i

MỤC LỤC
MỤC LỤC...............................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................................i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ................................................................................ii
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM ĐƯỜNG NGANG VÀ THỰC TRẠNG ĐƯỜNG NGANG
VIỆT NAM.............................................................................................................................3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52.............................................13
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.................................................................43
CHƯƠNG 4. MỘT SỐ GIẢI PHÁP ÁP DỤNG THỰC TẾ................................................61
KẾT LUẬN..........................................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................73
PHỤ LỤC.............................................................................................................................74

DANH MỤC CÁC BẢNG


ii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ


1

LỜI NÓI ĐẦU
Vận tải đường sắt là một trong những ngành chủ chốt, có vai trò quan trọng
trong quá trình thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước ta và thế giới . Công tác
bảo đảm an toàn giao thông đường sắt là yếu tố quyết định đến hiệu quả của ngành
vận tải đường sắt. Nhưng thực tế trong những năm gần đây tình trạng mất an toàn

giao thông đường sắt đang diễn biến phức tạp, có xu hướng gia tăng cả về số vụ tai
nạn và số người chết, bị thương. Một số vụ tai nạn thương tâm xảy ra trong thời
gian gần đây như :
Vụ tàu hỏa TN3 chạy hướng Bắc - Nam va chạm với ô tô Innova mang BKS
52P - 4310 do tài xế Lê Thanh Hà xảy ra vào hồi 12h30 phút ngày 01/ 02 / 2013 tại
tỉnh Quảng Ngãi khiến 3 người chết và 4 người bị thương. Được biết, đoạn giao cắt
giữa đường sắt với đường bộ nơi xảy ra tai nạn không có gác chắn.
Một vụ tai nạn đường sắt nghiêm trọng khác xảy ra vào lúc 15h10phút ngày
30/03/2011 , ở Ga Tía, Km18+800 thuộc địa phận huyện Thường Tín. Vào thời điểm

trên xe ô tô khách BKS 20L- 4564 khi đi ngang qua đoạn đường ngang giao cắt
giữa đường sắt và đường bộ đã bị tàu SE8 đi từ Hồ Chí Minh ra Hà Nội (lái tàu là
Đỗ Xuân Phong) tông phải. Vụ tai nạn khiến 7 người chết tại chỗ, 7 người bị thương
nặng phải đưa đi cấp cứu.
Hai vụ tai nạn nghiêm trọng trên và hàng trăm vụ tai nạn đường sắt khác nữa có
thể đã không xảy ra nếu chúng ta xây dựng được hệ thống cảnh báo an toàn tại các
điểm giao cắt giữa đường sắt với đường bộ.
Hệ thống cảnh báo có nhân viên gác trực là giải pháp hiệu quả nhất nhưng nó
chỉ được áp dụng tại những đường ngang lớn, có mật độ giao thông đông đúc như
trong các thành phố bởi vì chi phí cho một trạm gác sử dụng nhân viên gác trực rất
lớn. Hệ thống cảnh báo tự động sẽ là lựa chọn thay thế cho hệ thống gác trực. Nó
vừa đảm bảo an toàn giao thông tại các khu đường ngang lại vừa giảm bớt được chi
phí xây dựng so với hệ thống cảnh báo sử dụng nhân viên gác trực. Đây sẽ là giải
pháp giúp đảm bảo an toàn giao thông đường sắt, nâng cao chất lượng vận tải cho
ngành đường sắt.


2

Với những kiến thức tìm hiểu và được sự hướng dẫn, dẫn dắt nhiệt tình của giáo

viên hướng dẫn thấy giáo Nguyễn Minh Tuấn, em đã lựa chọn đề tài : “ Tìm hiểu
và thiết kế hệ thống điều khiển rào chắn xe lửa tự động ” làm đồ án tốt nghiệp
với mong muốn có thể góp một chút kiến thức của mình vào phục vụ cho lợi ích
chung của đất nước.
Đề tài này chưa có nhiều người tìm hiểu và thiết kế nên trong quá trình thực
hiện đề tài em đã tự mình tìm hiểu, tìm kiếm tài liệu. Do kiến thức và khả năng của
em có giới hạn nên việc thiết kế và thực hiện đề tài này em còn nhiều thiếu sót và
hạn chế, em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên để
đồ án của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


3

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM ĐƯỜNG NGANG VÀ THỰC
TRẠNG ĐƯỜNG NGANG VIỆT NAM
1.1 Khái niệm đường ngang
1.1.1 Khái niệm đường ngang
Theo quy định của điều lệ đường ngang thì đường ngang là nơi giao nhau giữa
đường sắt và đường bộ trên cùng một mặt phẳng và được cơ quan có thẩm quyền
quyết định xây dựng để đảm bảo an toàn giao thông.
Phạm vi đường ngang bao gồm:
− Đoạn đường bộ đi qua đường sắt nằm giữa hai chắn hoặc nằm giữa hai ray
chính ngoài cùng và hai bên đường sắt cách má ray ngoài cùng trở ra 6m nơi không
có chắn.
− Đoạn đường sắt nằm giữa hai vai đường bộ tại điểm giao cắt.
1.1.2 Phân loại đường ngang
Đường ngang được phân loại như sau:
 Phân loại đường ngang theo thời gian sử dụng:
− Đường ngang sử dụng lâu dài.

− Đường ngang sử dụng có thời hạn.
− Đường ngang thường xuyên đóng.

 Theo cách tổ chức phòng vệ:
− Đường ngang có người gác.
− Đường ngang không có người gác.
− Đường ngang có biển báo hiệu.
 Theo cơ quan quản lý:
− Đường ngang do cơ quan quản lý đường sắt Việt Nam quản lý.

− Đường ngang do Uỷ ban nhân dân cấp tỉnh quản lý.
−

Đường ngang do tổ chức, cá nhân khác đầu tư, quản lý khai thác, quản lý
bảo trì.
Phân cấp đường ngang:



− Đường ngang cấp I: Đường sắt chính giao nhau với đường bộ cấp I, cấp II,
cấp III.


4

− Đường ngang cấp II: Đường sắt chính giao nhau với đường bộ cấp IV, cấp
V.
− Đường ngang cấp III: Đường ngang còn lại không thuộc đường ngang quy
định tại khoản 1, khoản 2 của điều này.
− Đường ngang nằm trong nội đô, nội thị ( thành phố, thị xã, thị trấn ) được

xếp vào cấp tương ứng do Bộ trưởng Bộ giao thông vận tải quyết định.
1.1.3 Các yêu cầu đối với cấu trúc đường ngang
Theo quy định đường ngang phải được đặt trên các đoạn thẳng của đường sắt và
đường bộ. Đường bộ phải cắt vuông góc với đường sắt, trong các trường hợp ngoại
lệ cho phép đặt trên giao cắt một góc nhọn nhưng không nhỏ hơn 45 độ. Chiều rộng
của đường ngang không được nhỏ hơn bề rộng của đường ô tô và cho phép chuyển
động theo cả hai hướng cùng một lúc. Trong tất cả các trường hợp, chiều rộng của
các đường ngang không nhỏ hơn 6m và khi cải tạo lại không nhỏ hơn 7m.
Trên đoạn đường sắp tới đường ngang phải trồng cọc tiêu cách nhau 1.5m hoặc
hàng rào dài suốt 16m tính từ ray ngoài cùng trở ra. Cách đường ngang từ 500m đến
1500m về mỗi phía đường sắt phải đặt biển “kéo còi”. Trên đường bộ về hai phía
đường ngang đặt:
− Trước đường ngang không trang bị tín hiệu phòng vệ đặt hai biển báo
“Đường ngang không có cần chắn” . Biển thứ nhất cách đường ngang 40 đến 50m,
biển thứ hai cách đường ngang 150 đến 250m tính từ mép ray ngoài cùng cùng phía.
− Trước đường ngang có trang bị cần chắn (tự động hoặc điều khiển bằng tay)
đặt hai biển báo “ Đường ngang có cần chắn”.Vị trí hai biển báo này như nêu trên
cho đường ngang không cần chắn.
− Trước đường ngang được trang bị cần chắn tự động hoặc nửa tự động phía
bên phải đường ô tô cách mép ray cùng phía 50m còn trang bị thêm biển báo “
Đường ngang có cần chắn tự động”.
− Các đường ngang cấp I, cấp II và cả các đường ngang phòng hộ của các cấp
khác nằm gần ga cần có điện thoại liên lạc với ga gần nhất.
− Những cần chắn cơ khí phải được điều khiển tập trung. Trên cần chắn cơ khí
có đèn sáng về ban đêm và cả ban ngày khi tầm nhìn tín hiệu hạn chế. Khi đóng


5

chắn các đèn này chiếu ánh sáng đỏ về phía đường ô tô, khi chắn mở các tín hiệu

đèn tắt hết.
Tất cả các biển báo nêu trên đặt trên lề đường đường bộ về phía bên phải theo
hướng chạy của ô tô.
1.1.4 Các quy định về đèn báo hiệu đường bộ cho đường ngang
− Đèn báo hiệu và chuông điện trên đường bộ phải đặt trước chắn đường bộ
hoặc liền với trụ chắn đường bộ hoặc đặt cách ray ngoài cùng 6m trở lên.
− Đèn báo hiệu và chuông đường bộ phải đạt các yêu cầu sau:
+ Thời điểm đèn báo hiệu bật sáng phải đảm bảo trước lúc tàu tới đường
ngang ít nhất là:
a. 60 giây khi dùng đèn báo hiệu tự động và chắn đường bộ tự động.
b. 90 giây khi dùng đèn báo hiệu tự động và chắn đường bộ không tự động.
c. 120 giây khi dùng đèn báo hiệu không tự động (điện hoặc dầu).
+ Chuông điện phải được lắp đặt trên cùng cột đèn báo hiệu, khi chuông kêu
phải có âm lượng đủ lớn để người đi bộ cách xa 15m nghe thấy, chuông kêu khi tàu
tới gần đường ngang. Chuông tắt khi chắn đóng hoàn toàn.
+ Ánh sáng và góc phát sáng của đèn báo hiệu phải đảm bảo để người điều
khiển phương tiện giao thông đường bộ nhìn thấy được tín hiệu từ khoảng cách
100m trở lên. Ánh sáng đỏ của đèn tín hiệu không được chiếu về phía đường sắt.
1.1.5 Tín hiệu ngăn đường và những quy định đối với tín hiệu ngăn đường
Tín hiệu ngăn đường để phòng vệ đường ngang từ phía đường sắt khi cần bắt
tàu dừng lại hoặc khi đường ngang có chướng ngại. Trong trường hợp này các tín
hiệu đèn ngăn đường đặt ở phía trước đường ngang được bật sáng.
Trên hai phía đường sắt đi tới đường ngang có người gác khi cần phải đặt tín
hiệu ngăn đường thì người đứng đầu ngành Đường sắt Việt Nam quyết định, trừ
những đường ngang sau:
a. Đường ngang mà chắn đường bộ thường xuyên đóng hoặc có cần chắn tự
động hoặc tín hiệu cảnh báo tự động.
b. Đường ngang nằm trong phạm vi phòng vệ của tín hiệu vào ga, ra ga, hoặc
tín hiệu bãi dồn, tín hiệu thông qua trên đường sắt có thiết bị đóng đường tự động
hoặc tín hiệu phòng vệ khác, khi các tín hiệu trên cách đường ngang dưới 800m.



6

c. Tín hiệu ngăn đường trên đường sắt đặt cách đường ngang từ 100m đến
500m. Nơi nhiều đường ngang có người gác ở gần nhau và khoảng cách giữa hai
đường ngang nhỏ hơn 500 m mà chưa cải tạo theo quy định tại điều 49 điều lệ
đường ngang thì tín hiệu ngăn đường bố trí ở hai đầu khu vực cho đường ngang đó.
d. Tín hiệu ngăn đường phải đặt ở bên trái theo hướng tàu chạy vào đường
ngang. Trường hợp khó khăn đặc biệt, nếu được người đứng đầu đường sắt Việt
Nam cho phép thì đặt ở bên phải theo hướng tàu chạy vào đường ngang
e. Tầm nhìn của tín hiệu ngăn đường trên đường sắt phải đảm bảo ít nhất 800m.
Trường hợp địa hình khó khăn tầm nhìn của tín hiệu ngăn đường không được nhỏ
hơn 400m.
f. Tín hiệu ngăn đường trên đường sắt là tín hiệu màu đỏ, tín hiệu ngăn đường
bật sáng báo hiệu ngừng tàu.
g. Khi tín hiệu ngăn đường tắt, tàu hoạt động bình thường.
1.1.6 Các thiết bị thông tin, tín hiệu trong trạm gác barie đường sắt
Trong nhà gác đường ngang phải có các thiết bị thông tin tín hiệu như điện
thoại và thiết bị thông báo tự động cho nhân viên gác chắn biết khi tàu tới gần
đường ngang.
Đường ngang có người gác ở nơi có nguồn điện lưới quốc gia phải trang bị đèn
chiếu sáng về ban đêm và ban ngày khi có sương mù. Ánh sáng đèn đủ sáng để
người điều khiển phương tiện giao thông đường bộ nhìn rõ tín hiệu người gác chắn.
Các thiết bị tín hiệu và các thiết bị phòng vệ đường ngang có người gác hoạt
động bằng điện phải điều khiển tập trung tại nhà gác đường ngang.
Đường ngang có người gác chắn phải đặt chắn ở hai đầu đường bộ đi vào
đường ngang. Cần chắn đặt cách má ray ngoài cùng 6m.
Cần chắn có thể làm trơn hoặc treo các lá kim loại hoặc lưới kim loại.
Cần chắn (trừ cần chắn tự động) đều phải có bô phận chốt hãm để chắn không

thể tự di chuyển.
Ở đường ngang có người gác, khi chắn đã đóng, cần chắn phải chắn ngang hết
mặt đường bộ, liền sát với hàng rào cố định và phải cao hơn mặt đường bộ từ 1 đến
1.2 m.
Chắn phải bắt đầu đóng từ phía bên phải đường bộ (theo hướng đi vào đường
ngang) sang phía trái.


7

Đường ngang có nhiều chắn phải đóng chắn phía bên phải trước, đóng chắn
phía trái tiếp theo cho chắn đến tận cùng phía bên trái.
Khi chắn mở, không một bộ phận nào của chắn được cản trở mặt đường.
Đường ngang cấp I, cấp II có tổ chức phòng vệ phải trang bị cần chắn tự động
hoặc tín hiệu cảnh báo tự động. Khi chưa có cần chắn tự động hoặc tín hiệu cảnh
báo tự động thì phải có người gác.
Các cơ cấu và thiết bị chắn tự động phải đảm bảo hoạt động theo trình tự sau:
a. Khi tàu tới gần đường ngang đèn đỏ báo hiệu trên đường bộ và đèn đỏ trên
xà chắn tự động bật sáng, chuông báo hiệu tự động kêu. Sau 7 đến 8 giây cần chắn
bắt đầu đóng. Khi cần chắn đóng hoàn toàn chuông báo hiệu tự động tắt.
b. Khi tàu qua khỏi đường ngang, cần chắn tự động mở. Khi cần chắn đã mở
hoàn toàn, đèn trên xà chắn và đèn báo hiệu đường bộ tự động tắt.
Đường ngang lắp đặt cần chắn tự động và không bố trí người gác chỉ dùng loại
cần chắn đóng 1/2 hoặc 2/3 mặt đường bộ.
Phần đường bộ còn lại không có cần chắn phải rộng ít nhất 3 m và ở bên trái
của xe vào đường ngang.

1.2 Thực trạng đường ngang nước ta
1.2.1 Tiêu chuẩn an toàn đối với đường ngang
Trước khi nghiên cứu và chọn lựa mô hình phòng hộ đường ngang tự động để

ứng dụng ở Việt Nam, cần phải đề ra được các nguyên tắc căn bản đảm bảo an toàn
cho đường ngang, dựa trên các tiêu chí đó tiến hành chọn các mô hình sẵn có trên
thế giới hay đề ra các mô hình mới phù hợp với điều kiện Việt Nam. Trong ngành
đường sắt ở các nước trên thế giới có nhiều tiêu chuẩn khác nhau, dưới đây xin giới
thiệu một bộ tiêu chuẩn an toàn cho đường ngang điển hình được áp dụng để xây
dựng các đường ngang trên đường sắt nước Anh.
Tiêu chuẩn an toàn đường ngang tại Anh:
− Người đi trên đường bộ phải có thông báo rõ ràng và kịp thời về việc tiếp
cận đường ngang của họ.
− Có thông báo đầy đủ và kịp thời về trạng thái đang đóng hay đã đóng hoàn
toàn đối với giao thông đường bộ khi có đoàn tàu tới gần đường ngang.
− Luồng xe trên đường bộ không gây ảnh hưởng tới chắn tự động.


8

− Thời gian đóng chắn của đường ngang tự động không nên quá ngắn song
cũng không nên quá dài làm cho người đi bộ sốt ruột và họ cũng không tuân theo tín
hiệu ngăn đường bộ nữa.
− Toàn bộ hệ thống phải rất tin cậy và có khả năng giảm thiểu tai nạn rủi ro
đáng tiếc xảy ra trong trường hợp thiết bị bị hỏng.
Đề xuất tiêu chuẩn an toàn đường ngang cho Việt Nam:
− Người và phương tiện đi trên đường bộ phải có thông báo rõ ràng và kịp
thời về việc đến gần đường ngang.
− Có tín hiệu đầy đủ và kịp thời về trạng thái đóng, mở của đường ngang đối
với giao thông đường bộ.
− Sự vận hành của thiết bị chắn đường ngang tự động không gây ra sự ách tắc
đối với luồng xe trên đường bộ, ngược lại sự di chuyển của phương tiện vận tải
đường bộ không làm hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến hoạt động chắn tự động.
− Đường ngang tự động có mật độ giao thông lớn cần có thông báo kịp thời

cho đoàn tàu về sự tắc nghẽn trên đường ngang;
− Toàn bộ hệ thống phải tin cậy và có khả năng giảm tối thiểu tai nạn và rủi
ro đáng tiếc xảy ra trong trường hợp thiết bị bị hỏng.
1.2.2 Tình hình an toàn chạy tàu ở Việt Nam
Theo số liệu thống kê của ngành đường sắt, toàn mạng lưới đường sắt Việt Nam
hiện có 6267 đường ngang, trong đó có 1.458 đường ngang hợp pháp và 4.600 vị trí
giao cắt bất hợp pháp giữa đường dân sinh với đường sắt. Trong số 1458 đường
ngang hợp pháp, có 634 đường ngang có người gác, 295 đường ngang có tín hiệu
cảnh báo tự động, 520 đường ngang cấp 3 có biển báo.
Tình trạng mất an toàn giao thông đường sắt đang diễn ra hết sức phức tạp và có xu
hướng tăng cả về số vụ tai nạn, số người chết, bị thương.


9
Bảng 1. 1 Tổng hợp số vụ tai nan giao thông đường sắt
Năm

2008

2009

2010

2011

2012

Số vụ TNGT

12800


12500

14442

44548

36400

Số người chết

11600

11500

11449

11395

9848

Số người bị thương

8100

8000

10633

4873


38064

Số vụ TNGT đường sắt

442

442

482

533

453

Số người chết

190

213

211

263

196

Số người bị thương

262


306

284

350

313

Tỉ lệ TNGT đường sắt/Tổng
số TNGT

3.45%

3.5%

3.34%

1.2%

1.24%

Tai nạn giao thông đường sắt được phân chia như sau:
− Theo trách nhiệm đối với tai nạn, tai nạn giao thông đường sắt được chia
thành:
+ Tai nạn xảy ra do chủ quan ngành đường sắt.
+ Tai nạn xảy ra do khách quan gây ra đối với ngành đường sắt.
− Theo mức độ thiệt hại của tai nạn, tai nạn đường sắt được phân thành 3
loại:
+ Tai nạn nhẹ là tai nạn xảy ra không có người chết hoặc có 2 người bị

thương nặng (theo giám định y tế) hoặc phương tiện thiết bị không phải sửa chữa
lớn.
+ Tai nạn nặng là tai nạn xảy ra có từ 1-2 người chết hoặc có đến 3 người
bị thương nặng (theo giám định y tế).
+ Tai nạn nghiêm trọng là tai nạn xảy ra có từ 3 người chết hoặc có 4
người bị thương nặng trở lên (theo giám định y tế) hoặc phương tiện thiết bị phải
thanh lý.
Theo thống kê của cục đường sắt Việt Nam, 85% số vụ tai nạn giao thông
đường sắt trên địa bàn cả nước là có liên quan đến hệ thống đường ngang. Những
vụ tai nạn đường sắt ở nước ta phần lớn xảy ra tại các khu vực đường ngang, đặc
biệt là các đường ngang bất hợp pháp.


10

Trong đó khoảng 60% số vụ tai nạn xảy ra tại các đường dân sinh và 25% xảy
ra tại các đường ngang không có phòng vệ và 15% tại các đường ngang có phòng
vệ. Đường ngang dân sinh và đường ngang không có phòng vệ là những điểm đe
dọa an toàn lớn nhất đối với hoạt động chạy tàu của đường sắt Việt Nam.
1.2.3 Nhu cầu thực tiễn đối với hệ thống phòng vệ đường ngang ở Việt Nam
Tình hình tai nạn giao thông đường sắt, đặc biệt là các tai nạn giao thông xảy ra
tại các đường ngang đã và đang đặt ra cho chúng ta một câu hỏi lớn là làm sao để
tìm ra giải pháp đảm bảo an toàn giao thông tại các đường ngang, giảm thiểu tai nạn
đến mức thấp nhất có thể nhằm giảm thiểu tối đa những thiệt hại do tai nạn đường
sắt gây ra cho toàn xã hội.
Việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thống cảnh báo đường ngang tự động tại các
khu đường ngang sẽ là giải pháp đúng đắn và hợp lý cho vấn đề đảm bảo an toàn
giao thông đường sắt trên địa bàn nước ta.
Hệ thống phòng vệ đường ngang tự động sẽ tự động nhận biết tàu hỏa tới gần
đường ngang, sau đó đưa ra tín hiệu cảnh báo cho người và phương tiện giao thông

biết nhằm tránh xảy ra tai nạn, hệ thống có ưu điểm là hoạt động được liên tục
24/24h, trong mọi điều kiện môi trường. Hơn nữa việc áp dụng hệ thống phòng vệ
đường ngang tự động thay thế cho hệ thống phòng vệ đường ngang thủ công sẽ giúp
cho ngành đường sắt giảm được số nhân viên gác trực tại các đường ngang do đó sẽ
giảm chi phí cho việc thuê nhân viên gác trực.
1.2.4 Giới thiệu các loại hình chắn đường ngang tự động
Trong hệ thống phòng vệ đường ngang tự động có hai loại hình chắn tự động
khác nhau:
 Cần chắn tự động: là loại hình thiết bị tiên tiến để phòng vệ đường ngang.
Các cần chắn sẽ tự động hạ xuống hạ khi có tàu tới và chiều dài cần không thể chắn
hết mặt đường bộ (phần đường xe chạy) nhằm để cho phương tiện và người đã lọt
vào đường ngang có lối thoát ra khỏi đường ngang.


11

Hình 1. 1 Cần chắn tự động cho an toàn đường sắt

 Rào chắn mềm tự động:
Rào chắn mềm có nguyên lý hoạt động giống như một chiếc mành cửa, được
cuốn lên hay thả xuống cùng với đèn tín hiệu báo tàu lửa sắp chạy qua. Khi đèn đỏ
sáng thì thả thanh chắn xuống, khi tàu đã đi qua đường ngang thì cuốn thanh chắn
lên.
− Thanh chắn phải được bọc hoặc làm bằng cao su mềm để không gây nguy
hiểm cho người, phương tiện tham gia giao thông và phải có trọng lượng đủ nặng để
kéo căng cáp, không bị rung lắc mạnh khi có gió lớn.
− Thanh chắn nên chia nhỏ thành nhiều đoạn dài 1m - 2m để giảm trọng lượng,
đề phòng thanh chắn lúc thả xuống có thể đè lên người tham gia giao thông.
− Thanh chắn được treo bởi các sợi cáp (cáp thép lõi gai hoặc cáp nilon). Mỗi
sợi cáp được quấn vào một tang cáp. Các tang cáp được gắn trên cùng một trục

truyền động và được quay qua quay lại bởi bộ phận dẫn động.
−Để việc vận hành rào chắn được nhẹ nhàng chúng ta có thể lắp thêm một đối
trọng. Đối trọng cũng được treo trên cáp và quấn vào tời như với các thanh chắn


12

nhưng chiều quấn cáp phải ngược với chiều quấn cáp treo các thanh chắn. Đối trọng
nên có trọng lượng tương đương với tổng trọng lượng của các thanh chắn cộng lại.
− Trên rào chắn chúng ta có thể gắn thêm các trang bị khác như còi, đèn tín
hiệu, vật liệu phản quang v.v… để thu hút sự chú ý của người tham gia giao thông.

Hình 1. 2 Rào chắn mềm tự động cho an toàn đường sắt


13

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52
2.1 Giới thiệu về vi điều khiển AT89S52
Bộ vi điều khiển(MCU-Micro Control Unit) có thể coi như một máy tính thu
nhỏ trên môt chip, nó có thể hoạt động với một vài linh kiện phụ trợ bên ngoài. Vi
điều khiển là một chip bên trong bao gồm CPU, bộ nhớ, các mạch vào/ra...
Vi điều khiển được thiết kế cho những ứng dụng hướng điều khiển, chương
trình mà nó thực hiện được các hãng phát triển sản phẩm viết ra và nạp vào bộ nhớ
chương trình của vi điều khiển. Ở vi điều khiển thì chương trình điều khiển được
lưu trong ROM và chương trình này không thay đổi nội dung trong suốt quá trình
hoạt động của vi điều khiển, còn RAM của vi điều khiển được dùng để chứa số liệu
tạm thời cho chương trình như trạng thái của các chân vào/ra, nội dung các biến
được khai báo trong chương trình.
AT89S52 là bộ vi điều khiển thuộc họ 8051 do hãng Atmel sản xuất. Việc xử

lý trên byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy
xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội. Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những
lệnh số học 8 bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia. Đây là họ vi điều khiển 8 bit, được
chế tạo theo công nghệ CMOS. Một số loại vi điều khiển thuộc họ 8051 thông dụng
khác là: AT89C2051(20chân), AT89C4051 (20chân), AT89C51 (40chân), AT89C52
(40chân).

2.2 Các khối chức năng của AT89S52
Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối chức năng chính sau đây:
• CPU( Centralprocessing unit ) bao gồm:
− Thanh ghi tích luỹ A
− Thanh ghi tích luỹ phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia
− Đơn vị logic học(ALU: Arithmetic Logical Unit)
− Thanh ghi trạng thái chương trình
−Bốn băng thanh ghi
−Con trỏ ngăn xếp
• Bộ nhớ chương trình (bộ nhớ ROM) gồm 8kbyte Flash
• Bộ nhớ dữ liệu (bộ nhớ RAM) gồm 256 byte


14

• Bộ UART có chức năng truyền nhận nối tiếp, AT89S52 có thể giao tiếp với
cổng nối tiếp của máy tính thông qua bộ UART.
•

3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện các chức năng định thời và đếm sự

kiện.
• WDM ( Watch Dog Timer): WDM được dùng để phục hồi lại hoạt động của

CPU khi nó bị treo bởi một nguyên nhân nào đó. WDM ở AT89S52 gồm một bộ
Timer 14 bit, một bộ Timer 7 bit, thanh ghi WDTPRG ( WDT programable) điều
khiển Timer 7 bit và một thanh ghi chức năng WDTRST (WDM register). Bình
thường WDT không hoạt động, để cho phép WDT hoạt động các giá trị 1EH và
E1H cần phải ghi liên tiếp vào thanh ghi WDTRST. Timer 14 bit của WDT sẽ đếm
tăng dần sau mỗi chu kỳ đồng hồ cho đến giá trị 16383 thì xảy ra tràn. Khi xảy ra
tràn chân Reset sẽ được đặt ở mức cao trong khoảng thời gian 98*Tosc
( Tosc=1/Fosc) và lúc đó vi điều khiển AT89S52 sẽ được reset. Khi WDT hoạt
động, ngoại trừ reset phần cứng và reset do WDT ra thì không có cách nào có thể
cấm được WDT vì vậy khi sử dụng WDT thì các đoạn mã chương trình phải được
đặt trong các khi thời gian giữa hai lần WDT được khởi tạo.
• Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong.
• Bộ lập trình (ghi chương trình lên Flash ROM) cho phép người sử dụng có
thể nạp các chương trình cho chip mà không cần các bộ nạp chuyên dụng.
• Bộ chia tần số với hệ số chia là 12.
• 4 cổng xuất nhập với 32 chân.


15

Sơ đồ khối vi điều khiển AT89S52:

Hình 2. 1 Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển 8051/AT89S52

RAM ADDR.REGISTER: Thanh ghi địa chỉ RAM
RAM: Vùng nhớ truy cập ngẫu nhiên(RAM)
PORT 0 LATCH: Bộ chốt port 0
PORT 0 DRIVERS: Bộ kích port 0
PORT 2 LATCH: Bộ chốt port 2



16

PORT 2 DRIVERS: Bộ kích port 2
QUICK FLASH: Vùng nhớ FLASH
B REGISTER: Thanh ghi B
ACC: Thanh chứa
STACK POINTER: Con trỏ vùng nhớ xếp chồng
PROGRAM ADDRESS REGISTER: Thanh ghi địa chỉ chương trình
BUFFER: Bộ đệm
TMP1: Thanh ghi đệm 1
TMP2: Thanh ghi đệm 2
ALU:Đơn vị số học/logic
PC INCREMENTER: Bộ tăng thanh ghi đếm chương trình PC
INTERRUPT, SERIAL PORT AND TIMER BLOCKS: Các khối ngắt, port nối
tiếp và bộ định thời.
PROGRAM COUNTER: Bộ đếm chương trình PC
PSW: Từ trạng thái chương trình
TIMING AND CONTROL: Mạch logic điều khiển và định thời
INSTRUCTION REGISTER: Thanh ghi lệnh
DPTR:Con trỏ dữ liệu
PORT 3 LATCH: Bộ chốt port 3
ANALOG COMPARTOR: Bộ so sánh tương tự
OSC: Mạch dao động


17

2.3 Sơ đồ chân, chức năng các chân của AT89S52
Sơ đồ chân AT89S52:


Hình 2. 2 Sơ đồ chân của AT89S52

2.3.1 Port 0(P0.0-P0.7):
Port 0 gồm 8 chân từ P0.0 đến P0.7, ngoài các chức năng xuất/nhập dữ liệu thì
Port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử
dụng khi 8051 giao tiếp với các thiết bị ngoài có kiến trúc bus như các vi mạch nhớ,
mạch nhớ PIO.


