5/11/2018 DieuKhienDenGiaoThong-slidepdf.com http://slidepdf.com/reader/full/dieu-khien-den-giao-thong-55a0ce841cea0 1/47 Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC Môn học: Hệ thống nhúng Bộ Môn: Kỹ thuật Máy tính Lớp: K43KDT Ngành: Số đề: Ngày giao đề: 16/03/2011 Ngày hoàn thành: …. 1.Tên đề tài: Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông 2. Nội dung thuyết minh tính toán - Khảo sát và phân tích bài toán: Tìm hiểu và khảo sát thực tế về các linh kiện, các loại IC, và hoạt động của hệ thống đèn giao thông - Lựa chọn giải pháp: Chọn giải pháp công nghệ, giải pháp thiết kế, các yêu cầu và giới hạn cho hệ thống - Thiết kế nguyên lý: Sơ đồ tổng quát, sơ đồ đặc tả, lựa chọn và tổng quan về linh kiện - Thiết kế kỹ thuật: - Xây dựng hệ thống: Sơ đồ mạch, chương trình demo, module chương trình 3. Các bản vẽ, chương trình và đồ thị - Các sơ đồ thiết kế, Mạch hệ thống - Chương trình điều khiển - Đĩa CD chứa các sơ đồ thiết kế gốc, báo cáo, mã nguồn, chương trình demo. Nhãn đĩa ghi rõ: Họ tên + lớp + tên đề tài (tóm tắt) + GV hướng dẫn + Ngày tháng. Thông qua phần Xác định yêu cầu Thông qua phần Thiết kế Thông qua phần Xây dựng hệ thống Đồng ý cho bảo vệ Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ........................................................................................................................................................................................................................... 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Lớp: K43KDT Ngành: Số đề: Ngày giao đề: 16/03/2011 Ngày hoàn thành: ….
1.Tên đề tài: Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông
2. Nội dung thuyết minh tính toán
- Khảo sát và phân tích bài toán: Tìm hiểu và khảo sát thực tế về các linh kiện,các loại IC, và hoạt động của hệ thống đèn giao thông
- Lựa chọn giải pháp: Chọn giải pháp công nghệ, giải pháp thiết kế, các yêucầu và giới hạn cho hệ thống
- Thiết kế nguyên lý: Sơ đồ tổng quát, sơ đồ đặc tả, lựa chọn và tổng quan vềlinh kiện
- Thiết kế kỹ thuật:- Xây dựng hệ thống: Sơ đồ mạch, chương trình demo, module chương trình
3. Các bản vẽ, chương trình và đồ thị
- Các sơ đồ thiết kế, Mạch hệ thống
- Chương trình điều khiển
- Đĩa CD chứa các sơ đồ thiết kế gốc, báo cáo, mã nguồn, chương trình demo. Nhãn đĩa ghi rõ: Họ tên + lớp + tên đề tài (tóm tắt) + GV hướng dẫn + Ngàytháng.
Thông qua phầnXác định yêu cầu
Thông qua phầnThiết kế
Thông qua phầnXây dựng hệ thống
Đồng ý cho bảo vệ
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn...........................................................................................................................................................................................................................
1
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Nhận xét của giáo viên chấm................................................................................................................................................................................................................................
Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Duy cùngthầy cô bộ môn khoa Điện Tử Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên.
Trong quá trình thực hiện đồ án nhóm chúng em gặp không ít khó khăn vàthiếu sót .Nhưng được sự hướng dẫn và chí dạy nhiệt tình của quý thầy cô đã giúpchúng em khắc phục được những thiếu sót đó và có thể hoàn thành được đề tài đúngthời hạn, giúp chúng em học tốt hơn.
Do kiến thức của nhóm chúng em còn hạn chế nên trong đồ án còn nhiều sai
xót chúng em rất mong được sự thông cảm của quý thầy cô. Chúng Em xin chânthành cảm ơn.
