Báo cáo môn học: Vi xử lý - Hệ thống điều khiển đèn giao thông
I. Đặt vấn đề
Trong bối cảnh giao thông đô thị ngày càng phức tạp, việc đảm bảo an toàn và giảm thiểu ùn tắc giao thông là yêu cầu cấp thiết. Hệ thống đèn điều khiển giao thông đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế xung đột và điều phối luồng xe, đặc biệt tại các thành phố lớn. Bài tập lớn này tập trung vào việc thiết kế hệ thống đèn điều khiển giao thông sử dụng vi xử lý.
II. Phương án thiết kế
Hệ thống đèn giao thông hai pha được đề xuất, với mỗi pha bao gồm đèn xanh, đỏ, vàng. Chế độ hoạt động tự động của từng pha được mô tả với thời gian cụ thể cho mỗi loại đèn: xanh (20s), vàng (3s), đỏ (27s). Khi đèn xanh của làn đường này sáng thì đèn xanh cho người đi bộ làn đường kia cũng sáng và ngược lại.
Việc thiết kế sử dụng vi điều khiển mang lại độ chính xác cao, khả năng lập trình linh hoạt và tốc độ điều khiển nhanh. Phương án này tập trung vào việc sử dụng bộ vi điều khiển AT89S52, với các tín hiệu điều khiển được đưa trực tiếp đến khối hiển thị. Ưu điểm của phương án này là mạch gọn nhẹ, dễ lắp đặt, lập trình và chỉnh sửa.
Sơ đồ khối hệ thống: Hệ thống bao gồm Main Board (chứa vi điều khiển AT89S52 và bộ giải mã SN74LS47) kết nối với LED Board 1 và LED Board 2 thông qua bus.
III. Thiết kế
1. Khối xử lý
1.1. Giới thiệu chung về vi điều khiển 8051:
- Vi điều khiển AT89C51 thuộc họ 8051, sử dụng công nghệ CMOS, có tốc độ cao và bộ nhớ Flash có thể lập trình.
- Đặc điểm tiêu chuẩn: 4KB Flash ROM, 128 byte RAM, 4 cổng vào/ra song song 8 bit, 2 bộ định thời/đếm 16 bit, kiến trúc 5 vectơ ngắt 2 mức, 1 cổng nối tiếp song công.
1.2. Chức năng của các chân tín hiệu:
- Cổng vào/ra song song: 4 cổng Porto, Port1, Port2, Port3 với các chức năng khác nhau (đa hợp bus địa chỉ/dữ liệu, giao tiếp thiết bị ngoại vi, v.v.).
- Các chân tín hiệu điều khiển: PSEN (cho phép đọc bộ nhớ chương trình), ALE/PROG (cho phép chốt địa chỉ/lập trình FLASH), EA (truy xuất bộ nhớ ngoài), RST (thiết lập lại hệ thống).
- Các chân XTAL1, XTAL2: Nối với bộ tạo dao động trên chip, thường hoạt động ở tần số 12MHz.
1.3. Bộ nhớ trên chip:
- RAM trong: 128 byte, bao gồm vùng thanh ghi, vùng RAM định địa chỉ theo bit và RAM nháp.
- Các thanh ghi chuyên dụng (SFRs): Chứa các thanh ghi điều khiển như P0-P3 (chốt cổng), TCON, TMOD, IE, IP, PSW, ACC, v.v.
- ROM: 4KB FLASH lập trình được.
1.4. Các Bộ định thời/Bộ đếm:
- Có 2 bộ định thời/bộ đếm (Timer 0, Timer 1) có thể hoạt động ở các chế độ khác nhau (đếm 13 bit, 16 bit, 8 bit và tự động nạp lại).
- Chế độ hoạt động được điều khiển bởi thanh ghi TMOD.
- Các bit TR# (cho phép hoạt động), TF# (cờ tràn), IT# (ngắt) trong TCON điều khiển hoạt động của bộ định thời/bộ đếm.
1.5. Điều khiển ngắt:
- Hệ thống có 5 nguồn ngắt: TF0, TF1, INT0, INT1 và ngắt cổng nối tiếp.
- Thanh ghi IE (Interrupt Enable) cho phép hoặc cấm các loại ngắt.
- Thanh ghi IP (Interrupt Priority) xác định thứ tự ưu tiên của các ngắt.
2. Khối giải mã
Khối này nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lý và giải mã để hiển thị trên đèn LED 7 thanh. Sử dụng IC giải mã 74LS47 để chuyển đổi mã BCD sang tín hiệu điều khiển các đoạn của LED 7 thanh. Loại LED 7 thanh sử dụng là Anode chung.
3. Khối hiển thị
Khối hiển thị bao gồm đèn điều khiển giao thông (xanh, đỏ, vàng) và đồng hồ đếm ngược sử dụng LED 7 thanh để hiển thị các giá trị từ 00 đến 99. Đèn LED 7 thanh loại Anode chung được ghép nối với IC 74LS47.
IV. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển bit vào/ra của các cổng trên IC 89C51.
1. Nguyên lý hoạt động:
- Chuyển mức đèn tín hiệu: Vi điều khiển điều khiển 6 bit để chuyển đổi trạng thái đèn xanh, đỏ, vàng cho hai làn đường. Đèn xanh làn 1 tương ứng với đèn đỏ làn 2 và ngược lại. Thời gian chuyển đổi giữa các đèn được cài đặt (xanh-vàng: 20s, vàng-đỏ: trễ, đỏ-xanh: 27s). Có đèn báo hiệu cho người đi bộ.
- Hiển thị bộ đếm: Sử dụng IC 7447 để giải mã BCD và hiển thị trên LED 7 thanh. Hai bộ đếm (cho hai làn đường) được hiển thị bằng 8 bit của cổng P2 và P1, kết nối với 2 IC 7447. Mã BCD được tạo ra bằng cách ghi dãy số Hexa 27-0 vào vị trí ROM nội, sau đó tách thành 3 vòng lặp để hiển thị bộ đếm thời gian cho đèn đỏ, vàng và xanh.
2. Sơ đồ nguyên lý mạch đèn giao thông:
Bao gồm sơ đồ nguyên lý mạch đèn giao thông và sơ đồ mạch in.
V. Mở rộng
Tài liệu tham khảo.