Báo cáo Bài tập lớn Vi xử lý: Thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông thông minh Điên tử viễn thông Bách khoa Hà Nội

25 1.8K 2
Báo cáo Bài tập lớn Vi xử lý: Thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông thông minh  Điên tử viễn thông Bách khoa Hà Nội

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VI XỬ LÝ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG THƠNG MINH Nhóm: 13 Nguyễn Văn An, Trần Văn Bé GVHD: TS Nguyễn Hoàng Dũng Hà Nội, 6/2016 2016 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VI XỬ LÝ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG THÔNG MINH Nhóm: 13 Nguyễn Văn An, Trần Văn Bé GVHD: TS Nguyễn Hoàng Dũng Hà Nội, 6/2016 2016 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý NHÓM 00 – TC000 Thành viên (#1 trưởng nhóm): STT Họ Tên MSSV Điểm 2016 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .6 1.1 Yêu cầu chức 1.2 Yêu cầu phi chức 1.3 Sơ đồ khối hệ thống .7 1.4 Kế hoạch thực phân chia công việc CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.5 Khối thời gian thực 1.6 Khối hiển thị LCD 16x2 12 1.7 Khối xử lý trung tâm 15 1.8 Sơ đồ nguyên lý 18 1.9 Sơ đồ Layout mạch 19 1.10 Hình ảnh thật sản phẩm .20 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG .21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 PHỤ LỤC A: SOFTWARE CODE 24 PHỤ LỤC B: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 25 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 DANH MỤC HÌNH VẼ 2016 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý LỜI NÓI ĐẦU Ở hầu hết ngã tư, ngã năm đường có xuất đèn giao thơng Đèn giao thơng giúp cho q trình lưu thơng phương tiện thuận tiện để tránh khỏi xung đột giao thông giảm thiểu tai nạn giao thông Hệ thống đèn giao thông thực tế hệ thống đèn giao thông thiết kế điều khiển hoàn toàn tự động Một số hệ thống đèn giao thông đường cao tốc cịn có hệ thống cảm biến người qua lại, từ điều khiển tín hiệu đèn xanh đỏ cách hợp lý Xuất phát từ yêu cầu thực tế, chúng em muốn tìm hiểu tự xây dựng riêng cho hệ thống đèn giao thông thông minh theo quan sát, ghi chép lại thời gian, cách hoạt động tín hiệu đèn từ ngã tư Lê Thanh Nghị - Tạ Quang Bửu Đề tài giúp chúng em hiểu sâu kiến thức học ghế nhà trường áp dụng kiến thức vào việc xây dựng, thiết kế mơ hình từ sản phẩm thực tế Với lý trên, với hướng dẫn tận tình thầy TS Hàn Huy Dũng, nhóm em thực hồn thiện tập lớn: Thiết kế mạch điều khiển đèn giao thơng thơng minh Do lực trình độ, thời gian cịn hạn chế nên tập lớn mơn học khơng tránh khỏi sai sót Kính mong nhận bảo thầy cô bạn bè Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Nhóm Sinh viên thực Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 CHƯƠNG MÔ TẢ ĐỀ TÀI 1.1 Yêu cầu chức - Điều khiển hệ thống đèn giao thông với chế độ thời gian thực: o 0-5h30: Đèn tín hiệu dành cho phương tiện nhấp nháy vàng Đèn dành cho người o xanh 5h30-24h: Đèn dành cho phương tiện: 25s đèn xanh, 3s đèn vàng, 29s đèn đỏ Đèn dành cho người bộ:Đèn anh bật đèn đỏ phương tiện bật 3s, đèn đỏ bật đèn đỏ phương tiện 3s - Hiển thị thời gian đếm ngược tín hiệu đèn - Điều chỉnh thông số thời gian thực, điều chỉnh thời gian tín hiệu đèn giao thơng đèn cho người hệ thống phím bấm hiển thị lên hình LCD thơng số 1.2 Yêu cầu phi chức - Sử dụng chip Atmega 16 hãng Atmel Code ngôn ngữ C Các chức tương tác dễ sử dụng Mạch chạy ổn định thời gian dài Mạch thiết kế nhỏ gọn, xếp linh kiện hợp lí 1.3 Sơ đồ khối hệ thống Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 