3
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở thành quen thuộc với nhiều người, bởivì sự phát triển của ngành kỹ thuật số này đã có ảnh hưởng rất lớn đến ngành kinh
tế toàn cầu. Có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là “nền kinh tế kỹ thuật số “, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuậtngữ kỹ thuật . Nhờ có ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đathích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiểnvà khai thác mạng.
Số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật và kinhtế khác nhau. Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học. Ngày nay, kỹthật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động,
phát thanh truyền hình, y tế, nông nghiệp…và ngay cả trong các dụng cụ sinh hoạt
gia đình.Ngay từ những ngày đầu khai sinh, kỹ thuật số nói riêng và ngành điện tử nóichung đã tạo ra nhiều bước đột phá mới mẽ cho các ngàng kinh tế khác và còn đảm
bảo được yêu cầu của người dùng cả về chất lượng và dịch vụ. Đồng thời kiến thứcvề kỹ thuật số là không thể thiếu đối với mỗi sinh viên, nhất là sinh viên điện tử.
Và như mọi người nhận thấy rằng, ngày nay trật tự giao thông nước ta đang rốiren. Vì vậy việc sử dụng đèn giao thông tại những giao lộ là rất cần thiết và để hiểurõ hơn về nguyên lý hoạt động và muốn phát triển thêm về mô hình này, chúng emđã chọn đề tài cho đồ án môn học 1 là nghiên cứu về Đèn Giao Thông .
Nội dung chính của bài báo cáo được chia thành các phần chính sau: Lời nói đầu Chương 1 : Phân tích về yêu cầu của đồ án và các giải pháp
đưa ra để thực hiện.
Chương 2 : Thiết kế hệ thống
Chương 3 : Xây dựng hệ thống
Kết luận và các hướng phát triển hoàn thiện đề tàiTrong quá trình thực hiện đề tài có thể không tránh được các thiếu sót và mức
độ hoàn thành đề tài, mong quý thầy cô xem xét và có thể đưa ra nhận xét để chúng
em có thể khắc phục được những thiếu sót đó và có thể hoàn thiện cũng như mở rộng đề tài sau này…
5
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
1.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG1.1.1.Ý tưởng thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông
Hệ thống đèn giao thông của chúng em thiết kế hoạt động có các chế độ trongngày: (Giờ cao điểm, bình thường và thấp điểm, hiển thị thời gian của các chế độlên LED 7 đoạn).
- Cao điểm: Đèn xanh 47s, đèn đỏ 50s, đèn vàng 3s.- Bình thường: Đèn xanh 20s, đèn đỏ 23s, đèn vàng 3s.- Thấp điểm: Đèn vàng sáng.- Có 4 LED 7 đoạn đơn: 2 LED hiển thị đếm ngược cho 1 làn đường.- Hệ thống LED đơn hiển thị cho các đèn xanh, đèn vàng, đèn đỏ.- Hệ thống nút nhấn, gồm 3 nút: nút chuyển chế độ cao điểm, bình thường, thấp
điểm.1.1.2. Yêu cầu của mạch điều khiển đèn giao thông- Mạch phải đơn giản, dễ thiết kế, dễ lắp đặt, dễ dàng sửa chữa.
- Mạch phải chạy ổn định, chính xác, dễ vận hành.- Chi phí để thiết kế phải rẻ.1.2. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG
Một số sản phẩm thực tế
Hình 1: Hình ảnh hệ thống đèn giao thông trong thực tế.
6
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Có rất nhiều phương pháp để thiết kế một mạch điều khiển hệ thống đèn giaothông. Tuy nhiên, tùy theo yêu cầu của từng bài toán, tùy theo ý tưởng thiết kế củamỗi người mà ta có những giải pháp riêng. Ở đây nhóm chúng em đã thiết kế hệthống điều khiển đèn giao thông sử dụng vi điều khiển với những ưu điểm sau:
- Mạch có thể thay đổi các chế độ hoạt động hoạt động linh hoạt.- Số linh kiện sử dụng trong mạch ít, cách thức bố trí linh kiện dễ dàng.- Mạch đơn giản, dễ thực thi.- Lập trình đơn giản.
