Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2 Đề tài: “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển” Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Trung Thành Sinh viên thực hiện : Trần Đông Nguyễn Văn Hoàng Nguyễn Huy Toàn Lớp : Đ-ĐTK5.1 Hưng yên ngày .....tháng …..năm 2010 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... Hưng Yên, ngày ... tháng ... năm 2010 Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Trung Thành MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Với thời đại phát triển như ngày nay thì vấn đề giao thông ngày càng được trú trọng. Các phương tiện tham gia giao thông cũng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp. Vì vậy để đảm bảo được sự an toàn khi tham gia giao thông thì việc sử dụng các hệ thống tín hiệu để điều khiển và phân luồng tại các nút giao thông là rất cần thiết. Qua thực tế chúng em nhận thấy vấn đề này là rất sát thực. Hơn nữa là chúng em đã được trang bị những kiến thức trong quá trình nghiên cứu và học tập tại trường chúng em đã chọn đề tài “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển” Trong suốt quá trình thực hiện đề tài chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy “ Nguyễn Trung Thành” và các thầy cô trong khoa điện- điện tử. Chúng em xin chân thành cám ơn các thầy cô. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện đồ án do kiến thức hiểu biết còn hạn hẹp cũng như chúng em chưa có nhiều điều kiện khảo sát thực tế nhiều, thời gian làm đồ án không dài do vậy đồ án của chúng em cũng không thể tránh được những thiếu sót. Chúng em rất mong thầy cô và các các bạn đóng góp và bổ sung ý kiến để đồ án của chúng em thêm hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cám ơn! Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THÔNG. Yêu cầu và mục đích của hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông. Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp. Chính lý do này đã 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 những yêu cầu sau: Đảm bảo trong quá trình hoạt động một cách chính xác và liên tục. Độ tin cậy cao. Đảm bảo làm việc ổn định, lâu dài. Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông. Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên cho người đi bộ. Hệ thống hoạt động như sau: Ở trạng thái bình thường đèn báo trên tuyến đường ô tô luôn ở trạng thái xanh. Khi người đi bộ muốn qua đường, người đi bộ phải nhấn vào nút nhấn nằm trên cột đèn dành cho người đi bộ. Sau khi nhấn nút xin đường hệ thống đèn báo trên tuyến đường được mô tả bằng giản đồ thời gian sau. Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư. Hệ thống có hoạt động như sau: Ta giả sử rằng xét ở chế độ ban ngày tại thời điểm ban đầu đèn xanh tại vị trí A và C sáng cho phép các phương tiện và người đi bộ đi theo chiều từ A sang C và ngược lại đồng thời lúc này đèn đỏ tại các vị trí B và D sáng không cho các phương tiện lưu đi theo chiều từ B sang D và ngược lại. Sau một khoảng thời gian đèn xanh tại vị trí A và C và đèn đỏ tại B và D tắt đồng thời đèn vàng tại các vị trí sáng và đèn đỏ tại vị trí dành cho người đi bộ nhấp nháy sau một khoảng thời gian đèn vàng tắt đèn vàng tại vị trí A và C sáng đèn xanh tại vị trí B và D sáng lúc này xanh cho người đi bộ tại A và C sang, đỏ cho người đi bộ tại B và D sáng. Sau khi đỏ tại B và D sáng. Sau khi đỏ tại A và D và xanh tại B và D tắt đèn vàng lại sáng. Ở chế độ ban đêm chỉ có đèn vàng. Giản đồ thời gian được mô tả như sau. Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba. Hệ thống hoạt động như sau: Giả sử xét chế độ ban ngày tại thời điểm ban đầu đèn xanh tại vị trí A và B đang sáng cho phép các phương tiện đi thẳng từ A và B theo C. Đồng thời lúc này đèn đỏ tại các vị trí C sáng không cho phép xe lưu thông theo chiều từ C sang đường A và B. Sau khoảng thời đèn đỏ tại A và B sáng, không cho phép phương tiện đi thẳng từ A và B, đồng thời đèn xanh tại vị trí C sáng cho phép phương tiện đi vào C và đi từ C sang đường A và B. Trong quá trình chuyển từ đèn xanh sang đỏ và ngược lại thì đèn vàng sáng một khoảng thời gian. Ở chế độ ban đêm chỉ có đèn vàng nhấp nháy. Ta có thời gian mô tả hoạt động của hệ thống như sau. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật để điều khiển được hệ thống giao thông chúng ta có nhiều cách khác nhau như là: Dùng IC số, các bộ vi xử lý, vi điều khiển, các bộ điều khiển PLC. Mạch dùng IC số Với mạch dùng IC số có những ưu điểm sau: Giá thành rẻ Mạch đơn giản dễ thực hiện Tổn hao công suất bé, mạch có thể dùng pin hoặc acquy Tuy nhiên khi sử dụng kỹ thuật số rất khó khăn trong việc thay đổi chương trình. Muốn thay đổi một chương trình nào đó thì buộc ta 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. Điều khiển bằng vi điều khiển. Ngoài ưu điểm của phương pháp trên, phương pháp này còn có những ưu điểm sau: 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 hơn. 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 sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính. Với vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lý. Với phương pháp này có những ưu điểm sau: Ta có thể thay đổi 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 khó tiếp cận, đễ nhầm. Số linh kiện sử dụng trong mạch cũng ít hơn. Mạch đơn giản hơn 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. Do vậy việc viết chương trình gặp nhiều khó khăn. Do vậy hiện nay để khắc phục những nhược điểm trên hiện nay người ta sử dụng bộ vi điều khiển. Điều khiển bằng PLC. Với phương pháp sử dụng PLC có những ưu diểm sau: Lập trình đơn giản, độ tin cậy 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 nhập xuất. Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh. Tuy nhiên phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn vi xử lý nhưng việc áp dụng trong hệ thống nhỏ là không thích hợp bởi giá thành rất cao. Với những ưu điểm của từng phương pháp là khác nhau. Tuy nhiên thực hiện đề tài này nhóm chúng em chọn phương pháp điều khiển bằng vi điều khiển bởi đây là phương án tối ưu nhất phù hợp với đề tài. Hiện nay bộ vi điều khiển AT89C51 đang được sử dụng rộng rãi vì vậy chúng em lựa chọn bộ điều khiển này để điều khiển hệ thống. CÁC TIÊU CHUẨN LỰA CHỌN BỘ VI ĐIỀU KHIỂN Có 4 bộ vi điều khiển 8 bit chính. Đó là 6811 của Motorola, 8051 của Intel Z8 của Xilog và Pic 16 ´ của Microchip Technology. Mỗi một kiểu loại trên đây đều có một tập lệnh và thanh ghi riêng duy nhất, nếu chúng đều không tương thích lẫn nhau. Cũng có những bộ vi điều khiển 16 bit và 32 bit được sản xuất bởi các hãng sản xuất chíp khác nhau. Với tất cả những bộ vi điều khiển khác nhau như thế này thì lấy gì làm tiêu chuẩn lựa chọn mà các nhà thiết kế phải cân nhắc? 1. Tiêu chuẩn đầu tiên và trước hết trong lựa chọn một bộ vi điều khiển là nó phải đáp ứng nhu cầu bài toán về một mặt công suất tính toán và giá thành hiệu quả. Trong khi phân tích các nhu cầu của một dự án dựa trên bộ vi điều khiển chúng ta trước hết phải biết là bộ vi điều khiển nào 8 bit, 16 bit hay 32 bit có thể đáp ứng tốt nhất nhu cầu tính toán của bài toán một cách hiệu quả nhất? Những tiêu chuẩn được đưa ra để cân nhắc là: Tốc độ: Tốc độ lớn nhất mà bộ vi điều khiển hỗ trợ là bao nhiêu. Kiểu đóng vỏ: Đó là kíểu 40 chân DIP hay QFP hay là kiểu đóng vỏ khác (DIP – đóng vỏ theo 2 hàng chân. QFP là đóng vỏ vuông dẹt)? Đây là điều quan trọng đối với yêu cầu về không gian, kiểu lắp ráp và tạo mẫu thử cho sản phẩm cuối cùng. Công suất tiêu thụ: Điều này đặc biệt khắt khe đối với những sản phẩm dùng pin, ắc quy. Dung lượng bộ nhớ RAM và ROM trên chíp. Số chân vào – ra và bộ định thời trên chíp Khả năng dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao hoặc giảm công suất tiêu thụ. Giá thành cho một đơn vị: Điều này quan trọng quyết định giá thành cuối cùng của sản phẩm mà một bộ vi điều khiển được sử dụng. 2. Tiêu chuẩn thứ hai trong lựa chọn một bộ vi điều khiển là khả năng phát triển các sản phẩm xung quanh nó dễ dàng như thế nào? Các cân nhắc chủ yếu bao gồm khả năng có sẵn trình lượng ngữ, gỡ rối, trình biên dịch ngôn ngữ C hiệu quả về mã nguồn, trình mô phỏng hỗ trợ kỹ thuật và khả năng sử dụng trong nhà và ngoài môi trường. Trong nhiều trường hợp sự hỗ trợ nhà cung cấp thứ ba (nghĩa là nhà cung cấp khác không phải là hãng sản xuất chíp) cho chíp cũng tốt như, nếu không được tốt hơn, sự hỗ trợ từ nhà sản xuất chíp. 3. Tiêu chuẩn thứ ba trong lựa chọn một bộ vi điều khiển là khả năng sẵn sàng đáp ứng về số lượng trong hiện tại và tương lai. Đối với một số nhà thiết kế điều này thậm chí còn quan trong hơn cả hai tiêu chuẩn đầu tiên. Hiện nay, các bộ vi điều khiển 8 bit dấu đầu, họ 8051 là có số lượng lớn nhất các nhà cung cấp đa dạng. Nhà cung cấp có nghĩa là nhà sản xuất bên cạnh nhà sáng chế của bộ vi điều khiển. Trong trường hợp 8051 thì nhà sáng chế của nó là Intel, nhưng hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất nó (cũng như trước kia đã sản xuất). Các hãng này bao gồm: Intel, Atmel, Philips/signe-tics, AMD, Siemens, Matra và Dallas, Semicndictior. 