m.

Hình 1.1 Hình ảnh nút giao thông tại ngã tư Lê Văn Lương - Láng
Đường Lê Văn Lương và đường Láng là lối đi thuận cả 2 chiều cho các loại
phương tiện thô sơ, xe máy, ô tô….(trừ xe có trọng tải > 15 tấn). Ngã tư có hai trục đường
kích thước hình học đối xứng nhau và là nút giao thông quan trọng của thành phố.

6


1.1.2 Nút giao thông ngã tư cầu vượt Nguyễn Chí Thanh giao với đường Láng.

Chiều rộng mặt đường phía Trần Duy Hưng – Nguyễn Chí Thanh là 28m,
đường Láng 25m. Khoảng cách giữa 2 vạch cho người đi bộ theo trục đường Láng
khoảng 32m và theo trục đường Trần Duy Hưng – Nguyễn Chí Thanh là 33m.

Hình 1.2 Hình ảnh nút giao thông tại ngã tư cầu vượt Nguyễn Chí Thanh
Đường Trần Duy Hưng – Nguyễn Chí Thanh và đường Láng là lối đi thuận
cả 2 chiều cho các loại phương tiện thô sơ, xe máy, ô tô….(trừ xe có trọng tải > 15
tấn). Ngã tư có hai trục đường kích thước hình học đối xứng nhau. Làn đường rộng
với nhiều làn xe chạy nên ngoài 4 cột đèn tín hiệu giao thông cao 3,8m, tín hiệu đèn
giao thông chính được đặt đối diện nơi thuận tiện cho người điều khiển phương tiện
thấy dễ dàng. Các cụm đèn tín hiệu gồm đèn cho phương tiện và người đi bộ qua 2
chiều được bố trí theo 2 hướng như nhau.
7


Nút giao thông này là nút giao thông quan trọng của thành phố, là hướng đi
chủ yếu của các phương tiện từ hướng Đại lộ Thăng Long đi vào nội thành. Lượng
xe đi qua ngã tư tuy không có xe tải vì đã qua cầu vượt nhưng lượng xe con, xe
khách và các phương tiện công cộng thì rất nhiều. Nên ở nút này thường xuyên xảy
ra ách tắc vào buổi sáng và chiều tan tầm. Vì vậy nên được thành phố và các cơ
quan đưa giải pháp nhằm giảm ách tắc tại đây.
1.2 Các phương án điều khiển đèn giao thông và ý nghĩa điều khiển đèn giao
thông theo “Làn sóng xanh”.
1.2.1 Phương pháp điều khiển đèn giao thông bằng IC số.
Với mạch dùng IC số có các ưu điểm sau:
- Tổn hao công suất bé, mạch có thể dùng pin hoặc acquy.
- Giá thành rẻ .
- Mạch đơn giản dễ thực hiện.
Tuy nhiên khi sử dụng kỹ thuật số rất khó khăn trong việc thay đổi chương trình.
Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của chương trình thì buộc lòng phải thay đổi

phần cứng. Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều
khi yêu cầu đó không thực hiện được nhờ phương pháp này.
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các
họ vi xử lý, vi điều khiển hay PLC đã giải quyết được những bế tắc và kinh tế hơn
mà phương pháp dùng IC số kết nối lại không thực hiện được.
1.2.2. Phương pháp điều khiển đèn giao thông bằng vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lí.
Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC số thì
phương pháp dùng kỹ thuật vi xử lý con có những ưu điểm sau:
- Ta có thể thay đổi chương trình một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần
mềm trong khi đó phần cứng không thay đổi mà mạch dùng IC số không thể
thực hiện được mà nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà người công
nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm.
- Số linh kiện để sử dụng trong mạch ít hơn
8