1.3.2. Xác định bài toán và giới hạn của đề tài
a. Xác định bài toánMô hình đèn giao thông gồm có:
• Đầu nhập dữ liệu vào là bàn phím, gồm các phím chức năng và phím nhập thời gian,để điều chỉnh các chế độ hoạt động của đèngiao thông.
• Khối vi xử lí gồm có: mạch vi xử lí với vi điều khiển pic16F877A làmnhiệm vụ xử lí chính, bộ nguồn cung cấp điện áp 5VDC.
• Đầu dữ liệu ra ( hiển thị) gồm:- Led đơn: hiển thị tín hiệu đèn giao thông.- Led 7 đoạn: hiển thị thời gian sáng của đèn.
b. Giới hạn của đề tàiMạch thực hiện chưa chạy tự động các chế độ hoạt động theo giờ đã định, muốn
chuyển chế hoạt động của hệ thống đèn giao thông yêu cầu người điều khiển phảiấn nút điều chỉnh trên khối bàn phím để điều khiển các chế độ hoạt động theo giờ.
7
Đầu vào Xử lý Đầu ra
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
2.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG Bao gồm các khối sau: Khối đầu vào, khối điều khiển, khối giải mã, khối hiểnthị, khối nguồn:
Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống đèn giao thông.
• Khối hiển thị: Hiển thị chính xác thời gian trên led 7 đoạn và tín hiệu đèn giao
thông trên led đơn
• Khối đầu vào: Gồm bàn phím để điểu chỉnh các chế độ hoạt động theo giờ của
hệ thống đèn tín hiệu giao thông.
• Khối điều khiển trung tâm: Điều khiển mọi sự hoạt động của hệ thống, thựchiện chương trình, xử lý các điều khiển vào/ra và truyền thông với các thiết bị
bên ngoài.
• Khối giải mã: sử dụng IC74LS247 để thực hiện việc giải mã BCD sang thập
phân và hiển thị các trạng thái thập phân đó trên LED 7 thanh.
• Khối nguồn: Cung cấp điện áp cho toàn bộ hệ thống và đảm bảo sự ổn định
điện áp.
8
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Khối hiển thị có chức năng đưa ra thông tin hiển thị tương ứng với trạng tháihiện thời của hệ thống. Khối này gồm 2 phần: đèn hiển thị tín hiệu đèn giao thôngvà đồng hồ.
Đèn hiển thị tín hiệu đèn giao thông bao gồm: Đèn dành cho các phương tiệntham gia giao thông: xanh, đỏ, vàng.
Đồng hồ dùng các LED 7 thanh để tạo thành các bộ hiển thị từ 00 đến 99. Ởđây ta dùng loại Anode chung (phù hợp với IC 74LS247), cấu trúc của nó như sau:
Hình 6: Sơ đồ LED thanh.Để tích kiệm chân cho vi điều khiển ta nối các chân a, b, c, d, e, f, g, trên hai
led với nhau. Các vi xử lý xử lý các dữ liệu là số nhị phân 0 và 1 nên cần có sự giảimã từ số nhị phân sang số thập phân, vì vậy ta nối các chân của led 7 thanh vàochân của bộ giải mã 74LS247.
2.4.3. Module khối nguồn
Khối nguồn là khối cần thiết cho sự ổn định của điện áp,đảm bảo điện áp đúngthiết kế để cung cấp cho toàn bộ mạch. Khối nguồn được thiết kế theo sơ đồ nhưsau:
Hình 7. Sơ đồ khối cấp nguồn.