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 các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "led 7 đoạn". Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiện 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 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 điều 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 lại 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. 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. Điode thưòng được cấu tạo từ các chất Ga, As, P …nó cũng có tính chất chỉnh lưu như diode thường. Nhưng khi điện áp thuận đạt nên diode vượt quá mức ngưỡng Ung nào đó thì diode sáng. Điện áp ngưỡng thay đổi từ 1,5 đến 5 v tuỳ theo từng loại có màu sắc khác nhau. LED màu đỏ có điện áp ngưỡng Ung = 1,6 đến 2 v LED màu cam có điện áp ngưỡng Ung = 2,2 đến 3 v LED màu xanh lá cây có điện áp ngưỡng Ung = 2,8 đến 3,2 v LED màu vàng có điện áp ngưỡng Ung = 2,4 đến3, 2 v LED màu xanh ra trời có điện áp ngưỡng Ung = 3 đến 5 v Thiết kế bộ giải mã hiển thị cho LED 7 thanh với tín hiệu đầu vào là mã BCD Dạng chỉ thị led 7 đoạn: 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 dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều hiển. Các điện trở 330Ω 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. Kết nối với vi điều khiển Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thể dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển led 7 đoạn. Như vậy led 7 đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt của từng led led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển led 7 đoạn thường được gọi là "mã hiển thị led 7 đoạn". Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đoạn: mã dành cho led 7 đoạn có Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung. Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b và c sáng, nếu sử dụng led 7 đoạn có Anode chung thì phải đặt vào hai chân b và c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V(mức 1), nếu sử dụng led 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp(hay mức logic) hoàn  toàn ngược lại, tức là phải đặt vào chân b và  c điện áp là 5V(mức 1).     Bảng mã hiển thị led 7 đoạn( led 7 đoạn anot chung: led đơn sáng ở mức 0) Số hiển thị trên led 7 đoạn Mã hiển thị led 7 đoạn dạng nhị phân Mã hiển thị led 7 đoạn dạng thập lục phân hgfedcba 0 11000000 C0 1 11111001 F9 2 10100100 A4 3 10110000 B0 4 10011001 99 5 10010010 92 6 11000010 82 7 11111000 F8 8 10000000 80 9 10010000 90 A 10001000 88 B 10000011 83 C 11000110 C6 D 10100001 A1 E 10000110 86 F 10111111 8E Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn canot chung(các led đơn sang ở mức 1) Số hiển thị trên led 7 đoạn Mã hiển thị led 7 đoạn dạng nhị phân Mã hiển thị led 7 đoạn dạng thập lục phân hgfedcba 0 00111111 3F 1 00000110 06 2 01011011 5B 3 01001111 4F 4 01100110 66 5 01101101 6D 6 01111101 7D 7 00000111 07 8 01111111 7F 9 01101111 6F A 01110111 77 B 01111100 7C C 00111001 39 D 01011110 5E E 01111001 79 F 01110001 71 Phần cứng được kết nối với 1 Port bất kì của Vi điều khiển, để thuận tiện cho việc xử lí về sau phần cứng nên được kết nối như sau: Px.0 nối với chân a, Px.1 nối với chân b, lần lượt theo thứ tự cho đến Px.7 nối với chân h. Dữ liệu xuất có dạng nhị phân như sau : hgfedcba Từ bảng chức năng lập bảng karnaught cho 7 hàm rat a có kết quả: a = A + C b = C + BC c = BC d = A + C + ABC e = A + AB + C + AC + ABC f = A + B + AB + ABC g = + ABC + A GIAO TIẾP VI ĐIỀU KHIỂN VỚI LED 7 ĐOẠN Nếu kết nối mỗi một Port của Vi điều khiển với 1 led 7 đoạn thì tối đa kết nối được 4 led 7 đoạn. Mặt khác nếu kết nối như trên sẽ hạn chế khả năng thực hiện các công việc khác của Vi điều khiển. Cho nên cần phải kết nối, điều khiển nhiều led 7 đoạn với số lượng chân điều khiển từ Vi điều khiển càng ít càng tốt. Có hai giải pháp: một là sử dụng các IC chuyên dụng cho việc hiện thị led 7 đoạn, hai là kết nối nhiều led 7 đoạn vào cùng một đường xuất tín hiệu hiển thị. Nội phần này sẽ đề cập đến cách kết nối nhiều led 7 đoạn theo giải pháp thứ 2. Để kết nối nhiều led 7 đoạn vào vi điều khiển thực hiện như sau: nối tất cả các chân nhận tín hiệu của tất cả các led 7 đoạn (chân abcdefgh) cần sử dụng vào cùng 1 Port, trong ví dụ, 8 led 7 đoạn có các chân nhận tín hiệu cùng được được nối với P0. Dùng các ngõ ra còn lại của Vi điều khiển điều khiển on/off cho led 7 đoạn, mỗi ngõ ra điều khiển ON/OFF cho 1 led 7 đoạn,(ON: led 7 đoạn được cấp nguồn để hiển thị, OFF: led 7 đoạn bị ngắt nguồn nên không hiển thị được). Tại mỗi thời điểm, chỉ nên cho Vi điều khiển điều khiển cho 1 led 7 đoạn hoạt động, do đó tại mỗi thời điểm chỉ nên có 1 ngõ ra duy nhất nối với transitor ở mức 0. Tại mỗi thời điểm chỉ có một led 7 đoạn được ON nên sẽ không xảy ra tình trạng quá tải cho tải và  quá tải cho vi điều khiển khi điều khiển nhiều led 7 đoạn. KHỐI GIẢI Mà IC giải mã 7447 Mạch giải mã là mạch có n đầu vào và 2n đầu ra . Bộ giải mã cũng là các bộ biến đổi mã , chúng biến đổi từ các mã nhị phân BCD sang mã nhị phân hay mã 7 đoạn. Để xác định bộ giả mã chúng có thể áp dụng phương pháp thiết kế logic cơ bản. Hiện nay người ta không dùng phương pháp trên mà thường dùng các vi mạch giải mã có sẵn trên thị trường. Giải mã BCD sang mã 7 đoạn: Mã nhị phân BCD được chuyển sang thập phân và hiển thị các số thập phân bằng 7 đoạn tương ứng với mỗi tổ hợp xác định .Các thanh sáng hiển thị cho ta một chữ số ở hệ 10. Các đoạn a , b , c , d , e , f , g có thể là :Đèn LED mắc anôt chung hoặc katôt chung được nối qua các điện trở giới hạn dòng tới đầu ra phù hợp của bộ giải mã. Trong thực tế người ta đã chế tạo sẵncác vi mạch để giảI mã nhị phân ra mã 7 đọan như : Các vi mạch 7448 , 74LS48 , 7449 , 74LS49 là các IC giảI mã 7 đoạn có lối ra tác động ở mức cao , ta có thể ding chung để giải mã từ mã BCD ra thập phân Quy luật hiển thị các chữ số thập phân của các vi mạch này về cơ bản là giống nhau như bảng chân lý sau, chỉ khác đôi chút là số 6 không dùng thanh a và số 9 không dùng thanh d . Số thập phân Mã BCD đầu vào Đầu ra mã 7 thanh D C B A a b c d e f g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 Các vi mạch giải mã 7 đoạn 7447A, 74L47, 74S47 là các vi mạch 16 chân, số 6 và số 9 chỉ có 5 thanh sáng giống như 7448, 7449. Vi mạch có lối ra tác động thấp ( mức 0 ) nên đèn chỉ thị 7 đoạn có anốt chung. GIỚI THIỆU CHUNG CẤU TRÚC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN Trong môc nµy chóng ta xem xÐt mét sè thµnh viªn kh¸c nhau cña hä bé vi ®iÒu khiÓn 8051 vµ c¸c ®Æc ®iÓm bªn trong cña chóng. §ång thêi ta ®iÓm qua mét sè nhµ s¶n xuÊt kh¸c nhau vµ c¸c s¶n phÈm cña hä cã trªn thÞ tr­êng. Tóm tắt về lịch sử của AT89C51 Vµo n¨m 1981. H·ng Intel giíi thiÖu mét sè bé vi ®iÒu khiÓn ®­îc gäi lµ AT89C51. Bé vi ®iÒu khiÓn nµy cã 128 byte RAM, 4K byte ROM trªn chÝp, hai bé ®Þnh thêi, mét cæng nèi tiÕp vµ 4 cæng (®Òu réng 8 bit) vµo ra tÊt c¶ ®­îc ®Æt trªn mét chÝp. Lóc Êy nã ®­îc coi lµ mét “hÖ thèng trªn chÝp”. AT89C51 lµ mét bé xö lý 8 bit cã nghÜa lµ CPU chØ cã thÓ lµm viÖc víi 8 bit d÷ liÖu t¹i mét thêi ®iÓm. D÷ liÖu lín h¬n 8 bit ®­îc chia ra thµnh c¸c d÷ liÖu 8 bit ®Ó cho xö lý. AT89C51 cã tÊt c¶ 4 cæng vµo - ra I/O mçi cæng réng 8 bit (xem h×nh 1.2). MÆc dï 8051 cã thÓ cã mét ROM trªn chÝp cùc ®¹i lµ 64 K byte, nh­ng c¸c nhµ s¶n xuÊt lóc ®ã ®· cho xuÊt x­ëng chØ víi 4K byte ROM trªn chÝp. §iÒu nµy sÏ ®­îc bµn chi tiÕt h¬n sau nµy. AT89C51 ®· trë nªn phæ biÕn sau khi Intel cho phÐp c¸c nhµ s¶n xuÊt kh¸c s¶n xuÊt vµ b¸n bÊt kú d¹ng biÕn thÕ nµo cña AT89C51 mµ hä thÝch víi ®iÒu kiÖn hä ph¶i ®Ó m· l¹i t­¬ng thÝch víi AT89C51. §iÒu nµy dÉn ®Õn sù ra ®êi nhiÒu phiªn b¶n cña AT89C51 víi c¸c tèc ®é kh¸c nhau vµ dung l­îng ROM trªn chÝp kh¸c nhau ®­îc b¸n bëi h¬n nöa c¸c nhµ s¶n xuÊt. §iÒu nµy quan träng lµ mÆc dï cã nhiÒu biÕn thÓ kh¸c nhau cña AT89C51 vÒ tèc ®é vµ dung l­¬ng nhí ROM trªn chÝp, nh­ng tÊt c¶ chóng ®Òu t­¬ng thÝch víi AT89C51 ban ®Çu vÒ c¸c lÖnh. §iÒu nµy cã nghÜa lµ nÕu ta viÕt ch­¬ng tr×nh cña m×nh cho mét phiªn b¶n nµo ®ã th× nã còng sÏ ch¹y víi mäi phiªn b¶n bÊt kú kh¸c mµ kh«ng ph©n biÖt nã tõ h·ng s¶n xuÊt nµo. B¶ng 3.1: C¸c ®Æc tÝnh cña AT89C51 ®Çu tiªn. §Æc tÝnh Sè l­îng ROM trªn chÝp RAM