Tài liệu Mạch điều khiển đèn giao thông dùng vi điều khiển pic

ĐỒ ÁN 1 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.................................................................................................... V DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU................................................................................................. VI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾẾT TẮẾT........................................................................................... VIII CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẾỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG................................................1 1.1 ĐẶT VẤẤN ĐỀỀ.............................................................................................................................................. 1 1.2 GIỚI THIỆU VỀỀ ĐỀỀ TÀI............................................................................................................................. 1 1.3 NGUYỀN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG....................................................................1 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH TỔNG QUÁT..................................................................2 2.1 SƠ ĐÔỀ KHÔẤI............................................................................................................................................... 2 2.2 LƯU ĐÔỀ GIẢI THUẬT................................................................................................................................ 3 2.2.1 Khốối nguốồn:................................................................................................................................ 4 2.2.2 Khốối đèn báo hiệu................................................................................................................... 5 2.2.3 Khốối hiển thị............................................................................................................................. 5 2.2.4 Khốối điềồu khiển........................................................................................................................ 6 CHƯƠNG 3. TÌM HIỂU VỀ LINH KIỆN............................................................................. 7 3.1 CÁC LINH KIỆN TRONG KHÔẤI NGUÔỀN:................................................................................................... 7 3.1.1 IC LM7805:................................................................................................................................. 7 3.1.2 Tụ điện:....................................................................................................................................... 7 3.1.3 Diode -1N4007......................................................................................................................... 8 3.1.4 Biềốn áp 220V-5V...................................................................................................................... 8 3.2 CÁC LINH KIỆN KHÔẤI BÁO HIỆU VÀ KHÔẤI HIỂN THỊ:.........................................................................9 3.2.1 Điện trở....................................................................................................................................... 9 3.2.2 LED đơn....................................................................................................................................... 9 3.2.3 LED 7 đoạn................................................................................................................................ 9 3.3 LINH KIỆN KHÔẤI ĐIỀỀU KHIỂN.............................................................................................................. 11 3.3.1 Khái niệm vềồ vi điềồu khiển PIC...................................................................................... 11 3.3.2 PIC 16F877A........................................................................................................................... 11 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH............................................................17 4.1 SƠ ĐÔỀ NGUYỀN LÝ................................................................................................................................. 17 4.2 MÔ PHỎNG TRỀN PHẤỀN MỀỀM PROTEUS.............................................................................................18 i 4.3 THIỀẤT KỀẤ LAYOUT.................................................................................................................................. 