18

Hình 2. 3 Cấu trúc của các chân trên Port 0

2.3.2 Port 1 (P1.0-P1.7):
Đối với 8051 chức năng của port 1 chỉ có một cộng dụng là để giao tiếp với
thiết bị ngoài khi có yêu cầu, port 1 có thể xuất nhập theo bit hoặc theo byte.
Riêng dòng 89Sxx thì ba chân P1.5, P1.6 và P1.7 được dùng để nạp ROM cho
chuẩn ISP, hai chânn P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ timer 2.

Hình 2. 4 Cấu trúc các chân trên Port 1


19

2.3.3 Port 2 (P2.0-P2.7):
Port 2 ngoài chức năng là cổng vào/ra như port 0 và port 1 thì port 2 còn là byte
cao của bus địa chỉ khi sử dụng bộ nhớ ngoài.

Hình 2. 5 Cấu trúc của các chân trên Port 2


2.3.4 Port 3 (P3.0-P3.7):
Mỗi chân trên Port 3 ngoài chức năng xuất nhập còn có chức năng riêng, cụ
thể như sau :
Bit

Tên

Chức năng

P3.0

RXD

Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1

TXD

Dữ liệu truyền cho port nối tiếp

P3.2

INT0

Ngắt bên ngoài 0

P3.3


INT1

Ngắt bên ngoài 1

P3.4

T0

Ngõ vào của Timer/counter 0

P3.5

T1

Ngõ vào của Timer/ counter 1

P3.6

WR

Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7

RD

Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

2.3.5 Chân /PSEN ( Program store Enable):
PSEN là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài, nó được nối với

chân /OE để cho phép đọc các byte mã lệnh trên ROM ngoài . Chân /PSEN sẽ ở
mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh . Mã lệnh được đọc từ bộ nhớ ngoài qua bus


20

dữ liệu (Port 0) thanh ghi lệnh để được giải mã . Khi thực hiện chương trình trong
ROM nội thì /PSEN ở mức cao.
2.3.6 Chân ALE (Address Latch Enable):
Chân ALE nằm trên chân số 30 của AT89S52, nó là chân xuất tín hiệu cho
phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable) để giải đa hợp bus dữ liệu và bus địa
chỉ. Khi Port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu
để chốt địa chỉ ( byte thấp của địa chỉ 16 bit) vào một thanh ghi ngoài trong suốt 1/2
đầu chu kỳ bộ nhớ. Sau đó các chân của Port 0 sẽ xuất nhập dữ liệu hợp lệ trong
1/2 chu kỳ sau còn lại.
Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong vi điều
khiển và có thể được dùng làm xung clock cho phần còn lại của hệ thống. Nếu mạch
dao động có tần số 12MHz, tín hiệu ALE có tần số 2MHz.
2.3.7 Chân /EA (External Access):
Tín hiệu /EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay bộ nhớ
ngoài ngoài vi điều khiển . Ngõ vào này ở chân 31 Của AT89S52, chân /EA có thể
được nối với nguồn +5V (Logic 1) hoặc GND (Logic 0). Nếu chân này nối lên 5V ,
8051/8052 thực thi chương trình trong ROM nội( chương trình nhỏ hơn 4K/8K).
Nếu chân này nối với GND thì ROM nội bên trong chip được vô hiệu hoá và Vi
điều khiển sẽ thực thi chương trình từ bộ nhớ ngoài.
Các phiên bản EPROM của 8051 còn sử dụng chân /EA làm chân nhận điện áp
cấp nguồn cho việc lập trình EPROM nội ( nạp EPROM).
2.3.8 Chân RST (Reset):
Ngõ vào RST ở chân 9 của vi điều khiển, đây là ngõ vào xoá chính (Master
reset) của AT89S52 dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay còn

gọi tắt là Reset hệ thống. Khi ngõ vào này được treo ở mức Logic 1 tối thiểu trong
thời gian hai chu kỳ máy , các thanh ghi bên trong của 8051 được nạp các giá trị
thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống.
2.3.9 Chân XTAL1, XTAL2:
Nằm trên chân 18 và 19 của AT89S52, hai chân này được dùng để nối với thạch
anh ngoài nhằm tái tạo dao động và xác định tần số làm việc cho mạch dao động ở
bên trong vi điều khiển. Kết hợp với thạch anh có thêm 2 tụ gốm để ổn định tần số


21

dao động. Tần số danh định của thạch anh là 12MHz cho hầu hết các bộ vi điều
khiển của họ MCS - 51.

IC 1
8051
Oscillator
18

C1
30pF

19

X1
12MHz

C2
30pF


Hình 2. 6 Bộ dao động cho AT89S52

2.3.10 Chân VCC, GND
Vi điều khiển AT89S52 sử dụng nguồn điện áp một chiều có dải điện áp từ 4V
đến 5V được cấp qua chân GND số 20 và VCC số 40.