Bé ®Þnh thêi C¸c ch©n vµo - ra Cæng nèi tiÕp Nguån ng¾t 4K byte 128 byte 2 32 1 6 COUNTER INPUTS OSC INTERRUPT CONTROL 4 I/O PORTS BUS CONTROL SERIAL PORT EXTERNAL INTERRUPTS CPU ON - CHIP RAM ETC TIMER 0 TIMER 1 ADDRESS/DATA TXD RXD P0 P1 P2 P3 Bé vi ®iÒu khiÓn 8051: Bé vi ®iÒu khiÓn 8051 lµ thµnh viªn ®Çu tiªn cña hä AT89C51. H·ng Intel ký hiÖu nã nh­ lµ MCS51. B¶ng 3.2 tr×nh bµy c¸c ®Æc tÝnh cña AT89C51. Sơ đồ chân tín hiệu của 80C51/AT89C51 40 1 Vcc P1.0 P0.1 (AD1) 38 39 3 2 P0.0 (AD0) P1.2 P1.1 P0.3 (AD3) P0.2 (AD2) 37 36 4 5 P1.4 P1.3 P0.5 (AD5) P0.4 (AD4) 34 35 7 6 P1.6 P1.5 P0.6 (AD6) P0.6 (AD6) AT89C51 (8031) 32 33 9 8 RST P1.7 ALE/PROG EA/CPP (TXD) P3.1 (RXD) P3.0 31 30 10 11 (NT1) P3.3 (NT0) P3.2 P2.7 (A15) PSEN 28 29 13 12 (T1) P3.5 (T0) P3.4 P2.6 (A14) P2.5 (A13) 26 27 15 14 (RD) P3.7 (WR) P3.6 P2.4(A12) P2.3 (A11) 25 24 16 17 XTAL1 XTAL2 P2.2 (A10) P2.1 (A9) 22 23 19 18 GND P2.0 (AB) 21 20 H×nh 3.3. IC 80C51/AT89C51 Chøc n¨ng cña c¸c ch©n tÝn hiÖu nh­ sau: - P0.0 ®Õn P0.7 lµ c¸c ch©n cña cæng 0. - P1.0 ®Õn P1.7 lµ c¸c ch©n cña cæng 1. - P2.0 ®Õn P2.7 lµ c¸c ch©n cña cæng 2 - P3.0 ®Õn P3.7 lµ c¸c ch©n cña cæng 3 - RxD: NhËn tÝn hiÖu kiÓu nèi tiÕp. - TxD: TruyÒn tÝn hiÖu kiÓu nèi tiÕp. - /INT0: Ng¾t ngoµi 0. - /INT1: Ng¾t ngoµi 1. - T0: Ch©n vµo 0 cña bé Timer/Counter 0. - T1: Ch©n vµo 1 cña bé Timer/Counter 1. - /Wr: Ghi d÷ liÖu vµo bé nhí ngoµi. - /Rd: §äc d÷ liÖu tõ bé nhí ngoµi. - RST: Ch©n vµo Reset, tÝch cùc ë møc logic cao trong kho¶ng 2 chu kú m¸y. - XTAL1: Ch©n vµo m¹ch khuyÕch ®aÞ dao ®éng - XTAL2: Ch©n ra tõ m¹ch khuyÕch ®aÞ dao ®éng. - /PSEN : Ch©n cho phÐp ®äc bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi (ROM ngoµi). - ALE (/PROG): Ch©n tÝn hiÖu cho phÐp chèt ®Þa chØ ®Ó truy cËp bé nhí ngoµi, khi On-chip xuÊt ra byte thÊp cña ®Þa chØ. TÝn hiÖu chèt ®­îc kÝch ho¹t ë møc cao, tÇn sè xung chèt = 1/6 tÇn sè dao ®éng cña bé V§K. Nã cã thÓ ®­îc dïng cho c¸c bé Timer ngoµi hoÆc cho môc ®Ých t¹o xung Clock. §©y còng lµ ch©n nhËn xung vµo ®Ó n¹p ch­¬ng tr×nh cho Flash (hoÆc EEPROM) bªn trong On-chip khi nã ë møc thÊp. - /EA/Vpp: Cho phÐp On-chip truy cËp bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi khi /EA=0, nÕu /EA=1 th× On-chip sÏ lµm viÖc víi bé nhí ch­¬ng tr×nh néi tró. Khi ch©n nµy ®­îc cÊp nguån ®iÖn ¸p 12V (Vpp) th× On-chip ®¶m nhËn chøc n¨ng n¹p ch­¬ng tr×nh cho Flash bªn trong nã. - Vcc: Cung cÊp d­¬ng nguån cho On-chip (+ 5V). - GND: nèi m¸t. Các thanh ghi chức năng đặc biệt B¶ng1.4. §Þa chØ, ý nghÜa vµ gi¸ trÞ cña c¸c SFR sau khi Reset Symbol Name Address Reset Values * ACC Thanh ghi tÝch luü 0E0h 00000000b * B Thanh ghi B 0F0h 00000000b * PSW Tõ tr¹ng th¸i ch­¬ng tr×nh 0D0h 00000000b SP Con trá ng¨n xÕp 81h 00000111b DP0L Byte cao cña con trá d÷ liÖu 0 82h 00000000b DP0H Byte thÊp cña con trá d÷ liÖu 0 83h 00000000b * P0 Cæng 0 80h 11111111b * P1 Cæng 1 90h 11111111b Symbol Name Address Reset Values * P2 Cæng 2 0A0h 11111111b * P3 Cæng 3 0B0h 11111111b * IP TG ®iÒu khiÓn ng¾t ­u tiªn 0B8h xxx00000b * IE TG ®iÒu khiÓn cho phÐp ng¾t 0A8h 0xx00000b TMOD §iÒu khiÓn kiÓu Timer/Counter 89h 00000000b * TCON TG ®iÒu khiÓn Timer/Counter 88h 00000000b TH0 Byte cao cña Timer/Counter 0 8Ch 00000000b TL0 Byte thÊp cña Timer/Counter 0kô 8Ah 00000000b TH1 Byte cao cña Timer/Counter 1 8Dh 00000000b TL1 Byte thÊp cña Timer/Counter 1 8Bh 00000000b * SCON Serial Control 98h 00000000b SBUF Serial Data Buffer 99h indeterminate PCON Power Control 87h 0xxx0000b cã thÓ ®Þnh ®Þa chØ bit, x: kh«ng ®Þnh nghÜa 3.1. Thanh ghi ACC: Lµ thanh ghi tÝch luü, dïng ®Ó l­u tr÷ c¸c to¸n h¹ng vµ kÕt qu¶ cña phÐp tÝnh. Thanh ghi ACC dµi 8 bits. Trong c¸c tËp lÖnh cña On-chip, nã th­êng ®­îc quy ­íc ®¬n gi¶n lµ A. 3.2. Thanh ghi B: Thanh ghi nµy ®­îc dïng khi thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n nh©n vµ chia. §èi víi c¸c lÖnh kh¸c, nã cã thÓ xem nh­ lµ thanh ghi ®Öm t¹m thêi. Thanh ghi B dµi 8 bits. Nã th­êng ®­îc dïng chung víi thanh ghi A trong c¸c phÐp to¸n nh©n hoÆc chia. 3.3. Thanh ghi SP: Thanh ghi con trá ng¨n xÕp dµi 8 bit. SP chøa ®Þa chØ cña d÷ liÖu hiÖn ®ang ë ®Ønh cña ng¨n xÕp. Gi¸ trÞ cña nã ®­îc tù ®éng t¨ng lªn khi thùc hiÖn lÖnh PUSH tr­íc khi d÷ liÖu ®­îc l­u tr÷ trong ng¨n xÕp. SP sÏ tù ®éng gi¶m xuèng khi thùc hiÖn lÖnh POP. Ng¨n xÕp cã thÓ ®Æt ë bÊt cø n¬i nµo trong RAM on-chip, nh­ng sau khi khëi ®éng l¹i hÖ thèng th× con trá ng¨n xÕp mÆc ®Þnh sÏ trá tíi ®Þa chØ khëi ®Çu lµ 07h, v× vËy ng¨n xÕp sÏ b¾t ®Çu tõ ®Þa chØ 08h. Ta còng cã thÓ ®Þnh con trá ng¨n xÕp t¹i ®Þa chØ mong muèn b»ng c¸c lÖnh di chuyÓn d÷ liÖu th«ng qua ®Þnh ®Þa chØ tøc thêi. 3.4. Thanh ghi DPTR: Thanh ghi con trá d÷ liÖu (16 bit) bao gåm 1 thanh ghi byte cao (DPH-8bit) vµ 1 thanh ghi byte thÊp (DPL-8bit). DPTR cã thÓ ®­îc dïng nh­ thanh ghi 16 bit hoÆc 2 thanh ghi 8 bit ®éc lËp. Thanh ghi nµy ®­îc dïng ®Ó truy cËp RAM ngoµi. 