13
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Đầu tiên, điện áp AC5V được đưa vào mạch chỉnh lưu cầu diode để cho điện ápmột chiều. Tuy nhiên, điện áp này sẽ được lọc bớt độ nhấp nhô (ripple) nhờ tụ1000uF, qua đó, có thể nâng cao mức volt trung bình cấp cho tầng tiếp theo. Hai tụ104 trong mạch có nhiệm vụ dập hiện tượng dao động tự kích có trong IC7805C,cũng như lọc ở tần số cao. Nhánh mạch có điện trở 330 Ohm nối tiếp với Led-5V lànhằm báo hiệu tình trạng ngõ ra có điện áp 5V hay chưa.2.4.4. Module đầu vào:
Dùng để điều chỉnh các chế độ hoạt động của hệ thống đèn giao thông trongngày: (giờ cao điểm, giờ thấp điểm ).
Hình 8. Sơ đồ khối bàn phím.
14
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
2.5.1.Các linh kiện trong khối điều khiển trung tâm
2.5.1.1 Vi điều khiển PIC 16F877A
a. Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A.
Hình 9: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A .
b. Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A.Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài
14 bit.Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối
đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
- Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.- Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm
dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độsleep.
- Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.- Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung.- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.- Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.- Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,
WR,CS ở bên ngoài. Các đặc tính Analog:
15
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:- Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.
- Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.- Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.- Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.- Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial
Programming) thông qua 2 chân.- Watchdog Timer với bộ dao động trong.- Chức năng bảo mật mã chương trình.- Chế độ Sleep.- Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.
16
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình
(Programmemory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory).• Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiểnPIC16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộnhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phânthành nhiều trang (từ page0 đến page 3) .
Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năngchứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh
sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit).Để mã hóa được địa chỉ của 8K word
bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình códung lượng 13 bit (PC<12:0>).
Khi vi điều khiển được reset, bộ đếmchương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Resetvector). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chươngtrình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt
vector).
Hình 11. Bộ nhớ chương trình PIC.
• Bộ nhớ dữ liệuBộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều
bank. Đối vớiPIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi bank có dung lượng 128 byte, baogồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG(Special Function Register) nằm ở các vùngđịa chỉ thấp và các thanh ghi mụcđích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùngđịa chỉ còn lại trong
bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghiSTATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiệntrong quátrình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình. Sơ đồ cụ thểcủa bộ nhớ dữ liệuPIC16F877A như sau:
18
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
e. Cổng xuất nhậpCổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương
tác với thế giới bên ngoài. Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình
tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng.Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theo
cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượngchân trong mỗi cổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợpsẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuấtnhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để thểhiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài. Chứcnăng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và điềukhiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó.
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,PORTC, PORTD và PORTE.
• PORTAPORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional
pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này được điều khiển bởithanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một chân trongPORTA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghiTRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA làoutput, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA.Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các thanh ghi điều khiển
tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối với PORTB là TRISB, đối vớiPORTC là TRISC, đối với PORTD là TRISD vàđối với PORTE là TRISE). Bêncạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vàoxung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master SynchronousSerial Port).
Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA.TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập.
CMCON (địa chỉ 9Ch): thanh ghi điều khiển bộ so sánh.
CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện ápADCON1 (địa chỉ 9Fh): thanh ghi điều khiển bộ ADC
• PORTBPORTB (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISB. Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trìnhnạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. PORTB còn liênquan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình.
Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:PORTB (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB
20
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhậpOPTION_REG (địa chỉ 81h,181h) : điều khiển ngắt ngoại vi và bộTimer0.
• PORTC
PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISC. Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộTimer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.
Các thanh ghi điều khiển liên quan đến PORTC: PORTC (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong PORTCTRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập.
• PORTDPORTD (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISD. PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave
Port).Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:Thanh ghi PORTD: chứa giá trị các pin trong PORTD.Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập.Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP.
• PORTE
PORTE (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISE. Các chân của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các
chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.
Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:
PORTE : chứa giá trị các chân trong PORTE.
TRISE : điều khiển xuất nhập và chuẩn giao tiếp PSP.
ADCON1 : thanh ghi điều khiển khối ADC.
f. TIMER 0Đây là một trong ba bộ đếm hoặc bộ định thời của vi điều khiển PIC16F877A.Timer0 là bộ đếm 8 bit được kết nối với bộ chia tần số (prescaler) 8 bit. Cấu trúccủa Timer0 cho phép ta lựa chọn xung clock tác động và cạnh tích cực của xungclock.
Ngắt Timer0 sẽ xuất hiện khi Timer0 bị tràn. Bit TMR0IE (INTCON<5>) là bitđiều khiển của Timer0. TMR0IE=1 cho phép ngắt Timer0 tác động, TMR0IF= 0không cho phép ngắt Timer0 tác động. Sơ đồ khối của Timer0 như sau:
21
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Muốn Timer0 hoạt động ở chế độ Timer ta clear bit TOSC(OPTION_REG<5>), khi đó giá trị thanh ghi TMR0 sẽ tăng theo từng chu kì xung
đồng hồ (tần số vào Timer0 bằng ¼ tần số oscillator). Khi giá trị thanh ghi TMR0 từFFh trở về 00h, ngắt Timer0 sẽ xuất hiện. Thanh ghi TMR0 cho phép ghi và xóađược giúp ta ấn định thời điểm ngắt Timer0 xuất hiện một cách linh động.
Muốn Timer0 hoạt động ở chế độ counter ta set bit TOSC (OPTION_REG<5>).Khi đó xung tác động lên bộ đếm được lấy từ chân RA4/TOCK1. Bit TOSE(OPTION_REG<4>) cho phép lựa chọn cạnh tác động vào bột đếm. Cạnh tác độngsẽ là cạnh lên nếu TOSE=0 và cạnh tác động sẽ là cạnh xuống nếu TOSE=1.
Khi thanh ghi TMR0 bị tràn, bit TMR0IF (INTCON<2>) sẽ được set. Đâychính là cờ ngắt của Timer0. Cờ ngắt này phải được xóa bằng chương trình trước
khi bộ đếm bắt đầu thực hiện lại quá trình đếm. Ngắt Timer0 không thể “đánh thức”vi điều khiển từ chế độ sleep.
Bộ chia tần số (prescaler) được chia sẻ giữa Timer0 và WDT (WatchdogTimer). Điều đó có nghĩa là nếu prescaler được sử dụng cho Timer0 thì WDT sẽkhông có được hỗ trợ của prescaler và ngược lại. Prescaler được điều khiển bởithanh ghi OPTION_REG. Bit PSA (OPTION_REG<3>) xác định đối tượng tácđộng của prescaler. Các bit PS2:PS0 (OPTION_REG<2:0>) xác định tỉ số chia tầnsố của prescaler. Xem lại thanh ghi OPTION_REG để xác định lại một cách chi tiếtvề các bit điều khiển trên.
Các lệnh tác động lên giá trị thanh ghi TMR0 sẽ xóa chế độ hoạt động của
prescaler. Khi đối tượng tác động là Timer0, tác động lên giá trị thanh ghi TMR0 sẽxóa prescaler nhưng không làm thay đổi đối tượng tác động của prescaler. Khi đối
22
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
tượng tác động là WDT, lệnh CLRWDT sẽ xóa prescaler, đồng thời prescaler sẽngưng tác vụ hỗ trợ cho WDT.
Các thanh ghi điều khiển liên quan đến Timer0 bao gồm:TMR0 (địa chỉ 01h, 101h) : chứa giá trị đếm của Timer0.
INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép ngắt hoạt động (GIE vàPEIE).