2.4 Tổ chức bộ nhớ
AT89S52 có bộ nhớ theo cấu trúc Havard - có những vùng cho bộ nhớ riêng
biệt cho chương trình và dữ liệu. Như đã nói ở trên, cả bộ nhớ chương trình và dữ
liệu có sẵn trên chip, tuy nhiên dung lượng của các bộ nhớ trên chip là hạn chế. Khi
thiết kế các ứng dụng đòi hỏi bộ nhớ chương trình lớn người ta có thể dùng bộ nhớ
ngoài với dung lượng lên tới 64 kbyte cho bộ nhớ chương trình và 64 kbyte bộ nhớ
dữ liệu.
2.4.1 Bộ nhớ chương trình (Program Memory)
AT89S52 có 8k bộ nhớ chương trình loại Flash tích hợp sẵn bên trong chip.
Đây là bộ nhớ cho phép ghi/xóa nhiều lần. Bộ nhớ chương trình được dùng để chứa
mã chương trình nạp vào chip. Mỗi lệnh được mã hóa bởi một hoặc vài byte, dung
lượng của bộ nhớ chương trình phản ánh số lượng lệnh mà bộ nhớ có thể chứa


22

được. Ngay sau khi reset ( do tắt/bật nguồn, do mức điện áp tại chân reset bị kéo lên
5V…) CPU sẽ nhảy đến thực hiện lệnh đặt tại địa chỉ này trước tiên, phần còn trống
trong không gian chương trình không được dùng. Nếu muốn mở rộng bộ nhớ
chương trình ta phải dùng bộ nhớ ngoài. Khi chân /EA được đặt ở mức logic thấp,
bộ vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình ở bộ nhớ chương trình ngoài (EPROM).
Tuy nhiên để có thể thực hiện chương trình ở bộ nhớ ngoài thì cần có một mạch
phối ghép AT89S52 với FLASH/EPROM. Vi mạch chốt (Latch) sẽ tách riêng bus
đa hợp địa chỉ và dữ liệu AD0-AD7 trên port 0 của AT89S52, tuỳ theo dung lượng

của EPROM sẽ có số đường địa chỉ tương ứng được sử dụng. Tín hiệu điều khiển
đọc ROM là tín hiệu /PSEN.

FLASH
EPROM

AT89S52

A15:8

P2
ALE
P0

Latch
A7:0
D7:0

PSEN#

OE

Hình 2. 7 Sơ đồ ghép nối AT89S52 với EPROM

2.4.2 Bộ nhớ dữ liệu (Data Memory)
AT89S52 có 256 byte RAM nội, đó cũng là dung lượng bộ nhớ dữ liệu lớn nhất
trong họ 8051. Đây chính là nơi chứa các biến trung gian trong quá trình hoạt động
của chip.
Đối với các chip có bộ nhớ SRAM 128 byte thì địa chỉ của các byte SRAM này
được đánh số từ 00H đến 7FH. Đối với các chip có bộ nhớ SRAM 256 byte thì địa



23

ch ca cỏc byte trong SRAM c ỏnh s t 00H n FFh. SRAM cú a ch t
00H 7FH l vựng RAM thp v phn cú a ch t 80H FFH l vựng RAM cao.

80 Byte

Địa
chỉ
Byte

Địa
chỉ
Byte

Địa chỉ Bit
( Bit Address )

FF
F0

EF EE ED EC EB EA E9 E8

B

E0

E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0


ACC

D0

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

PSW

B8

BF BE BD BC BB BA B9 B8

IP

B0

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

P3

A8

AF AE AD AC AB AA A9 A8

IE

A0

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0


P2

99
98

Not bit addressable
9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98

SBUF
SCON

90

97 96 95 94 83 92 91 90

P1

8D
8C
8B
8A
89
88
87

Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable

Not bit addressable
8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88
Not bit addressable

TH1
TH0
TL1
TL0
TMOD
TCON
PCON

83
82
81
80

Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
87 86 85 84 83 82 81 80

DPH
DPL
SP
P0

7F
Vùng RAM đa dụng
(General Purpose RAM)

30

Bit addressable locations

2F

7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78

2E

77 76 75 74 73 72 71 70

2D

6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68

2C

67 66 65 64 63 62 61 60

2B

5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58

2A

56 56 55 54 53 52 51 50

29


4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48

28

47 46 45 44 43 42 41 40

27

3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38

26

37 36 35 34 33 32 31 30

25

2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28

24

27 26 25 24 23 22 21 20

23

1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18

22

17 16 15 14 13 12 11 10


21

0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08

20

07 06 05 04 03 02 01 00

1F

BANK 3

8

BANK 2

8

BANK 1

8

Defauk register
Bank for R0 - R7

8

32 Byte

18

17
10
0F
08
07
00

Địa chỉ Bit
( Bit Address )

RAM
(Cấu trúc RAM nội)

Thanh ghi chức
năng đặc biệ t

Hinh 2. 8 Cõu truc RAM cua AT89S52

RAM bao gm nhiu thnh phn : Phn lu tr a dng, phn lu tr a ch
húa tng bit, cỏc thanh ghi (BANK) v cỏc thanh ghi chc nng c bit ( Special
Funtion Registers).
RAM bờn trong AT89S52 c phõn chia nh sau :
Cỏc thanh ghi cú a ch t 00H n 1FH
RAM a ch húa tng bit cú a ch t 20H n 2FH.
RAM a dng t 30H n FFH.
Cỏc thanh ghi chc nng c bit t 80H n FFH.