3.5. Ports 0 to 3: P0, P1, P2, P3 lµ c¸c chèt cña c¸c cæng 0, 1, 2, 3 t­¬ng øng. Mçi chèt gåm 8 bit. Khi ghi møc logic 1 vµo mét bit cña chèt, th× ch©n ra t­¬ng øng cña cæng ë møc logic cao. Cßn khi ghi møc logic 0 vµo mçi bit cña chèt th× ch©n ra t­¬ng øng cña cæng ë møc logic thÊp. Khi c¸c cæng ®¶m nhiÖm chøc n¨ng nh­ c¸c ®Çu vµo th× tr¹ng th¸i bªn ngoµi cña c¸c ch©n cæng sÏ ®­îc gi÷ ë bit chèt t­¬ng øng. TÊt c¶ 4 cæng cña on-chip ®Òu lµ cæng I/O hai chiÒu, mçi cæng ®Òu cã 8 ch©n ra, bªn trong mçi chèt bit cã bé “Pullup-t¨ng c­êng” do ®ã n©ng cao kh¶ n¨ng nèi ghÐp cña cæng víi t¶i (cã thÓ giao tiÕp víi 4 ®Õn 8 t¶i lo¹i TTL). 3.6. Thanh ghi SBUF: §Öm d÷ liÖu nèi tiÕp gåm 2 thanh ghi riªng biÖt, mét thanh ghi ®Öm ph¸t vµ mét thanh ghi ®Öm thu. Khi d÷ liÖu ®­îc chuyÓn tíi SBUF, nã sÏ ®i vµo bé ®Öm ph¸t, vµ ®­îc gi÷ ë ®Êy ®Ó chÕ biÕn thµnh d¹ng truyÒn tin nèi tiÕp. Khi d÷ liÖu ®­îc truyÒn ®i tõ SBUF, nã sÏ ®i ra tõ bé ®Öm thu. 3.7. C¸c Thanh ghi Timer C¸c ®«i thanh ghi (TH0, TL0), (TH1, TL1) lµ c¸c thanh ghi ®Õm 16 bit t­¬ng øng víi c¸c bé Timer/Counter 0 vµ 1. 3.8. C¸c thanh ghi ®iÒu khiÓn C¸c thanh ghi chøc n¨ng ®Æc biÖt: IP, IE, TMOD, TCON, SCON, vµ PCON bao gåm c¸c bit tr¹ng th¸i vµ ®iÒu khiÓn ®èi víi hÖ thèng ng¾t, c¸c bé Timer/Counter vµ cæng nèi tiÕp. Chóng sÏ ®­îc m« t¶ ë phÇn sau. 3.9. Thanh ghi PSW Tõ tr¹ng th¸i ch­¬ng tr×nh dïng ®Ó chøa th«ng tin vÒ tr¹ng th¸i ch­¬ng tr×nh. PSW cã ®é dµi 8 bit, mçi bit ®¶m nhiÖm mét chøc n¨ng cô thÓ. Thanh ghi nµy cho phÐp truy cËp ë d¹ng møc bit. CY AC FO RS1 RS0 OV - P CY: Cê nhí. Trong c¸c phÐp to¸n sè häc, nÕu cã nhí tõ phÐp céng bit 7 hoÆc cã sè m­în mang ®Õn bit 7 th× CY ®­îc ®Æt b»ng 1. AC: Cê nhí phô (§èi víi m· BCD). Khi céng c¸c gi¸ trÞ BCD, nÕu cã mét sè nhí ®­îc t¹o ra tõ bit 3 chuyÓn sang bit 4 th× AC ®­îc ®Æt b»ng 1. Khi gi¸ trÞ ®­îc céng lµ BCD, lÖnh céng ph¶i ®­îc thùc hiÖn tiÕp theo bëi lÖnh DA A (hiÖu chØnh thËp ph©n thanh chøa A) ®Ó ®­a c¸c kÕt qu¶ lín h¬n 9 vÒ gi¸ trÞ ®óng. F0: Cê 0 (Cã hiÖu lùc víi c¸c môc ®Ých chung cña ng­êi sö dông) RS1: Bit 1 ®iÒu khiÓn chän b¨ng thanh ghi. RS0: Bit 0 ®iÒu khiÓn chän b¨ng thanh ghi. L­u ý: RS0, RS1 ®­îc ®Æt/xo¸ b»ng phÇn mÒm ®Ó x¸c ®Þnh b¨ng thanh ghi ®ang ho¹t ®éng (Chän b¨ng thanh ghi b»ng c¸ch ®Æt tr¹ng th¸i cho 2 bit nµy) RS1 RS0 Bank 0 0 0 Bank 1 0 1 Bank 2 1 0 Bank 3 1 1 B¶ng 3.4. Chän b¨ng thanh ghi OV: Cê trµn. Khi thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n céng hoÆc trõ mµ xuÊt hiÖn mét trµn sè häc, th× OV ®­îc ®Æt b»ng 1. Khi c¸c sè cã dÊu ®­îc céng hoÆc ®­îc trõ, phÇn mÒm cã thÓ kiÓm tra OV ®Ó x¸c ®Þnh xem kÕt qu¶ cã n»m trong tÇm hay kh«ng. Víi phÐp céng c¸c sè kh«ng dÊu, OV ®­îc bá qua. KÕt qu¶ lín h¬n +128 hoÆc nhá h¬n -127 sÏ ®Æt OV=1. Bit dµnh cho ng­êi sö dông tù ®Þnh nghÜa(NÕu cÇn). P: Cê ch½n lÎ. §­îc tù ®éng ®Æt/ xo¸ b»ng phÇn cøng trong mçi chu tr×nh lÖnh ®Ó chØ thÞ sè ch½n hay lÎ cña bit 1 trong thanh ghi tÝch luü. Sè c¸c bit 1 trong A céng víi bit P lu«n lu«n lµ sè ch½n. 3.10. Thanh ghi PCON: Thanh ghi ®iÒu khiÓn nguån. SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL SMOD: Bit t¹o tèc ®é Baud gÊp ®«i. NÕu Timer 1 ®­îc sö dông ®Ó t¹o tèc ®é baud vµ SMOD=1, th× tèc ®é Baud ®­îc t¨ng lªn gÊp ®«i khi cæng truyÒn tin nèi tiÕp ®­îc dïng bëi c¸c kiÓu 1, 2 hoÆc 3. Kh«ng sö dông, c¸c bit nµy cã thÓ ®­îc dïng ë c¸c bé VXL trong t­¬ng lai. Ng­êi sö dông kh«ng ®­îc phÐp tù ®Þnh nghÜa cho c¸c bit nµy. GF0, GF1: Cê dïng cho c¸c môc ®Ých chung (®a môc ®Ých). PD: bit nguån gi¶m. §Æt bit nµy ë møc tÝch cùc ®Ó vËn hµnh chÕ ®é nguån gi¶m trong AT89C51. ChØ cã thÓ ra khái chÕ ®é b»ng Reset. IDL: bit chän chÕ ®é nghØ. §Æt bit nµy ë møc tÝch cùc ®Ó vËn hµnh kiÓu Idle (ChÕ ®é kh«ng lµm viÖc) trong AT89C51. L­u ý: NÕu PD vµ IDL cïng ®­îc kÝch ho¹t cïng 1 lóc ë møc tÝch cùc, th× PD ®­îc ­u tiªn thùc hiÖn tr­íc. ChØ ra khái chÕ ®é b»ng 1 ng¾t hoÆc Reset l¹i hÖ thèng. 