- Mạch đơn giản hơn so với mạch dùng IC số. Song do phần cứng của vi xử lý
chỉ sử dụng CPU đơn chíp mà không có các bộ nhớ Ram, Rom, các bộ timer, hệ
thống ngắt. Nên việc viết chương trình gặp nhiều khó khăn. Do vậy hiện nay để
khắc phục những nhược điểm trên hiện nay người ta thường dùng bộ vi điều
khiển.
1.2.3. Phương pháp điều khiển đèn giao thông bằng vi điều khiển.
Ngoài những ưu điểm có của hai phương pháp trên, phương pháp này còn có
những ưu điểm sau:
- Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với chương trình có
quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lý không thực hiện được.
- Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý cũng giao
tiếp được nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi
dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính.
- Do trong vi điều khiển có sử dụng các bộ timer, các hệ thống ngắt, câu

lệnh đơn giản nên việc lập trình đơn giản, dễ thực hiện.
- Phù hợp với kiến thức của sinh viên.
1.2.4. Phương pháp điều khiển đèn giao thông bằng PLC.
Với phương pháp điều khiển bằng PLC có những ưu điểm sau:
- Làm việc chắc chắn, liên tục và có tuổi thọ cao.
- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn
hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết
bị xuất nhập.
- Có thể làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau.
- Hướng dẫn người sử dụng đơn giản.
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms). Tuy
phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn vi xử lý nhưng việc áp dụng trong các
hệ thống nhỏ là không thích hợp bởi giá thành rất cao.

Ví dụ hệ thống đèn giao thông hiện nay ở Hà Nội.
9


(Đèn đỏ tại ngã tư đường Láng giao nhau với cầu vượt Nguyễn Chí Thanh).

Hình 1.3 Khảo sát sơ bộ tại ngã tư.
Với các phương pháp đã nêu ở trên, em lựa chọn giải pháp điều khiển bằng vi
điều khiển bởi đây là phương pháp phù hợp và tối ưu nhất với đề tài.
1.2.5 Ý nghĩa của điều khiển đèn giao thông theo “Làn xanh”.
Như chúng ta được biết trở ngại giao thông không những ảnh hưởng đến mỗi
người tham gia giao thông lãng phí thời gian và tiền bạc. Mà còn tăng thêm chi phí
của xã hội cho các hoạt động giao thông. Vì thế có nhiều phương án được đưa ra và
một trong số đó là phương án điều khiển đèn giao thông theo “làn xanh”
Khái niệm “làn xanh” được đề cập đến ở đây chính là làm thế nào để phương
tiện tham gia giao thông có thể gặp hai đèn xanh liên tiếp ở hai ngã tư liền nhau.

Muốn được như vậy chúng ta phải thiết kế điều khiển tín hiệu giao thông tập trung
10


các nút giao thông gần kề nhau, thỏa mãn mục tiêu những trục đường được ưu tiên
khi đèn xanh tại nút số một thì di chuyển tới nút thứ 2 cũng sẽ gặp đèn xanh. Khi
thực hiện điều khiển theo giải pháp này thì cần đảm bảo rằng các trục đường không
được ưu tiên phải thông suốt, phải tính toán thời gian đặt cho mỗi hướng thật hợp
lý nhằm đưa ra một giải pháp tối ưu nhất khi số lượng xe tham gia không phải giờ
cao điểm và giờ cao điểm và tương tự như vậy với các nút tiếp theo.
Việc điều khiển đèn giao thông theo “làn xanh” sẽ giúp tăng tính năng lưu
thông cho các nút giao thông, điều khiển tiện lợi dễ dàng tiết kiệm chi phí và có
tính mở rộng cao, tối ưu hóa việc tham gia của các phương tiện và khả năng thông
xe nhanh nhất trong điều kiện cơ sở vật chất đường và các công trình hỗ trợ giao
thông hiện có. Nâng cao ý thức tham gia giao thông của người tham gia vào những
tuyến đường có nhiều phương tiện tham gia.
1.3 Xác định bài toán.
1.3.1 Xác định bài toán.
Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông tại ngã tư dùng vi điều khiển
gồm:
- 4 cột đèn, có đèn tín hiệu phân luồng rẽ trái trước.
- Hiển thị thời gian đếm lùi trên led 7 thanh ở vị trí lưng trừng cột và trên đỉnh
của cột đèn.
1.3.2 Yêu cầu của bài toán thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông.
Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng không
ngừng và hệ thống giao thông nước ta ngày càng phức tạp. Dẫn đến tình trạng ùn
tắc và tai nạn giao thông ngày càng gia tăng. Vì vậy để đảm bảo giao thông được an
toàn và thông suốt thì việc sử dụng các hệ thống tín hiệu để điều khiển và phân
luồng tại các nút giao thông là rất cần thiết. Với tầm quan trọng như vậy hệ thống
điều khiển tín hiệu giao thông cần đảm bảo các yêu cầu sau:

-

Đảm bảo hoạt động một cách chính xác,liên tục trong thời gian dài.
Độ tin cậy cao.
Đảm bảo làm việc ổn định, lâu dài.
Dễ quan sát cho người đi đường.
11


- Chi phí nhỏ, tiết kiệm năng lượng.
Giả sử có một ngã tư như hình vẽ:

Hình 1.4 Sơ đồ mô phỏng hoạt động của 1 hệ thống đèn giao thông

Có chu kỳ đèn tín hiệu T= TĐỏ + TXanh + TVàng
- Trong đó :
TĐỏ : Là thời gian đèn đỏ sáng.
+
TXanh : Là thời gian đèn xanh sáng.
+
TVàng : Là thời gian đèn vàng sáng.
+
TĐỏ = TXanh + TVàng.
+
-

1.3.3 Giải pháp công nghệ.
- Mạch điều khiển dùng vi điều khiển.
- Hiện thị thời gian dùng led 7 đoạn.
- Đèn báo hướng ưu tiên dùng đèn led đơn.

12


- Các đèn báo dùng led đơn.
- Bàn phím để reset và đặt thời gian cho hệ thống (thời gian 1 chu kỳ đèn).
1.3.4 Giải pháp thiết kế.
- Thiết kế mạch mô phỏng trên phần mềm Proteus 7.
- Công cụ lập trình: phần mềm PIC C Compiler (CCS).
- Thiết kế mạch in bằng phần mềm Orcad 10.5.
1.3.5 Yêu cầu và giới hạn của hệ thống điều khiền đèn giao thông dùng vi điều
khiển.
- Yêu cầu:
+
Hoạt động chính xác.
+
Mạch điện đơn giản.
+
Giá thành thấp tính ứng dụng trong thực tế cao.
+
Có khả năng mở rộng.
- Giới hạn:
+
Có sự sai lệch trong thời gian so với thời gian thực.
+
Khó liên kết với các hệ thống giám sát chung của hệ thống giao thông.

13


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

ĐÈN GIAO THÔNG
2.1 Nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông
2.1.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông

Hình 2.1 Mô hình đèn giao thông ở ngã tư
Cấu tạo:
Hệ thống đèn giao thông hay là đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn
chính được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một
cột đèn gồm 5 đèn đó là 3 đèn chính gồm: đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng;
14


2 đèn phụ là 2 đèn dùng điều khiển làn đường dành cho người đi bộ: đèn xanh
người đi bộ và đèn đỏ người đi bộ.