OPTION_REG (địa chỉ 81h, 181h): điều khiển prescaler.g. TIMER1
Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong hai thanh ghi(TMR1H:TMR1L). Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF (PIR1<0>). Bit điều khiểncủa Timer1 sẽ là TMR1IE (PIE<0>).
Tương tự như Timer0, Timer1 cũng có hai chế độ hoạt động: chế độ định thời(timer) với xung kích là xung clock của oscillator (tần số của timer bằng ¼ tần số
của oscillator) và chế độ đếm (counter) với xung kích là xung phản ánh các sự kiệncần đếm lấy từ bên ngoài thông qua chân RC0/T1OSO/T1CKI (cạnh tác động làcạnh lên). Việc lựa chọn xung tác động (tương ứng với việc lựa chọn chế độ hoạtđộng là timer hay counter) được điều khiển bởi bit TMR1CS (T1CON<1>). Sau đâylà sơ đồ khối của Timer1:
Hình 14. Sơ đồ khối của Timer1.
Ngoài ra Timer1 còn có chức năng reset input bên trong được điều khiển bởimột trong hai khối CCP (Capture/Compare/PWM)
Khi bit T1OSCEN (T1CON<3>) được set, Timer1 sẽ lấy xung clock từ hai chânRC1/T1OSI/CCP2 và RC0/T1OSO/T1CKI làm xung đếm. Timer1 sẽ bắt đầu đếmsau cạnh xuống đầu tiên của xung ngõ vào. Khi đó PORTC sẽ bỏ qua sự tác độngcủa hai bit TRISC<1:0> và PORTC<2:1> được gán giá trị 0. Khi clear bitT1OSCEN, Timer1 sẽ lấy xung đếm từ oscillator hoặc từ chân C0/T1OSO/T1CKI.
Timer1 có hai chế độ đếm là đồng bộ (Synchronous) và bất đồng bộ(Asynchronous).Chế độ đếm được quyết định bởi bit điều khiển T1SYNC
23
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
(T1CON<2>). Khi T1SYNC =1 xung đếm lấy từ bên ngoài sẽ không được đồng bộ hóa vớixung clock bên trong, Timer1 sẽ tiếp tục quá trình đếm khi vi điều khiển đang ở chếđộ sleep và ngắt do Timer1 tạo ra khi bị tràn có khả năng “đánh thức” vi điều khiển.Ở chế độ đếm bất đồng bộ, Timer1 không thể được sử dụng để làm nguồn xungclock cho khối CCP (Capture/Compare/Pulse width modulation).
Khi T1SYNC =0 xung đếm vào Timer1 sẽ được đồng bộ hóa với xung clock bên trong. Ở chế độ này Timer1 sẽ không hoạt động khi vi điều khiển đang ở chế độsleep.
Các thanh ghi liên quan đến Timer1 bao gồm:INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép ngắt hoạt động(GIE và PEIE).PIR1 (địa chỉ 0Ch): chứa cờ ngắt Timer1 (TMR1IF).PIE1( địa chỉ 8Ch): cho phép ngắt Timer1 (TMR1IE).
TMR1L (địa chỉ 0Eh): chứa giá trị 8 bit thấp của bộ đếm Timer1.TMR1H (địa chỉ 0Eh): chứa giá trị 8 bit cao của bộ đếm Timer1.T1CON (địa chỉ 10h): xác lập các thông số cho Timer1
h. TIMER2Timer2 là bộ định thời 8 bit và được hỗ trợ bởi hai bộ chia tần số prescaler và
postscaler. Thanh ghi chứa giá trị đếm của Timer2 là TMR2. Bit cho phép ngắtTimer2 tác động là TMR2ON (T2CON<2>). Cờ ngắt của Timer2 là bit TMR2IF(PIR1<1>). Xung ngõ vào (tần số bằng ¼ tần số oscillator) được đưa qua bộ chiatần số prescaler 4 bit (với các tỉ số chia tần số là 1:1, 1:4 hoặc 1:16 và được điềukhiển bởi các bit T2CKPS1:T2CKPS0 (T2CON<1:0>)).