3.11. Thanh ghi IE: Thanh ghi cho phÐp ng¾t EA: NÕu EA=0, kh«ng cho phÐp bÊt cø ng¾t nµo ho¹t ®éng. NÕu EA=1, mçi nguån ng¾t riªng biÖt ®­îc phÐp hoÆc kh«ng ®­îc phÐp ho¹t ®éng b»ng c¸ch ®Æt hoÆc xo¸ bit Enable cña nã. Kh«ng dïng, ng­êi sö dông kh«ng nªn ®Þnh nghÜa cho Bit nµy, bëi v× nã cã thÓ ®­îc dïng ë c¸c bé AT89 trong t­¬ng lai. ET2: Bit cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp ng¾t bé Timer 2. ES: Bit cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp ng¾t cæng nèi tiÕp (SPI vµ UART). ET1: Bit cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp ng¾t trµn bé Timer 1 EX1: Bit cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp ng¾t ngoµi 1. ET0: Bit cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp ng¾t trµn bé Timer 0 EX0: Bit cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp ng¾t ngoµi 0. 3.12. Thanh ghi IP: Thanh ghi ­u tiªn ng¾t. Kh«ng dïng, ng­êi sö dông kh«ng nªn ghi “1” vµo c¸c Bit nµy. PT2: X¸c ®Þnh møc ­u tiªn cña ng¾t Timer 2. PS: §Þnh nghÜa møc ­u tiªn cña ng¾t cæng nèi tiÕp. PT1: §Þnh nghÜa møc ­u tiªn cña ng¾t Timer 1. PX1: §Þnh nghÜa møc ­u tiªn cña ng¾t ngoµi 1. PT0: §Þnh nghÜa møc ­u tiªn cña ng¾t Timer 0. PX0: §Þnh nghÜa møc ­u tiªn cña ng¾t ngoµi 0. 3.13. Thanh ghi TCON : Thanh ghi ®iÒu khiÓn bé Timer/Counter TF1: Cê trµn Timer 1. §­îc ®Æt bëi phÇn cøng khi bé Timer 1 trµn. §­îc xo¸ bëi phÇn cøng khi bé vi xö lý h­íng tíi ch­¬ng tr×nh con phôc vô ng¾t. TR1: Bit ®iÒu khiÓn bé Timer 1 ho¹t ®éng. §­îc ®Æt/xo¸ bëi phÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn bé Timer 1 ON/OFF TF0: Cê trµn Timer 0. §­îc ®Æt bëi phÇn cøng khi bé Timer 0 trµn. §­îc xo¸ bëi phÇn cøng khi bé vi xö lý h­íng tíi ch­¬ng tr×nh con phôc vô ng¾t. TR0: Bit ®iÒu khiÓn bé Timer 0 ho¹t ®éng. §­îc ®Æt/xo¸ bëi phÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn bé Timer 0 ON/OFF. IE1: Cê ng¾t ngoµi 1. §­îc ®Æt bëi phÇn cøng khi s­ên xung cña ng¾t ngoµi 1 ®­îc ph¸t hiÖn. §­îc xo¸ bëi phÇn cøng khi ng¾t ®­îc xö lý. IT1: Bit ®iÒu khiÓn ng¾t 1 ®Ó t¹o ra ng¾t ngoµi. §­îc ®Æt/xo¸ bëi phÇn mÒm. IE0: Cê ng¾t ngoµi 0. §­îc ®Æt bëi phÇn cøng khi s­ên xung cña ng¾t ngoµi 0 ®­îc ph¸t hiÖn. §­îc xo¸ bëi phÇn cøng khi ng¾t ®­îc xö lý. IT0: Bit ®iÒu khiÓn ng¾t 0 ®Ó t¹o ra ng¾t ngoµi. §­îc ®Æt/xo¸ bëi phÇn mÒm. 3.14. Thanh ghi TMOD Thanh ghi ®iÒu khiÓn kiÓu Timer/Counter GATE: Khi TRx ®­îc thiÕt lËp vµ GATE=1, bé TIMER/COUTERx ho¹t ®éng chØ khi ch©n INTx ë møc cao. Khi GATE=0, TIMER/COUNTERx sÏ ho¹t ®éng chØ khi TRx=1. C/(/T): Bit nµy cho phÐp chän chøc n¨ng lµ Timer hay Counter. - Bit nµy ®­îc xo¸ ®Ó thùc hiÖn chøc n¨ng Timer - Bit nµy ®­îc ®Æt ®Ó thùc hiÖn chøc n¨ng Counter M0, M1: Bit chän Mode, ®Ó x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i vµ kiÓu Timer/Counter: - M1=0, M0=0: Chän kiÓu bé Timer 13 bit. Trong ®ã THx dµi 8 bit, cßn TLx dµi 5 bit. - M1=0, M0=1: Chän kiÓu bé Timer 16 bit. THx vµ TLx dµi 16 bit ®­îc ghÐp tÇng. - M1=1, M0=0: 8 bit Auto reload. C¸c thanh ghi tù ®éng n¹p l¹i mçi khi bÞ trµn. Khi bé Timer bÞ trµn, THx dµi 8 bit ®­îc gi÷ nguyªn gi¸ trÞ, cßn gi¸ trÞ n¹p l¹i ®­îc ®­a vµo TLx. - M1=1, M0=1: KiÓu ph©n chia bé Timer. TL0 lµ 1 bé Timer/Counter 8 bit, ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng c¸c bit ®iÒu khiÓn bé Timer 0, Cßn TH0 chØ lµ bé Timer 8 bit, ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng c¸c bit ®iÒu khiÓn Timer 1. - M1=1, M0=1: Timer/Counter 1 Stopped 3.15. Thanh ghi SCON: SCON lµ thanh ghi tr¹ng th¸i vµ ®iÒu khiÓn cæng nèi tiÕp. Nã kh«ng nh÷ng chøa c¸c bit chän chÕ ®é, mµ cßn chøa bit d÷ liÖu thø 9 dµnh cho viÖc truyÒn vµ nhËn tin (TB8 vµ RB8) vµ chøa c¸c bit ng¾t cæng nèi tiÕp. SM0, SM1: Lµ c¸c bit cho phÐp chän chÕ ®é cho cæng truyÒn nèi tiÕp. SM0 SM1 Mode §Æc ®iÓm Tèc ®é Baud 0 0 0 Thanh ghi dÞch Fosc /12 0 1 1 8 bit UART Cã thÓ thay ®æi (®­îc ®Æt bëi bé Timer) 1 0 2 9 bit UART Fosc /64 hoÆc Fosc /32 1 1 3 9 bit UART Cã thÓ thay ®æi (®­îc ®Æt bëi bé Timer) B¶ng 3.5. Chän Mode trong SCON SM2: Cho phÐp truyÒn tin ®a xö lý, thÓ hiÖn ë Mode 2 vµ 3. ë chÕ ®é 2 hoÆc 3, nÕu ®Æt SM2 = 1 th× RI sÏ kh«ng ®­îc kÝch ho¹t nÕu bit d÷ liÖu thø 9 (RB8) nhËn ®­îc gi¸ trÞ b»ng 0. ë Mode 1, nÕu SM2=1 th× RI sÏ kh«ng ®­îc kÝch ho¹t nÕu bit dõng cã hiÖu lùc ®· kh«ng ®­îc nhËn. ë chÕ ®é 0, SM2 nªn b»ng 0. REN: Cho phÐp nhËn nèi tiÕp. §­îc ®Æt hoÆc xo¸ bëi phÇn mÒm ®Ó cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp nhËn. TB8: Lµ bit d÷ liÖu thø 9 mµ sÏ ®­îc truyÒn ë Mode 2 vµ 3. §­îc ®Æt hoÆc xo¸ bëi phÇn mÒm. RB8: Lµ bit d÷ liÖu thø 9 ®· ®­îc nhËn ë Mode 2 vµ 3. ë Mode 1, nÕu SM2=0 th× RB8 lµ bit dõng ®· ®­îc nhËn. ë Mode 0, RB8 kh«ng ®­îc sö dông. TI: Cê ng¾t truyÒn. §­îc ®Æt bëi phÇn cøng t¹i cuèi thêi ®iÓm cña bit thø 8 trong Mode 0, hoÆc ®Çu thêi ®iÓm cña bit dõng trong c¸c Mode kh¸c. ë bÊt kú qu¸ tr×nh truyÒn nèi tiÕp nµo, nã còng ph¶i ®­îc xo¸ b»ng phÇn mÒm. RI: Cê ng¾t nhËn. §­îc ®Æt bëi phÇn cøng t¹i cuèi thêi ®iÓm cña bit thø 8 trong Mode 0, hoÆc ë gi÷a thêi ®iÓm cña bit dõng trong c¸c Mode kh¸c. Ở bÊt kú qu¸ tr×nh nhËn nèi tiÕp nµo (trõ tr­êng hîp ngo¹i lÖ, xem SM2), nã còng ph¶i ®­îc xo¸ b»ng phÇn mÒm. Phần II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ nguyên lý theo từng khối Khối hiển thị Led 7 thanh IC giải mã led 7 thanh IC 89C51 Khối tín hiệu điều khiển IC 89C51 Tín hiệu Khối điều khiển đèn Led đơn IC 89C51 Sơ đồ mạch nguyên lý chung Nguyên lý hoạt động: Khi IC 89C51 được khởi động chương trình sẽ tự động điều khiển đếm lùi mặc định: Đèn đỏ sáng trong 10s Đèn xanh sáng trong 5s Đèn vàng sáng trong 5s IC89C51 tự động đưa dữ liệu ra cho IC giải mã để hiển thị LED đồng thời đợi tín hiệu điều khiển từ bên ngoài. Để điều khiển thời gian đếm lùi ta chọn công tắc SW2 sang mức 1 sau đó ấn nút điều khiển thời gian để tăng thời gian đếm lùi lên, rồi chuyển SW2 về lại mức 0 để thực hiện điều khiển Công tắc SW1 để điều khiển 2 chế độ ban ngày và ban đêm: SW1=1: chế độ ban ngày SW1=0: chế dộ ban đêm Chương trình điều khiển $include(reg51.inc) org 0000h mov r3,#59h mov r4,#10 mov dph,#03h kiemtra: jb p0.1,nhapdulieu jnb p0.0,buoidem jmp duongso1 nhapdulieu: mov dph,#03h mov dpl,#59h mov r4,#10 x1: jnb p0.1,kiemtra mov a,#0 movc a,@a+dptr mov p1,a mov a,#5 movc a,@a+dptr mov p3,a jb p0.2,x1 inc r4 dec dpl mov r3,dpl x2: jnb p0.2,x2 jmp x1 buoidem: jb p0.0,kiemtra jb p0.1,kiemtra mov p1,#00h mov p3,#00h mov p2,#0bbh acall delay mov p2,#0ffh acall delay jmp buoidem duongso1: mov p2,#6dh mov a,r4 mov r6,a mov r5,#5 mov dpl,r3 w1: jnb p0.0,kiemtra jb p0.1,nhapdulieu mov a,#0 movc a,@a+dptr mov p1,a cjne r6,#5,w2 setb p2.7 clr p2.6 mov p3,a acall delay inc dptr djnz r5,w1 jmp duongso2 w2: mov a,#5 movc a,@a+dptr mov p3,a acall delay inc dptr dec r6 jmp w1 duongso2: mov p2,#0d6h mov a,r4 mov r6,a mov r5,#5 mov dpl,r3 w3: jnb p0.0,kiemtra jb p0.1,nhapdulieu mov a,#0 movc a,@a+dptr mov p3,a cjne r6,#5,w4 setb p2.3 clr p2.2 mov p1,a acall delay inc dptr djnz r5,w3 jmp duongso1 w4: mov a,#5 movc a,@a+dptr mov p1,a acall delay inc dptr dec r6 jmp w3 delay:mov r7,#20 mov tmod,#01h lap: mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h setb tr0 jnb tf0,$ clr tr0 clr tf0 djnz r7,lap ret org 300h DB 99h,98h,97h,96h,95h,94h,93h,92h,91h,90h DB 89h,88h,87h,86h,85h,84h,83h,82h,81h,80h DB 79h,78h,77h,76h,75h,74h,73h,72h,71h,70h DB 69h,68h,67h,66h,65h,64h,63h,62h,61h,60h DB 59h,58h,57h,56h,55h,54h,53h,52h,51h,50h DB 49h,48h,47h,46h,45h,44h,43h,42h,41h,40h DB 39h,38h,37h,36h,35h,34h,33h,32h,31h,30h DB 29h,28h,27h,26h,25h,24h,23h,22h,21h,20h DB 19h,18h,17h,16h,15h,14h,13h,12h,11h,10h DB 09h,08h,07h,06h,05h,04h,03h,02h,01h,00h end Phần III: PHẦN TỔNG KẾT Trong thời gian thực hiện đề tài, với sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của thầy Đỗ Công Thắng, đến nay đề tài: “kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển” đã được hoàn thành. Chúng em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã được học để giải quyết những yêu cầu của đề tài Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế trong nhiều vấn đề nên trong quá trình thực hiện vẫn còn những thiếu xót hạn chế. Chúng em rất mong nhận được ý kiến và góp ý của các thầy cô trong khoa về ý tưởng thiết kế cũng như mô hình sản phẩm cảu chúng em để sản phẩm được hoàn thiện hơn. Cuối cùng chúng em xin cảm ơn quý thầy cô đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em có thể hoàn thành đề tài trong thời gian sớm nhất. Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2010 Nhóm sinh viên thực hiện