Ngoài ra, mỗi một hệ thống đèn có một hộp điều khiển từ đó sẽ phát
ra tín hiệu điều khiển đèn. Tín hiệu điều khiển của đèn từ CPU thông qua
các cổng ra rồi đến các rơle, rồi qua hệ thống dây nối đến các đèn.
Nguyên tắc hoạt động:
Cơ chế hoạt động của đèn giao thông thật ra rất đơn giản:
- Khi ấn nút Start hệ thống sẽ hoạt động theo thơi gian mặc đinh hoặc thời
gian đặt.
- Thời điểm đầu tiên đèn xanh rẽ trái ở nhánh 1 và đèn đỏ ở nhánh 2 sẽ
sáng.
- Thời điểm thứ 2 đèn xanh đi thẳng và đèn đỏ ở nhánh 2 sáng.
- Thời điểm thứ 3 đèn vàng ở nhánh 1 và đèn đỏ ở nhánh 2 sáng.
- Thời điểm thứ 4 đèn đỏ ở nhánh 1 và đèn xanh rẽ trái ở nhánh 2 sáng.
- Thời điểm thứ 5 đèn đỏ ở nhánh 1 và đèn xanh đi thẳng ở nhánh 2 sáng.
- Thời điểm thứ 6 đèn đỏ ở nhánh 1 và đèn vàng ở nhánh 2 sáng.
- Đồng thời trên các led sẽ hiện thị thời gian đếm ngược dần xuống 00 theo

thời gian trễ là 1s. Sau đó hệ thống sẽ lặp lại trạng thái hoạt động từ thời
điểm đầu tiên.
- Nếu ấn nút Reset hệ thống sẽ trở về trạng thái chờ ban đầu.
2.1.2 Giản đồ thời gian cho từng đèn
Với một chu kỳ đèn bất kỳ ta có giản đồ thời gian hoạt động của từng
đèn như sau:

Hình 2.2 Giản đồ thời gian hoạt động của từng đèn
15


Chú thích:
+ Trên giản đồ thời gian có 3 đèn màu(Xanh, Vàng, Đỏ) khi trạng thái ở
mức 1 tức là đèn đó sáng, mức 0 đèn đó tắt. Chu kỳ sáng tắt các đèn được lặp đi
lặp lại như trên giản đồ.
Thứ tự sáng Xanh => Vàng => Đỏ.
Có ưu tiên khi đèn Xanh sáng( Ưu tiên 1 và ưu tiên 2 như đã trình bày ở trên; Tg
Xanh sáng = Tg xanh rẽ trái+ Tg xanh đi thẳng và rẽ phải).

2.2 Một số linh kiện trong mạch
2.2.1 Tụ điện
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rộng rãi trong các
mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch
truyền tín hiệu, mạch tạo dao động, vv… Có tác dụng nạp xả điện, ổn định điện
áp đầu ra.
“Cấu tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi.

Cấu tạo tụ gốm

Cấu tạo tụ hóa

Hình 2.3 Hình ảnh cấu tạo của tụ

- Điện dung chỉ khả năng tích điện của tụ điện
- Ký hiệu : C (Capture)
- Đơn vị : F (Fara)
Phân loại :
-Tụ phân cực (tụ hóa): là loại tụ điện có hai đầu (-) và (+) rõ ràng, không
thể mắc ngược đầu trong mạng điện DC. Chúng thường là tụ hóa học và tụ
tantalium.”

16


Hình 2.4 Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ hóa
-Tụ điện không phân cực (tụ gốm): Là tụ không qui định cực tính,

Hình 2.5 Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ gốm
2.2.2 Cuộn cảm
“Cuộn cảm là 1 cuộn dây điện từ quấn nhiều vòng liên tiếp nhau trên một
lõi. Lõi có thể là không khí (ống rỗng), sắt bụi hay sắt lá.
Đại lượng đặc trưng cho cuộn cảm:
- Hệ số tự cảm đặc trưng cho khả năng cảm ứng điện từ của ống dây đối
với sự biến thiên từ thông do chính sự thay đổi dòng điện qua mạch
- Kí hiệu: L (CoiL)
- Đơn vị: H (Henry)
Phân loại:
- Cuộn dây lõi không khí : thường sử dụng trong mạch điện có tần số rất
cao.

Hình 2.6 Ký hiệu vào hình ảnh thực tế cuộn dây

17


- Cuộn dây lõi sắt bụi (Ferrite): thường sử dụng trong mạch điện
có tần số cao.

Hình 2.7 Ký hiệu và hình ảnh thực tế cuộn dây lõi sắt bụi
2.2.3 Điện trở
“Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện có biểu tượng

Hình 2.8 Ký hiệu điện trở
Nó được tạo ra từ những chất có khả năng cản trở dòng điện như carbon,
niken, crôm, vv…
- Trị số điện trở : Cho biết mức độ cản trở dòng điện của điện trở.
- Kí hiệu : R (Resitor)
- Đơn vị : Ω (Ohm)
Đặc điểm: Các loại điện trở có một giá trị cố định được thể hiện qua các
vòng màu, thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu, điện trở chính xác thì ký hiệu
bằng 5 vòng mầu.”

Hình 2.9 Các loại điện trở có giá trị cố định

18


2.2.4 Điot
“Diode bán dẫn hay Diode là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép
dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại.”

Hình 2.10 Ký hiệu và hình ảnh của Điot

2.2.5 LED 7 thanh
Là 7 con LED sắp xếp theo hình.
a
f

b

g
e

d

c

Hình 2.11 Ký hiệu và hình ảnh thực tế của LED 7 thanh
Một chân của LED được nối với nhau (Anode chung hoặc Kathode
chung) các chân còn lại được đưa ra ngoài để phân cực cho LED. Đây là loại
đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f, g, bên dưới
mỗi đọan là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn).
Qui ước các đoạn cho bởi:

Loại Anode chung
Loại Cathode chung
Hình 2.12 Ký hiệu của loại anode và cathode led 7 thanh

19


LED phát sáng với dòng thuận khoảng 5÷ 20mA, khi đó điện áp rơi trên
LED khoảng 1,5 ÷ 3V và có thể điều khiển LED theo mức logic cao ( Katốt

chung) hoặc mức logic thấp (Anốt chung).
2.2.6 RTC DS1307
DS1307 là chip thời gian thực hay RTC (Read time clock).

Hình 2.13 Chip đồng hồ thời gian thực DS 1307
Đây là một IC tích hợp cho thời gian bởi vì tính chính xác về thời gian
tuyệt đối cho thời gian : Thứ, ngày,tháng, năm, giờ, phút, giây. DS1307 là chế
tạo bởi Dallas. Chip này có 7 thanh ghi 8 bit mỗi thanh ghi này chứa : Thứ ,
ngày, tháng, năm, giờ , phút, giây. Ngoài ra DS1307 còn chứa 1 thanh ghi điều
khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống các thanh ghi này có thể dùng như là
RAM. DS1307 được đọc thông qua chuẩn truyền thông I2C nên do đó để đọc
được và ghi từ DS1307 thông qua chuẩn truyền thông này. Do nó được giao tiếp
chuẩn I2C nên cấu tạo bên ngoài nó rất đơn giản. Ví dụ 1 dạng đóng vỏ của
DS1307 như sau :

20


Hình 2.14 cấu tạo của DS 1307
Trên là hai dạng cấu tạo của DS1307. Chip này có 8 chân và chúng ta hay
dùng là dạng Dip và các chân nó được mô tả như sau :
+ X1 và X2 là đầu vào dao động cho DS1307. Cần dao động thạch anh
32.768Khz.[separator]
+ Vbat là nguồn nuôi cho chip. Nguồn này từ ( 2V- 3.5V) ta lấy pin có nguồn
3V. Đây là nguồn cho chip hoạt động liên tục khi không có nguồn Vcc mà
DS1307 vẫn hoạt động theo thời gian
+ Vcc là nguồn cho giao tiếp I2C. Điện áp cung cấp là 5V chuẩn và được dùng
chung với vi xử lý. Nếu mà Vcc không có mà Vbat có thì DS1307 vẫn hoạt động
bình thường nhưng mà không ghi và đọc được dữ liệu.
+ GND là nguồn Mass chung cho cả Vcc và Vbat