Hình 15. Sơ đồ khối của Timer2Timer2 còn được hỗ trợ bởi thanh ghi PR2. Giá trị đếm trong thanh ghi TMR2 sẽ
tăng từ 00h đến giá trị chứa trong thanh ghi PR2, sau đó được reset về 00h. Khireset thanh ghi PR2 được nhận giá trị mặc định FFh.
Ngõ ra của Timer2 được đưa qua bộ chia tần số postscaler với các mức chia từ1:1 đến 1:16. Postscaler được điều khiển bởi 4 bit T2OUTPS3:T2OUTPS0. Ngõ ra
24
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
của postscaler đóng vai trò quyết định trong việc điều khiển cờ ngắt. Ngoài ra ngõ ra của Timer2 còn được kết nối với khối SSP, do đó Timer2 còn
đóng vai trò tạo ra xung clock đồng bộ cho khối giao tiếp SSP.Các thanh ghi liên quan đến Timer2 bao gồm:
INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép toàn bộ các ngắt (GIEvà PEIE).PIR1 (địa chỉ 0Ch): chứa cờ ngắt Timer2 (TMR2IF).PIE1 (địa chị 8Ch): chứa bit điều khiển Timer2 (TMR2IE).TMR2 (địa chỉ 11h): chứa giá trị đếm của Timer2.T2CON (địa chỉ 12h): xác lập các thông số cho Timer2.PR2 (địa chỉ 92h): thanh ghi hỗ trợ cho Timer2.
2.5.1.2.Bộ tạo dao động thạch anh
OS
OS
X1CRY
C1
22pF
C2
Hình 16. Bộ tạo dao động thạch anh.
Bô dao đông đóng vai trò nhạc trưởng làm nhiêm vụ đồng bô hóa hoạt đông củatất cả các mạch bên trong vi điều khiển. Nó thường được tạo bởi thạch anh hoăcgốm để ổn định tần số. Các lênh không được thực thi theo tốc đô của bô dao đôngmà thường châm hơn, bởi vì mỗi câu lênh được thực hiên qua nhiều bước. Mỗi loạivi điều khiển cần có số chu kì khác nhau để thực hiên lênh. Đầu vào của bộ daođộng thạch anh được nối với chân 13 của vi điều khiển, đầu ra được nối với chân14.2.5.2. Khối giải mã
Khối giải mã nhận tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển, sau đó
giải mã để đưa đến hiển thị trên các đồng hồ đếm ngược. Với chứcnăng trên thì khối này chính là khối giải mã cho đèn LED 7 thanh.
Vì các đồng hồ được hiển thị bằng các đèn LED 7 thanh nên ta sẽ sửdụng bộ giải mã là các IC 74LS247. Sơ đồ chân ra và sơ đồ khốichức năng như sau:
25
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Hình 17.Sơ đồ chân ra và sơ đồ khối chức năng của IC 74LS247.Các đầu ra (từ a đến f) nối đến các chân tương ứng của 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. LED 7 thanh sẽghép nối với IC này theo bảng chân lý sau:
Hình 18. Bảng chân lý của IC 74LS247.
26
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Mạch đèn giao thông hoạt động dựa trên nội dung đã lập trình cho pic16F877A,khi có tác động từ các nút điều khiển mạch hoạt động theo đúng thời gian yêu cầu.PIC16F877A đưa dữ liệu đến các LED xanh, đỏ, vàng để điều khiển các LED nàyđóng, mở. Ngoài ra, nó còn xuất dữ liệu đến các BJT để tăng dòng cho các LED 7đoạn, các BJT sẽ điều khiển việc đóng mở các LED 7 đoạn. LED 7 đoạn còn nhậndữ liệu từ vi điều khiển trung tâm để thực hiện việc đếm lùi thời gian.