18 4.4 MẠCH PHẤỀN CỨNG................................................................................................................................ 19 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................................20 5.1 KỀẤT LUẬN............................................................................................................................................... 20 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................................................................ 20 CODE ĐIẾỀU KHIỂN................................................................................................................... 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................... 24 ii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Đèn giao thông.................................................................................... 1 Hình 2-1: sơ đôồ khôối của mạch........................................................................ 2 Hình 2-2: Lưu đôồ giải thuật...............................................................................3 Hình 2-2: Sơ đôồ nguyên lý của khôối nguôồn...................................................4 Hình 2-3: Mô phỏng mạch nguôồn................................................................... 4 Hình 2-4: Sơ đôồ nguyên lý khôối báo hiệu......................................................5 Hình 2-5: Sơ đôồ nguyên lý khôối hiển thị........................................................5 Hình 2-6 : Sơ đôồ khôối điêồu khiển......................................................................6 Hình 3-1: IC LM78xx..............................................................................................7 Hình 3-2: Tụ điện..................................................................................................7 Hình 3-3: Diode......................................................................................................8 Hình 3-4: Biêốn áp....................................................................................................8 Hình 3-5: Điện trở.................................................................................................9 Hình 3-6: LED đơn.................................................................................................9 Hình 3-7: LED 7 đoạn.........................................................................................10 Hình 3-8: Sơ đôồ nguyên lý của LED Anode chung....................................10 Hình 3-9: Sơ đôồ nguyên lý của LED Catode chung...................................10 Hình 3-10: LED 7 đoạn đôi...............................................................................11 Hình 3-11: Cấốu tạo của PIC 16F877A...........................................................12 Hình 3-12: Chấn Reset.......................................................................................12 iii Hình 3-13: Mạch dao động..............................................................................13 Hình 3-14 : Sơ đôồ chấn của PIC 16F877A...................................................14 Hình 4-1 : Sơ đôồ nguyên lý...............................................................................17 Hình 4-2: Mô phỏng trên Proteus..................................................................18 Hình 4-3: Layout của mạch đèn giao thông...............................................19 Hình 4-3: phấồn cứng mạch đèn giao thông................................................19 iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3-1 : Chức năng của PORT A................................................................14 Bảng 3-2 : Chức năng của PORT B................................................................14 Bảng 3-3 : Chức năng của PORT C.................................................................15 Bảng 3-4 : Chức năng của PORT D................................................................15 Bảng 3-5 : Chức năng của PORT E.................................................................16 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾẾT TẮẾT AC Alternating Current DC Direct Current IC Integrated Circuit LED Light Emitting Diode PIC Programable Intelligent Computer GND Ground vi ĐÔỀ ÁN 1 Trang 1/24 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẾỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG 1.1 Đặt vấốn đêồ Việt Nam làm một nước có tỉ lệ dân sốố đống, chiềốm khoàng 1,27% dân sốố thềố giới, và cũng vì vậy mà lượng phương tiện giao thống