+ SQW/OUT là một ngõ ra phụ tạo xung dao động (xung vuông). Chân này tôi
nghĩ không ảnh hưởng đến thời gian thực nên chúng ta không sử dụng chân này
trong thời gian thực và bỏ trống chân này!
+ SCL và SDA là hai bus dữ liệu của DS1307. Thông tin truyền và ghi đều được
truyền qua 2 đường truyền này theo chuẩn I2C
Ds1307 nó chỉ giao tiếp với vi điều khiển với 2 đường truyền SCL và
SDA nên do đó trên vi xử lý cần phải xác định chân nào trên vi xử lý nó có SCL
và SDA để nối với DS1307 cái này đối với dòng PIC, AVR còn với dòng Psoc
nó có sự khác tùy theo kiều Fimware hay harware mà các chân SDA và SCL nó
sẽ nằm ở chân nào cái được thiết lập trong phần mền.
- Tổ chức thanh ghi trong DS1307
Cấu tạo bên trong của DS1307 bao gồm mạch nguồn, dao động, logic và con
trỏ ,thanh ghi thực hiện việc ghi đọc. Do trong các bài toán chúng ta thường sử
21


dụng DS1307 cho đồng hồ thời gian thực nên do đó chúng ta chỉ quan tâm đến
việc ghi đọc các thanh ghi cần thiết (sec, min, hour…) thông qua chuẩn truyền
thông I2C còn các thanh ghi khác thì chúng ta có thể tìm hiểu kỹ trong
datasheet! Vì các thanh ghi đó được coi như là RAM lưu trữ. Nên do đó tôi chỉ
giới thiệu các thanh ghi có chức năng thời gian thực phục vụ cho bài toán thời
gian.
Trong bộ nhớ của DS1307 có tất cả 64 thanh ghi địa chỉ từ 0 đến 63 và được bắt
đầu từ 0x00 đến 0x3F nhưng trong đó chỉ có 8 thanh ghi đầu là thanh ghi thời
gian thực nên chúng ta sẽ đi sâu vào 8 thanh ghi ( chức năng và địa chỉ thanh ghi
thời gian thực này). Nhìn vào bảng thanh ghi trong datasheet ta sẽ thấy như sau :

Nhìn vào bảng trên chúng ta thấy các thanh ghi thời gian thực nó được sắp sếp
theo thứ tự : giây, phút, giờ, thứ, ngày , tháng, năm và bắt đầu từ thanh ghi Giây
(0x00) và kết thúc bằng thanh ghi năm (0x06). Riêng thanh ghi Control dùng để

điều khiển ngõ ra của chân SQW/OUT nên trong thực tế nên không mấy ai sử
dụng thanh ghi này trong thời gian thực nên chúng ta bỏ qua thanh ghi này!
Do 7 thanh ghi đầu tiên là khá quan trọng cho thời gian thực và là thanh ghi
quan trọng nhất trong con DS1307 nên chúng ta phải hiểu được cách tổ chức
thanh ghi này trong DS1307. Tôi tham khảo datasheet và đưa ra tổ chức thanh
ghi trong datasheet thời gian thực như sau:

22


Nhìn bảng trên chúng ta thấy các thanh ghi được mã hóa theo bit. Mỗi bit trong
thanh ghi đều có chức năng riêng và tôi sẽ trình bày chi tiết như sau :
+ Thanh ghi giây (0x00) : Đây là thanh ghi giây của DS1307. Nhìn trên bảng
trên ta thấy được từ bit 0 đến bit 3 là dùng để mã hóa số BCD hàng đơn vị của
giây. Tiếp theo từ bit 4 đến bit 6 dùng để mã hóa BCD hàng chục của giây. Tại
sao nó chỉ sử dụng có 3 bit này là do giây của chúng ta lớn nhất chỉ đến 59 nên
hàng chục lớn nhất là 5 nên chỉ cần 3 thanh ghi này là cũng đủ mã hóa rồi! Còn
bit thứ 7 có tên là “CH” theo tôi nó có nghĩa là “ Clock Halt – Treo đồng hồ” Do
đó nếu mà bit 7 này mà được đưa lên 1 tức là khóa đồng hồ nên do đó nó vô
hiệu hóa chip và chip không hoạt động. Nên do vậy lúc nào cũng phải cho bit 7
này luôn xuống 0 từ lúc đầu( cái này sử dụng lệnh end với 0x7F)
+ Thanh ghi phút (0x01) : Đây là thanh ghi phút của DS1307. Cũng nhìn trên
bảng thanh ghi này được tổ chức như thanh ghi giây. Cũng là 3 bit thấp dùng để
mã hóa BCD chữ số hàng đơn vị và số hàng trục chỉ lớn nhất là 5 nên do đó chỉ
cần dùng từ bit 4 đến bit 6 để mã hóa BCD tiếp chữ số hàng chục. Nhưng thanh
ghi này có sự khác biệt với thanh ghi giây là bit 7 nó đã mặc định bằng 0 rồi nên
do đó chúng ta không phải làm gì với bit 7 mà kệ nó!
+ Thanh ghi giờ (0x02) : Đây là thanh ghi giờ của DS1307 và tôi thấy thanh ghi
này được coi là phức tạp nhất vì nó lằng nhà lằng nhằng nhưng mà nhìn bảng thì
thấy các tổ chức của nó cũng hợp lý. Trước tiên chúng ta thấy được rằng từ bit 0

đến bit 3 nó dùng để mã hóa BCD của chữ số hàng đơn vị của giờ. Nhưng mà
23


giờ nó còn có chế độ 24h và 12h nên do đó nó phức tạp ở các bit cao (bit 4 đến
bit 7) và sự chọn chế độ 12h và 24h nó lại nằm ở bit 6. Nếu bit 6=0 thì ở chế độ
24h thì do chữ số hàng trục lớn nhất là 2 nên do đó nó chỉ dùng 2 bit ( bit 4 và
bit 5 ) để mã hóa BCD chữ số hàng trục của giờ. Nếu bit 6 =1 thì chế độ 12h
được chọn nhưng do chữ số của hàng trục của giờ trong chế độ này chỉ lớn nhất
là 1 nên do đó bit thứ 4 là đủ để mã hóa BCD chữ số hàng trục của giờ rồi nhưng
mà bit thứ 5 nó lại dùng để chỉ buổi sáng hay chiều, nếu mà bit 5 = 0 là AM và
bit 5 =1 là PM. Trong cả 2 chế độ 12h và 24h thì bit 7 =0 nên ta ko cần chú ý
đến thanh ghi này.
+ Thanh ghi thứ (0x03): Đây là thanh ghi thứ trong tuần của DS1307 và thanh
ghi này khá là đơn giản trong DS1307. Nó dùng số để chỉ thứ trong tuần nên do
đó nó chỉ lấy từ 1 đến 7 tương đương từ thứ hai đến chủ nhật. Nên do đó nó
dùng 3 bit thấp (bit 0 đến bit 2) để mã hóa BCD ra thứ trong ngày. Còn các bit từ
3 đến 7 thì nó mặc định bằng 0 và ta không làm gì với các bit này!
+ Thanh ghi ngày (0x04) : Đây là thanh ghi ngày trong tháng của DS1307. Do
trong các tháng có số ngày khác nhau nhưng mà nằm trong khoảng từ 1đến 31
ngày. Do đó thanh ghi này các bit được tổ chức khá là đơn giản. Nó dùng 4 bit
thấp (bit0 đến bit 3) dùng để mã hóa BCD ra chữ số hàng đơn vị của ngày trong
tháng. Nhưng do chữ số hàng trục của ngày trong tháng chỉ lớn nhất là 3 nên chỉ
dùng bit 4 và bit 5 là đủ mã hóa BCD rồi. Còn bit 6 và bit 7 chúng ta không làm
gì và nó mặc định bằng 0.
+ Thanh ghi tháng (0x05) : Đây là thanh ghi tháng trong năm của DS1307.
Tháng trong năm chỉ có từ 1 đến 12 tháng nên việc tổ chức trong bit cũng tương
tự như ngày trong tháng nên do cũng 4 bit thấp (từ bit 0 đến bit 3) mã hóa BCD
hàng đơn vị của tháng. Nhưng do hàng chục chỉ lớn nhất là 1 nên chỉ dùng 1 bit
thứ 4 để mã hóa BCD ra chữ số hàng trục và các bit còn lại từ bit 5 đến bit 7 thì