Như vậy mỗi khi mạch bắt đầu thực hiện đếm lùi, nếu trục lộ bên này đèn xanhhoặc vàng sáng thì trục lộ bên kia đèn đỏ sáng và ngược lại. Bộ phận điều khiểnPIC16F877A là các nút nhấn ở khối bàn phím. Tùy theo thời gian yêu cầu mà tađiều khiển các trục giao thông sáng PIC16F877A sẽ xuất ra các cổng I/O nhữngxung ở mức cao hoặc mức thấp để điều khiển các BJT từ đó điều khiển các đèn hiểnthị. Khi PIC16F877A nhận tín hiệu điều khiển từ các phím nhấn, nó sẽ quét và tìmra chương trình được mã hóa phù hợp với tín hiệu điều khiển để hoạt động.
2.8. SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN2.8.1. Giản đồ thời gian các chế độ hoạt động của hệ thống.
Hệ thống điều khiển đèn giao thông hoạt động ở các chế độ:- Cao điểm: Đèn xanh 47s, đèn đỏ 50s, đèn vàng 3s.- Bình thường: Đèn xanh 20s, đèn đỏ 23s, đèn vàng 3s.- Thấp điểm: Đèn vàng sáng.-
Hình 22. Giản đồ thời gian các chế độ hoạt động
30
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
Do thời gian thực hiện đề tài có giới hạn để, vì vậy em không thể đưa ramột mô hình đèn giao thông hoàn chỉnh, nhiều ý tưởng và hướng phát triểncủa đề tài chưa thể thực hiện được. Em nêu dưới đây những khả năng mà emdự định phát triển đề tài, rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các
bạn để đề tài thêm hoàn chỉnh.Hiện nay ở nhiều trục đường có tín hiệu đèn giao thông, vẫn xảy ra tình
trạng người tham gia giao thông đậu phương tiện trên vạch đường dành chongười đi bộ trong thời gian chờ đèn đỏ. Theo em nên đặt hệ thống cảm biếnđể phát hiện và báo động trong trường hợp phương tiện tham gia giao thôngđậu quá vạch đường dành cho người đi bộ. Đồng thời tận dụng thời gian đènđỏ, đèn giao thông sẽ tự động chiếu lên một màn ảnh trong suốt các hình ảnhvề trật tự an toàn giao thông để nâng cao ý thức đi đường của người điều
khiển phương tiện.Chế độ đèn vàng được đặt từ 23h đêm đến 5h sáng hôm sau. Tuy nhiêntrong thời gian đó vẫn sẽ có phương tiện tham gia giao thông. Vì vậy emnghĩ cần thiết phải đặt hệ thống cảm biến cách xa đèn một đoạn và cho cảm
biến hoạt động trong chế độ đèn vàng để phát hiện phương tiện đang đi tới.Cảm biến sẽ tác động lên vi xử lí để tắt chế độ đèn vàng và chuyển sang chếđộ nhảy tự động.
Trong những điều kiện cần thiết các cột đèn giao thông có thể làm việcđộc lập với nhau. Các cột đèn giao thông trên cùng tuyến đường có thể đượcnối với nhau để cùng nhận một tín hiệu điều khiển trong những trường hợp
cần thiết ( đường một chiều, hay những khi tổ chức các sự kiện quantrọng…).
46
5/11/2018 Dieu Khien Den Giao Thong - slidepdf.com
[1]. Giáo trình Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển của trường đại học Đại học KỹThuật Công Nghiệp Thái Nguyên, biên soạn: Bộ Môn Kỹ Thuật MáyTính.[2]. Giáo trình Hệ Thống Nhúng của trường đại học Đại học Kỹ ThuậtCông Nghiệp Thái Nguyên, biên soạn: Bộ Môn Kỹ Thuật Máy Tính.[3]. Sơ đồ chân linh kiện điện tử- Dương Minh Trí.[4]. Một số tài liệu trên mạng Internet.