1.4 Kế hoạch thực phân chia công việc Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.5 Khối thời gian thực DS1307 chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian thực dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà người sử dụng, tình giây, phút, giờ…DS1307 sản phẩm Dallas Semiconductor Chip có ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm Ngồi DS1307 cịn có ghi điều khiển ngõ phụ 56 ghi trống dùng RAM DS1307 đọc ghi thông qua giao diện nối tiếp I2C (TWI AVR) nên cấu tạo bên ngồi đơn giản Hình 2.1 Cấu tạo chip DS1307 - Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường 5V dùng chung với vi điều khiển - SQW/OUT: ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số xung tạo lập trình Như chân khơng liên quan - SCL SDA đường giao xung nhịp liệu giao diện I2C - X1, X2 đầu vào cho dao động cho DS1307 Dùng thạch anh 32.768Khz - Vbat nguồn nuôi dùng pin 3V cho chip Đây nguồn cho chip hoạt động liên tục khơng có nguồn Vcc mà DS1307 hoạt động theo thời gian 2016 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý Thanh ghi giây (SECONDS): ghi ghi nhớ DS1307, địa 0x00 Bốn bit thấp ghi chứa mã BCD 4-bit chữ số hàng đơn vị giá trị giây Do giá trị cao chữ số hàng chục (khơng có giây 60 !) nên cần bit (các bit SECONDS6:4) mã hóa (số =101, bit) Bit cao nhất, bit 7, ghi điều khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), bit set dao động chip bị vơ hiệu hóa, đồng hồ khơng hoạt động Thanh ghi phút (MINUTES): có địa 0x01, chứa giá trị phút đồng hồ Tương tự ghi SECONDS, có bit ghi dùng lưu mã BCD Thanh ghi (HOURS): nói ghi phức tạp DS1307 Thanh ghi có địa 0x02 Trước hết 4-bits thấp ghi dùng cho chữ số hàng đơn vị Do DS1307 hỗ trợ loại hệ thống hiển thị (gọi mode) 12h (1h đến 12h) 24h (1h đến 24h) Nếu bit6=0 hệ thống 24h chọn, bit cao dùng mã hóa chữ số hàng chục giá trị Do giá trị lớn chữ số hàng chục trường hợp (=10, nhị phân) nên bit đủ để mã hóa Nếu bit6=1 hệ thống 12h chọn, với trường hợp có bit dùng mã hóa chữ số hàng chục giờ, bit (màu orange hình 4) buổi ngày, AM PM Bit5 =0 AM Thanh ghi thứ (DAY – ngày tuần): nằm địa 0x03 Thanh ghi DAY mang giá trị từ đến tương ứng từ Chủ nhật đến thứ tuần Các ghi cịn lại có cấu trúc tương tự, DATE chứa ngày tháng (1 đến 31), MONTH chứa tháng (1 đến 12) vàYEAR chứa năm (00 đến 99) Chú ý, DS1307 dùng cho 100 năm, nên giá trị năm có chữ số, phần đầu năm người dùng tự thêm vào (ví dụ 20xx) 10 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 Hình 2.2 Sơ đồ mạch thời gian thực 11 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 1.6 Khối hiển thị LCD 16x2 Hình 2.3 Sơ đồ mạch hiển thị LCD 16x2 - Text LCD loại hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị dòng chữ số bảng mã ASCII Không giống loại LCD lớn, Text LCD chia sẵn thành ô ứng với ô hiển thị ký tự ASCII Cũng lý thị ký tự ASCII nên loại LCD gọi Text LCD (để phân biệt với Graphic LCD hiển thị hình ảnh) - Mỗi ô Text LCD bao gồm “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” “hiện” chấm tạo thành ký tự cần hiển thị Trong Text LCD, mẫu ký tự định nghĩa sẵn Kích thước Text LCD định nghĩa số ký tự hiển thị dịng tổng số dịng mà LCD có Ví dụ LCD 16x2 loại có dịng dịng hiển thị tối đa 16 ký tự Một số kích thước Text LCD thơng thường gồm 16x1, 16x2, 16x4, 20x2, 20x4… 12 2016 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý - Text LCD có cách giao tiếp nối tiếp (như I2C) song song Trong phạm vi đồ án, giới thiệu loại giao tiếp song song, cụ thể LCD 16x2 điều khiển chip HD44780U hãng