bỏ trống và nó mặc định cho xuống mức 0.
+ Thanh ghi năm (0x06): Đây là thanh ghi năm trong DS1307. DS1307 chỉ có
100 năm thôi tương đương với 00 đến 99 nên nó dùng tất cả các bit thấp và bit
cao để mã hóa BCD ra năm!
+ Thanh ghi điều khiển (0x07): Đây là thanh ghi điều khiển quá trình ghi của
DS1307 và Quá trình ghi phải được kết thúc bằng địa chỉ 0x93.

24


2.3 Phương pháp tính toán, đặt thời gian cho tín hiệu giao thông.
(Tính cho chế độ thấp điểm chạy theo trục đường thẳng từ Ngã Tư Sở tới
Cầu Giấy.)
Giả sử thời gian sáng của 3 đèn (xanh, vàng, đỏ) tại ngã tư Lê Văn Lương
– Láng Hạ giao với đường Láng có thời gian lần lượt như sau:
TĐỏ1 = 30s: Là thời gian đèn đỏ sáng.
TXanh1 = 25s: Là thời gian đèn xanh sáng.
+
TVàng1 = 5s: Là thời gian đèn vàng sáng.
+
TĐỏ1 = TXanh1 + TVàng1.
+
- Có chu kỳ đèn tín hiệu T1= TĐỏ1 + TXanh1 + TVàng1
Do đó tổng thời gian trong một chu kỳ đèn tín hiệu là: T1 = 60s.
+

Gọi δt là khoảng thời gian bằng thời gian phương tiện đi từ ngã tư Lê
Văn Lương – Láng Hạ giao với đường Láng đến ngã tư cầu vượt Nguyễn Chí
Thanh giao với đường Láng thì ta có :
δt = L/Vt

(1)

Trong đó:
• δt: thời gian chênh lệch giữa hai nút (s).
• L = 850m: khoảng cách giữa hai nút (m).
• Vt = 8,33: là vận tốc xe (m/s).
Như vậy: δt= 850/8,33= 102s.


Áp dụng phương pháp xây dựng theo “làn sóng xanh” tại ngã tư cầu vượt
Nguyễn Chí Thanh giao với đường Láng ta có:

Thời gian sáng của ba đèn (xanh, vàng, đỏ) là:
TĐỏ2 = TĐỏ1 + δt = 30 + 102 = 132s: Là thời gian đèn đỏ sáng.
o
TXanh2 = 127s: Là thời gian đèn xanh sáng.
o
TVàng2 = 5s: Là thời gian đèn vàng sáng.
o
TĐỏ2 = TXanh2 + TVàng2.
o
 Có chu kỳ đèn tín hiệu T2= TĐỏ2 + TXanh2 + TVàng2
Do đó tổng thời gian trong một chu kỳ đèn tín hiệu là: T2 = 264s.
-

Việc điều khiển đèn giao thông theo “làn xanh” sẽ giúp tăng tính năng lưu
thông cho các nút giao thông, điều khiển tiện lợi dễ dàng tiết kiệm chi phí và có
tính mở rộng cao, tối ưu hóa việc tham gia của các phương tiện và khả năng
25