câồn thiềốt cho nhu câồu đi lại cũng râốt nhiềồu. Để tránh các tình trạng ùn tắốc giao thống, vi ệc s ử d ụng đèn giao thống là râốt câồn thiềốt, nắốm bắốt được tâồm quan tr ọng đó, em muốốn th ực hiện đềồ tài này cũng như muốốn phát triển mạch đèn giao thống đ ể ph ục v ụ cho nhu câồu trong cuộc sốống chúng ta. Có nhiềồu cách đ ể thiềốt kềố m ột m ạch đèn giao thống như thiềốt kềố đèn giao thống trền micro PLC SIMATIC, dùng vi điềồu khi ển hoặc vi xử lí, hoặc mạch đèn giao thống dùng IC… 1.2 Giới thiệu vêồ đêồ tài Hiện nay, câốu tạo bền trong của các máy móc hay các thiềốt b ị đi ện t ử ta dềễ dàng bắốt gặp được các con chip vi điềồu khiển hềốt sức thống minh, mà nó dược lập trình bởi con người. Cống nghệ vi điềồu khiển đang râốt ph ổ biềốn, vì v ậy em xin thực hiện đềồ tài: mạch điềồu khiển đèn giao thống dùng vi điềồu khi ển PIC có hiển thị LED 7 đoạn. 1.3 Nguyên lý hoạt động của mạch đèn giao thông Khi được câốp nguốồn vào, đèn xanh seễ bắốt đâồu sáng trong kho ản th ời gian 15s, led 7 đoạn seễ hiển thị thời gian. Khi thời gian được hiển thị trền LED 7 đoạn giảm vềồ 0s đèn xanh tắốt và đèn vàng sáng trong kho ản th ời gian là 3s, khi thời gian hiển thị trền LED 7 đoạn giảm vềồ 0s thì đèn vàng tắốt và đèn đ ỏ seễ sáng trong khoản thời gian 15s. khi hềốt 15s đèn đỏ tắốt và th ực hi ện l ại quá trình đèn xanh sáng 15s, quá trình lập đi lập lại đềốn vố cùng. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 2/24 Hình 1-1: Đèn giao thống. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 3/24 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH TỔNG QUÁT 2.1 Sơ đôồ khôối. Khốối đèn báo hiệu Khốối điềều khiển Khốối hiển thị Khốối nguốền Hình 2-1: sơ đốồ khốối của mạch. - Nhiệm vụ từng khốối: Khốối nguốồn: cung câốp nguốồn với mức điện áp là 5V cho các khốối trong mạch. Khốối điềồu khiển: điềồu khiển khốối đèn báo hiệu và khốối hi ển th ị LED 7 đoạn đúng với đềồ tài đốồ án. Khốối đèn báo hiệu: gốồm 3 led đơn với 3 màu xanh , vàng, đ ỏ dùng đ ể báo hiệu người dùng. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 4/24 - Khốối hiển thị LED 7 đoạn: có chức nắng đềốm ngược thời gian để chuyển đổi tín hiệu đèn. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 5/24 2.2 lưu đôồ giải thuật Bắốt đầều Giải mã led 7 đoạn Đèn đỏ và vàng tắốt, đèn xanh sáng 15s Đèn xanh tắốt, đèn vàng sáng 3s Đèn vàng tắốt, đèn đỏ sáng 15s Hình 2-2: Lưu đốồ giải thuật MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 6/24 2.2.1Khôối nguôồn: - Sơ đốồ nguyền lý: D 4 D IO D E U 11 LM 7805 IN O U T VCC = 5V 3 G N D 1 D 6 D IO D E 2 J1 2 1 C 1 1000uF C O N 2 D 5 D IO D E C 7 100nF C 2 C AP C 8 100nF D 7 D IO D E GND = 0V Hình 2-2: Sơ đốồ nguyền lý của khốối nguốồn - Nguyền lý hoạt động: khi nguốồn điện 230V AC đi qua máy biềốn áp thành nguốồn điện nhỏ (5V AC đềốn 12V AC). Nguốồn điện (5V AC đềốn 12V AC) này sau khi đi qua câồu điode seễ được chuyển hóa từ AC thành DC, sau khi qua tụ lọc và IC 7805 seễ thành nguốồn 5V DC. Hình 2-3: Mố phỏng mạch nguốồn. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 7/24 2.2.2Khôối đèn báo hiệu Sơ đốồ nguyền lý: - 0 LED D 3 R 3 RB0 LED D 2 R 2 RB1 LED D 1 R 1 RB2 Hình 2-4: Sơ đốồ nguyền lý khốối báo hiệu Nguyền lý hoạt động: gốồm 3 LED đơn với 3 màu xanh , vàng, đ ỏ, mốễi LED mắốc nốối tiềốp với điện trở giá trị 220Ω. Các LED nắồm trền 1 đ ường dây khác nhau nhưng các chân Catode của các LED mắốc lại v ới nhau và nốối đâốt (GND). Khi dòng điện đi qua đường dây mắốc LED nào thì LED đó sáng. - 2.2.3Khôối hiển thị Sơ đốồ nguyền lý: - COM 1 D1 D2 LED A B - D3 LE D D4 LE D C D5 LE D D COM 2 D6 LED E D7 LED F D8 LED G LE D D9 LED D 10 LED D 11 LED D 12 LE D D 13 LE D D 14 LE D D 15 LED D 16 LED DP Hình 2-5: Sơ đốồ nguyền lý khốối hiển thị Nguyền lý hoạt đống: Là 1 LED 7 đoạn đối. Dùng đ ể hi ển thị th ời gian đềốm ngược, khi dòng điện qua LED nào thì LED đó sáng. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 8/24 2.2.4Khôối điêồu khiển. PVN 1 VC C 32 11 10 9 8 3 2 2 2 2 2 2 1 0 9 8 7 2 1 0 9 4 3 3 3 3 3 3 3 0 9 8 7 6 5 4 3 VD D VD D VSS VSS O S C 2 /C L K O U T R E 2 /C S */A N 7 R E 1 /W R */A N 6 R E 0 /R D */A N 5 R R R R R R R R D D D D D D D D 7 6 5 4 3 2 1 0 /P /P /P /P /P /P /P /P S S S S S S S S P P P P P P P P R R R R R R R R B B B B B B B B 7 6 5 4 3 2 1 0 /P G D /P G C 7 6 5 4 3 2 1 0 /P G M /IN T O S C 1 /C L K IN R C 7 /R X /D T R C 6 /T X /C K R C 5 /S D O R C 4 /S D I/S D A R C 3 /S C K /S C L R C 2 /C C P 1 R C 1 /T 1 O S I/C C P 2 R C 0 /T 1 O S O /T1 C K I R A 5 /A N 4 /S S * /C 2 O U R A 4 /T 0 C K I/C 1 O U R A 3 /A N 3 /V R E F R A 2 /A N 2 /V R E F -/C V R E R A 1 /A N R A 0 /A N T T + F 1 0 M C L R * /V P P 31 12 0 14 13 2 2 2 2 1 1 1 1 6 5 4 3 8 7 6 5 7 6 5 4 3 2 1 P IC 1 6 F 8 7 7 A - Hình 2-6 : Sơ đốồ khốối điềồu khiển. Nguyền lý hoạt động: Điềồu khiển khốối đèn báo hiệu sao cho: LED xanh sáng 15s (được hiển thị trong khốối hiển thị LED 7 đo ạn), LED đ ỏ và LED vàng tắốt. Sau khi hềốt 15s LED xanh tắốt, LED vàng sáng trong 3s (được biểu điềễn trong khốối hiển thị) và LED đỏ vâễn tắốt. Sau khi hềốt 3s LED vàng tắốt, LED đỏ sáng 15s (được hiển thị trong khốối hi ển th ị LED 7 đoạn), LED xanh tắốt. Quá trình đó được thực hiện trong vòng l ặp vố hạn. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 9/24 CHƯƠNG 3. 3.1 TÌM HIỂU VỀ LINH KIỆN Các linh kiện trong khôối nguôồn: 3.1.1IC LM7805: - - Họ IC LM 78XX thường dược sử dụng trong các mạch điện khống đòi h ỏi độ ổn định của diện áp quá cao. IC ổn áp thường được người thiềốt kềố s ử dụng vì mạch điện khá đơn giản và giá thành thâốp. Vì vậy râốt thích h ợp dùng trong việc sinh viền nghiền cứu đềồ tài, th ực hi ện đốồ án đ ể ổn áp cho mạch nguốồn. Trong đềồ tài này em sử dụng IC LM 7805 đ ể ổn áp nguốồn 5V. IC LM 7805 có câốu tạo gốồm 3 chân: Hình 3-1: IC LM78xx 3.1.2Tụ điện: - Tụ điện là loại linh kiện điện tử thụ động, có câốu tạo gốồm 2 bềồ mặt dâễn điện được ngắn cách bởi điện mối. Phân loại: gốồm 2 loại là tụ phân cực và tụ khống phân cực. Tụ phân c ực là tụ có phân ra cực âm và cực dương và có trị sốố lớn hơn 0,47 micro Fara, Vd: Tụ Hóa,... Tụ khống phân cực là các tụ khống phân bi ệt c ực âm và cực dương và có trị sốố nhỏ hơn 470 nano Fara. - Tính châốt quan trọng của tụ là tính châốt phóng n ạp, t ụ đi ện seễ phóng điện từ cực dương sang cực âm. Vì vậy tụ dùng để tích nạp và dâễn dòng điện xoay chiềồu. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 10/24 Hình 3-2: Tụ điện 3.1.3Diode -1N4007 - Diode 1N4007 là một diode silic chỉnh lưu phổ biềốn 1A thường được - - sử dụng trong các adapter AC cho các thiềốt bị gia dụng thống th ường. Là linh kiện điện tử thụ động và phi tuyềốn, cho phép dòng đi ện đi qua nó theo 1 chiềồu mà khống theo chiềồu ngược lại. Diode 1N4007 chịu được điện áp tốối đa lền đềốn 1000V. Dòng điện cực đại qua mốễi diode 1N4007 là 1A, nềốu dòng cao hơn seễ gây nóng và cháy diode. Ứng dụng: Dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiềồu thành dòng đi ện 1 chiềồu. Diode có nội trở thay đổi râốt lớn, nềốu phân cực thu ận RD 0 (nốối tắốt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nền Diode được dùng làm các cống tắốc điện tử. Hình 33: Diode 3.1.4Biêốn áp 220V-5V - - Biềốn áp là thiềốt bị để biềốn đổi điện áp xoay chiềồu, câốu tạo bao gốồm một cuộn sơ câốp ( đưa điện áp vào ) và một hay nhiềồu cuộn thứ câốp ( lâốy điện áp ra sử dụng) cùng quâốn trền một lõi từ có th ể là lá thép hoặc lõi ferit . Biềốn áp hoạt đống theo nguyền lí cảm ứng điện từ. 1 4 T1 5 8 TR A N S F O R M E R MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 11/24 Hình 3-4: Biềốn áp MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 12/24 3.2 Các linh kiện khôối báo hiệu và khôối hiển thị: 3.2.1Điện trở - Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động, được làm từ các vật liệu như: than, magie,… là những vật liệu có điện trở suâốt cao. Đi ện tr ở có chức nắng cản trở dòng điện, để mố tả giá trị của điện tr ở người ta dùng những vòng màu. Hình 3-5: Điện trở 3.2.2LED đơn - LED (viềốt tắốt của Light Emitting Diode, có nghĩa là diode phát quang) là các diode có khả nắng phát ra ánh sáng hay tia hốồng ngoại, tử ngoại. Cũng giốống như diode, LED được câốu tạo từ một khốối bán dâễn loại p ghép với một khốối bán dâễn loại n. MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC ĐÔỀ ÁN 1 Trang 13/24 Hình 3-6: LED đơn 3.2.3LED 7 đoạn - - LED 7 đoạn hay LED 7 thanh (Seven Segment display) là 1 linh kiện điện tử râốt phổ dụng , được dùng như là 1 cống cụ hiển thị đ ơn giản nhâốt. Trong LED 7 thanh bao gốồm ít nhâốt là 7 con LED mắốc l ại v ới nhau , vì vậy mà có tền là LED 7 đoạn,7 LED đơn được mắốc sao cho nó có th ể hiển thị được các sốố từ 0 - 9 , và 1 vài chữ cái thống dụng, đ ể phân cách các LED 7 đoạn với nhau thì người ta còn dùng thềm 1 LED đ ơn để hiển thị dâốu châốm (dot). Hình 3-7: LED 7 đoạn. - LED 7 đoạn được chia làm 2 loại: o Chân Anode chung (chân + các LED mắốc chung lại v ới nhau). Hình 3-8: Sơ đốồ nguyền lý của LED Anode chung. o Chân Catode chung (Chân - các LED được mắốc chung v ới nhau). MẠCH ĐIỀỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG VI ĐIỀỀU KHI ỂN PIC