Hitachi - Các Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân 14 chân kết nối với điều khiển chân nguồn cho “đèn LED nền” Thứ tự chân thường xếp sau: Chức Số thứ Tên tự chân Trạng thái Mô tả logic Ground Vss (GND) - 0V Nguồn cho Vdd (VCC) - +5V Vee - –Vdd D0 – D7: Lệnh D0 – D7: Dữ liệu Ghi (Từ AVR vào LCD) Đọc (Từ LCD vào AVR) Vơ hiệu hố LCD LCD hoạt động LCD Tương phản Điều khiển RS LCD R/W E Từ -> Dữ liệu/lệnh Bắt đầu ghi/đọc LCD D0 0/1 Bit LSB D1 0/1 Bit D2 0/1 Bit 10 D3 0/1 Bit 11 D4 0/1 Bit 12 D5 0/1 Bit 13 D6 0/1 Bit 14 D7 0/1 Bit MSB 13 2016 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý Bảng 2.1: Sơ đồ chân LCD 16x2 - Trong số LCD chân LED đánh số 15 16 số trường hợp chân ghi A (Anode) K (Cathode) Hình 2.9 mơ tả cách kết nối LCD với nguồn mạch điều khiển Hình 2.4 Cách kết nối LCD với vi điều khiển - Chân chân chân nguồn, nối với GND nguồn 5V Chân chân chỉnh độ tương phản (contrast), chân cần nối với biến trở chia áp hình 2.Trong hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt độ tương phản cần thiết, sau giữ mức biến trở Các chân điều khiển RS, R/W, EN đường liệu nối trực tiếp với vi điều khiển Tùy theo chế độ hoạt động bit hay bit mà chân từ D0 đến D3 bỏ qua nối với vi điều khiển 14 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 1.7 Khối xử lý trung tâm Hình 2.5 Sơ đồ chân Atmega 16 - Là dịng vi điều khiển hãng Atmel sản xuất - Đây loại vi điều khiển có nhiều tính đặc biệt thích hợp cho việc giải toán vi xử lý - Các loại vi điều khiển AVR phổ biến thị trường Việt Nam nên khơng khó khăn việc thay sửa chữa hệ thống lúc cần - Giá thành dòng vi điều khiển thấp - Các phần mềm lập trình mã nguồn mở tìm kiếm dễ dàng mạng Các thiết kế demo nhiều nên có nhiều gợi ý tốt cho người thiết kế hệ thống Đặc điểm chung: - Đây loại VĐK 8bit, lệnh xử lý nhanh hơn, tiêu thụ lượng thấp - Atmega có cấu trúc RISC với: + 131 lệnh, hầu hết thực thi chu kì xung nhịp 15 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 + 32x8 ghi đa dụng + Full static operation + Tốc độ làm việc 16MPIS, với thạch anh 16MHz - Bộ nhớ: + 16KB ISP Flash với khả 10000 lần ghi/xoá + 512byte EEPROM + 1KB SRAM ngoại - Giao tiếp JTAG: + Khả quét toàn diện theo chuẩn JTAG + Hỗ trợ khả Debug On-chip + Hỗ trợ lập trình Flash, EEROM, fuse + Lock bit qua giao tiếp JTAG - Ngoại vi: + timer/counter 8bit với mode: so sánh chia tần số + timer/counet 16bit với mode: so sánh, chia tần số, capture, PWM + timer thời gian thực (Real time clock) với dao động riêng biệt + kênh PWM (hoặc nhiều VĐK khác thuộc họ này) + kênh biến đổi ADC 10bit + Hỗ trợ giao tiếp I2C + Bộ giao tiếp nối tiếp lập trình USART + Giao tiếp SPI + Watch_dog Timer với dao động On_chip riêng biệt 16 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý - 2016 Những thuộc tính đặc biệt: + Power on Reset Brown-out detection + Chế độ hiệu chỉnh sai số cho dao động RC on-chip + Các chế độ ngắt đa dạng + mode Sleep: Idle, ADC noise reduction, tiết kiệm lượng, power-down, standby, extended standby - I/O port: + 32 chân I/O (Atmega 16) 21 chân I/O (Atmega 8) lập trình + 40 chân (Atmega 16), 28 chân (Atmega 8) 64 chân (AT90can128); có địa vào kèm, địa vào cần đến để đặt cấu hình cho bít riêng biệt thành lối vào lối ra, địa khác cần đến để xuất liệu tới bit (hoặc tất cả) đặt cấu hình thành lối địa thứ cần đến để đọc liệu từ chân (hoặc tất cả) thành lối vào - Nguồn cấp: + 2.7V -> 5.5V với Atmega 16L + 4.5V -> 5.5V với Atmega 16H4.5V -> 5.5V với Atmega 16H - Tiêu hao lượng: + Khi hoạt động tiêu thụ dòng 1.1mA + Ở mode Idle tiêu thụ dòng 0.35mA + Ở chế độ Power_down tiêu thụ dịng nhỏ 1µA 17 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 1.8 Sơ đồ nguyên lý Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý (trang 1) Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý (trang 2) 18 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị Led 1.9 Sơ đồ Layout mạch Hình 2.9 Sơ đồ Layout mạch điều khiển 19 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 Hình 2.10 Sơ đồ Layout mạch hiển thị Led 1.10 Hình ảnh thật sản phẩm 20 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG - Ưu điểm: o Hệ thống đạt yêu cầu đề o Mạch thiết kế nhỏ gọn o Giá thành, chi phí hợp lý - Nhược điểm: o Mạch thiết kế với đầy đủ chân I/O vi điều khiển, nên mở rộng hệ thống khó khăn o Chưa có chức điều chỉnh thời gian nghỉ để bật chế độ tiết kiệm điện o Chưa lưu lại thời gian đếm tin hiệu đèn điện 21 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 CHƯƠNG KẾT LUẬN Qua phần tập lớn mơn Kỹ thuật Vi xử Lý, nhóm chúng em trình bày xong đề tài: Thiết kế mạch điều khiển hệ thống giao thơng thơng minh Do cịn hạn chế thời gian kiến thức nên tập chúng em xin dừng lại Nhìn từ khía cạnh đó, nghiên cứu cịn sơ sài tồn nhiều điểm thiếu sót Tuy nhiên, chúng em hi vọng mà chúng em tìm hiểu giúp ích cho yêu thích điện tử muốn thiết kế sản phẩm thực tiễn sống dựa dòng vi điều khiển AVR Một lần nữa, xin cảm ơn giúp đỡ tận tình TS Hàn Huy Dũng, cảm ơn chia sẻ cộng đồng yêu thích công nghệ điện tử Xin trân trọng cám ơn ! 22 2016 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Trung Thắng: "Vi điều khiển AVR" [2] Labcenter Electronics [Oline] http://www.labcenter.com [3] Cadence OrCAD Solutions [Online] http://www.cadence.com [4] NSC [National Semiconductor] - LM2576HV - SIMPLE SWITCHER 3A StepDown Voltage Regulator - National Semiconductor [Online] http://www.national.com [5] Atmel [Online] http://www.atmel.com [6] Nguyễn Đình Quyền – Mai Xuân Hùng : “Giáo trình lập trình C Windows” Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh – 2003 [7] Richard H Barnett, Sarah Cox: "Embedded C Programming And The Atmel AVR 2nd Edition" [8] Trang Web: http://www.hocavr.com/ http://www.dientuvietnam.net/forums/ http://vi.wikipedia.org http://tailieu.vn/ http://www.alldatasheet.com/ … 23 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 PHỤ LỤC A: SOFTWARE CODE Đưa hàm chính, chức mà nhóm thực hiện, hàm thuộc thư viện gốc yêu cầu liệt kê tên hàm, tham số chức Toàn phần code tối đa 10 trang A4, font Courier , size 9, dãn dòng 1.0 24 Bài tập lớn Kỹ Thuật Vi Xử Lý 2016 PHỤ LỤC B: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG Mạch điều khiển hệ thống đèn giao thông thông minh sử dụng nguồn DC 5V – 12V Hiện phổ biến thị trường C.1 Cấp nguồn cho mạch sử dụng jack DC 5.5 C.2 Ấn nút số vào phần Display Time để đảm bảo thời gian hệ thống trùng với thời gian thực Ấn phím để hình C.3 Ấn nút số vào phần Set Time để cài đặt thời gian hệ thống cài đặt thời gian đếm tín hiệu đèn C.4 Để di chuyển vị trí hình LCD phần Main time Time Counter, sử dụng phím Để tăng giảm giá trị ấn phím Để lưu lại thông số cài đặt Di chuyển trỏ vào phím Luu ấn số Để khỏi chương trình, Di chuyển trỏ vào phím Huy ấn số Thời gian đếm đèn xanh tối đa: 90 giây Thời gian đếm đèn vàng tối đa: giây Thời gian đếm đèn đỏ = đèn xanh + đèn vàng Hệ thống tự động bật chế độ tiết kiệm điện vào ban đêm, nháy đèn vàng 25

Ngày đăng: 06/07/2016, 07:33

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan