Nghiên cứu các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của xe máy” và “thiết kế hệ thống tay ga điện tử cho xe máy nhằm cải thiện tính kinh tế nhiên liệu

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, phương tiện di chuyển cá nhân đang ngày
càng trở nên phổ biến. Ở nước ta, số người sử dụng xe máy làm phương tiện
di chuyển cá nhân nhiều vào loại hàng đầu thế giới. Và khi đó tính trạng ô
nhiễm môi trường do phát thải độc hại cũng trở thành một vấn đề nhức nhối.
Trong khi hệ thống luật pháp của Nhà nước về những tiêu chuẩn khí thải đối
với các phương tiện giao thông đang lưu hành, đặc biệt là với xe máy còn
chưa phát huy hết hiệu lực, thì một thực trạng vẫn đang tiếp diễn là lượng khí
thải độc hại phát tán ra môi trường của các phương tiện giao thông ngày càng
gia tăng không ngừng. Để có được những giải pháp ngăn chặn tình trạng phát
thải độc hại ra môi trường, bên cạnh những biện pháp cải tiến kỹ thuật thì
những biện pháp về cách thức vận hành xe trong một môi trường giao thông
phức tạp như nước ta cũng là một vấn đề đáng quan tâm. Cách thức vận hành
hợp lý sẽ nâng cao tính kinh tế nhiên liệu, cũng đồng nghĩa với việc giảm
lượng phát thải độc hại ra môi trường.
Hai đề tài chúng em lựa chọn đó là “Nghiên cứu các yếu tố vận hành
ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của xe máy” và “Thiết kế hệ thống
tay ga điện tử cho xe máy nhằm cải thiện tính kinh tế nhiên liệu”. Mục tiêu
của hai đề tài là: nghiên cứu các yếu tố vận hành trong môi trường giao thông
nước ta, từ đó thiết kế một hệ thống giúp cải thiện các kỹ năng điều khiển xe
1
của người tham gia giao thông phù hợp với môi trường giao thông Việt Nam,
hướng tới lượng tiêu thụ nhiên liệu tối ưu trong các quá trình vận hành.
Chúng em xin chân thành cảm ơn TS. Đàm Hoàng Phúc, ThS.
Nguyễn Thanh Tùng cùng toàn thể các Thầy trong Bộ môn Ô tô và Xe
chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã
tạo điều kiện và giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này!
CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Xe máy hiện nay là một loại phương tiện di chuyển cá nhân rất phổ
biến ở nhiều quốc gia trên thế giới đặc biệt là ở Việt Nam. Bên cạnh đó, giao
thông ở Việt Nam có những đặc thù riêng: trong vòng 5 năm trở lại đây, số
lượng xe mô tô, xe gắn máy đã tăng rất nhanh với tốc độ trên 10%/năm. Hệ
quả tất yếu của việc gia tăng số lượng phương tiện di chuyển cá nhân quá
nhanh đó là tình trạng phát thải độc hại ra môi trường.
Theo một kết quả thí nghiêm tại Thụy Sỹ để so sánh hệ số phát thải của
xe mô tô, gắn máy không lắp thiết bị xử lý khí thải với ô tô con đạt tiêu chuẩn
Euro 3 cho thấy: phát thải trung bình trên một quãng đường đi (g/km) của xe
mô tô, xe gắn máy cao hơn ô tô gấp 8 hoặc 18 hoặc 39 lần đối với CO, 23
hoặc 74 hoặc 222 lần đối với HC; 1,7 hoặc 4 hoặc 7,8 lần đối với NOx tùy
theo điều kiện giao thông là trên đường trong đô thị hoặc đường đồng bằng
hoặc đường cao tốc.
2
Theo kết quả nghiên cứu của Tổng cục Môi trường, hệ số phát thải CO,
HC của xe môtô gấp 6,4 lần xe ôtô hạng nhẹ. Việt Nam hiện nay là nước có
lượng xe mô tô, xe gắn máy đang lưu hành chỉ đứng thứ 3 thế giới sau hai
quốc gia đông dân nhất là Trung Quốc và Ấn Độ. Phần lớn các xe đang lưu
thông đều sử dụng hệ thống chế hòa khí không có điều khiển như các xe sử
dụng hệ thống phun xăng điện tử hiện đại FI. Bên cạnh đó, môi trường giao
thông ở nước ta hiện nay là một môi trường chưa hoàn thiện và còn tồn tại
nhiền vấn đề phức tạp. Ngoài việc hệ thống giao thông công chính chưa được
hoàn chỉnh, tình trạng tắc đường ở các thành phố lớn là rất phổ biến, thì yếu
tố người tham gia giao thông cũng là một yếu tố rất khó kiểm soát. Một bộ
phận lớn người tham gia giao thông có kỹ năng điều khiển phương tiện tham
gia giao thông còn kém. Những yếu tố trên là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến
việc giảm tính kinh tế nhiên liệu và tăng lượng phát thải độc hại ra môi
trường, không chỉ riêng với các xe sử dụng hệ thống chế hòa khí truyền thống
mà cả các xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử có điều khiển. Vì hệ thống
phun xăng điện tử tuy có ưu điểm là đã cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu

và giảm phát thải độc hại, nhưng mới chỉ can thiệp vào kết cấu và cách điều
khiển động cơ. Trong khi đó, môi trường giao thông ở Việt Nam như đã đề
cập ở trên là rất phức tạp và hệ thống phun xăng điện tử chưa thể đáp ứng
được hết các yêu cầu về tính kinh tế nhiên liệu và phát thải độc hại.
Do vậy, yêu cầu cần có một hệ thống có thể đáp ứng được hai yêu cầu:
“tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc hại ra môi trường” trong
điều kiện không can thiệp kết cấu của động cơ của nhà sản xuất, và có thể áp
dụng trên cả hai hệ thống chế hòa khí truyền thống và phun xăng điện tử có
điều khiển.
3
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trên thực tế, các yếu tố vận hành xe máy tác động nhiều đến tính kinh
tế nhiên liệu của xe. Do vậy, việc thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động có
quan tâm đến các yếu tố vận hành là giải pháp làm tăng tính kinh tế nhiên liệu
của xe và đồng thời giải pháp này mang tính thực thi cao vì nó không can
thiệp vào kết cấu động cơ của nhà sản xuất. Để thực hiện được việc điều
khiển xe tự động thì trước hết phải tìm hiểu được các yếu tố vận hành có ảnh
hưởng trực tiếp đến tính kinh tế nhiên liệu. Các yếu tố này bao gồm:
+ Chế độ khởi hành: Khởi hành ở các tay số khác nhau từ thấp đến cao
có ảnh hưởng như thế nào đến lượng tiêu thụ nhiên liệu.
+ Gia tốc xe: Kỹ năng tăng tốc của người lái tốt hay không tốt.
+ Vận tốc của xe: Khi xe vận hành ở các vận tốc khác nhau: nhanh và
ổn định hay chậm và không ổn định, ứng với từng tay số khác nhau thì lượng
tiêu hao nhiên liệu ở giá trị vận tốc và tay số nào là tốt.
+ Kỹ năng chuyển số: Người vận hành nên chuyển số ở giá trị vận tốc
và số vòng quay động cơ là bao nhiêu thì sẽ nâng cao được tính kinh tế nhiên
liệu.
+ Thời gian chạy không tải: Khi dừng xe (dừng đèn đỏ) trong trường
hợp nào thì nên tắt máy và trong trường hợp nào thì không nên tắt.
Có thể mô hình hóa quá trình điều khiển các loại xe mô tô, xe gắn máy

hiện nay như sau:
4
Hình 1.1: Sơ đồ mạch điều khiên hệ thống người - xe
Với cả xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử (FI) và hệ thống chế hòa
khí (CHK) truyền thống, khi người lái có tác động điều khiển tay ga (Ph) sẽ
điều khiển lượng nhiên liệu cấp đến động cơ (ĐC) tạo ra mômen qua hệ thống
truyền lực (HTTL) đến bánh xe để sinh ra vận tốc của xe (V). Việc vận hành
tác động trực tiếp đến tính kinh tế nhiên liệu của xe. Để loại bỏ các tác động
xấu của việc vận hành đến tính kinh tế nhiên liệu, bộ điều khiển sẽ được đặt
sau tác động của tay ga người lái để hiệu chỉnh tối ưu chế độ vận hành tay ga.
Phương án thiết kế mạch điều khiển nối tiếp này sẽ độc lập với các hệ thống
điều khiển có sẵn trên xe và không can thiệp vào kết cấu của xe nên có thể
ứng dụng ngay trên xe sử dụng chế hòa khí và xe phun xăng điện tử.
Hình 1.2: Sơ đồ mạch điều khiển tay ga điện tử
Trong sơ đồ trên, “Bộ điều khiển tay ga điện tử” (BĐK) được đặt ở vị
trí sau tác động của người lái và trước khi đi tác động vào hệ thống chế hòa
khí hoặc phun xăng điện tử. Giải pháp này sẽ cho phép điều khiển xe giảm
5
phụ thuộc vào yếu tố điều khiển của người vận hành, cải thiện được chế độ
điều khiển với những người có kỹ năng điều khiển xe không tốt.
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CẢM BIẾN VÀ BỘ
THU THẬP DỮ LIỆU
I. CÁC SỐ LIỆU CẦN THU THẬP
Dữ liệu cần thu thập phải phản ánh hết được trạng thái hoạt động của
hệ thống người-xe bao gồm các thông tin sau:
+ Lượng tiêu thụ nhiên liệu
+ Số vòng quay động cơ
+ Độ mở bướm ga
+ Vận tốc
+ Vị trí tay số

6
+ Tín hiệu phanh
II. PHƯƠNG ÁN THU THẬP SỐ LIỆU
Với các số liệu yêu cầu cần thu thập ở trên, cần đề ra phương án để thu
thập. Với từng loại tín hiệu cần có một phương án thu thập cụ thể với yêu cầu:
tín hiệu thu nhận được là chính xác và không ảnh hưởng đến kết cấu cũng như
quá trình vận hành của xe.
2.1. Lượng tiêu thụ nhiên liệu
Để đo lượng tiêu thụ nhiên liệu, ta lựa chọn biện pháp lắp thêm một
bình xăng phụ cho phép đo được lượng nhiên liệu tiêu thụ.
Hệ thống nhiên liệu phụ bao gồm:
1. Phễu chiết
Hình 2.1: Phễu chiết
- Phễu chiết quả lê khoá thủy tinh: thủy tinh borosilicate chịu nhiệt.
7
- Thể tích: 100 ml
- Đường kính lỗ khoá: 2 mm
Với phễu chiết bằng thủy tinh như trên:
- Hoàn toàn chịu được xăng không bị ăn mòn, phá hủy bởi xăng.
- Phễu chiết có khóa bằng thủy tinh chịu được xăng. Phễu có khóa cho
phép việc đo lượng nhiên liệu dễ dàng.
- Phễu chiết có nắp nên giảm được ảnh hưởng của việc nhiên liệu bị
bay hơi.
- Phễu có đầu ống thủy tinh cho phép đấu nối dễ dàng.
- Phễu bằng thủy tinh mỏng nên dễ bị vỡ nên cần có vỏ bảo vệ.
2. Ống đong nhiên liệu
Hình 2.2: Ống đong nhiên liệu
-Ống đong làm bằng thủy tinh
- Thể tích : 100 ml
- Đường kính ống : 31 mm

-Chiều cao : 250 mm
8
-Vạch chia :1 ml
3. Khóa xăng và đường ống dẫn
Với đường ống dẫn xăng yêu cầu phải chịu được xăng và chịu được
nhiệt .
Hình 2.3: Van ba ngả
Với các thành phần của hệ thông bình nhiên liệu phụ, ta tao được hệ
thống bình chứa lắp song song với bình xăng chính thông qua một van ba ngả.
Việc đóng hoặc mở các van trên đường xăng từ bình chính và bình phụ cho
phép sử dụng nhiên liệu từ một trong hai nguồn độc lập và không ảnh hưởng
lẫn nhau.
9
Hình 2.4: Sơ đồ bố trí bình xăng phụ
2.2. Số vòng quay động cơ
Để xác định tốc độ động cơ thì có nhiều phương pháp khác nhau, có thể
đo tốc độ của truc khuỷu đông cơ, trục cam của động cơ…
Tuy nhiên do ta sử dụng mẫu xe máy có sẵn nên để tránh can thiệp vào
các kết cấu trong xe và không phải lắp đặt thêm các chi tiết phụ mà vẫn đảm
bảo độ chính xác và tin cậy, cũng như làm việc ổn định của xe thì trong đồ án
này chúng em lựa chọn phương án dùng tín hiệu từ cuộn dây đánh lửa có sẵn
trên động cơ, trích một đường tín hiệu từ cuộn đây đánh lửa và đưa về vi điều
khiển để xử lý.
Tín hiệu được gửi về được vi điều khiển sẽ đếm được số xung đánh lửa
trong mỗi chu kỳ, từ đó có thể tính toán được số vòng quay động cơ tương
ứng.
10
Hình 2.5: Trích tín hiệu từ IC đánh lửa
2.3. Vận tốc
Để đo vận tốc của xe trên xe sử dụng hệ thông đo cơ khí. Với hệ thông

này thì không có được các tín hiệu điện cần thiết để đưa về vi điều khiển để
xử lí.
Để có được tín hiệu điện để đưa về vi điều khiển thì cần thiết kế bộ cảm
biến để đo vân tốc của xe. Trong đề tài sử dụng một cảm biến thu phát LED
đôi Opto-Isolator. Tận dụng hàng lỗ tản nhiệt trên đĩa phanh bánh trước (lỗ
sáng) để làm tín hiệu cho cảm biến nhận biết. Khi cảm biến bị che (chỗ không
có lỗ) thì tín hiệu điện áp gửi về vi điều khiển là 0V. Khi cảm biến không bị
che (ở vị trí lỗ tản nhiệt) thì giá trị điện áp vi điều khiển nhận được là +5V.
Giá trị điện áp này sẽ được đưa vào một bộ ngắt trong vi điều khiển. Bộ ngắt
sẽ đếm được số lần giá trị điện áp thay đổi với chu kỳ 0.5 (giây).
11
Hình 2.6: Cảm biến vận tốc LED thu phát đôi
2.4. Gia tốc
Sử dụng một module cảm biến ba trục MMA7260 để đo gia tốc chuyển
động của xe. Module cảm biến ba trục MMA7260, có ưu điểm là tín hiệu đầu
ra của các trục là dạng điện áp.Với tín hiệu đầu ra là dạng điện áp việc lập
trình và xử lí tín hiệu từ cảm biến để vi điều khiển xử lí trở lên đơn giản và dễ
dàng hơn.
Hình 2.7: Module cảm biến gia tốc MMA7260
12
2.5. Độ mở bướm ga
Hình 2.8: Cảm biến Hall đo vị trí tay ga
Phương án để xác định độ mở bướm ga là sử dụng một cảm biến kiểu
Hall để đo vị trí của tay ga. Cảm biến Hall chuyển động trong từ trường của
vành nam châm, điện áp đầu ra của cảm biến Hall sẽ thay đổi trong một dải
nhất định. Giá trị điện áp này được đưa vào một bộ chuyển đổi ADC của vi
điều khiển, từ đó vi điều khiển sẽ ghi nhận vị trí của tay ga theo giá trị điện áp
mà cảm biến Hall gửi về. Từ vị trí của tay ga sẽ suy ra được độ mở của bướm
ga.
2.6. Vị trí tay số và tín hiệu phanh

Tín hiệu tay số và tín hiệu phanh được trích trực tiếp từ chân báo đèn số
và đèn phanh. Tín hiệu điện áp của các đèn này là +12V nên cần đi qua một
cầu hạ áp xuống điện áp +5V trước khi đi vào vi điều khiển. Vi điều khiển sẽ
ghi nhận vị trí chân số cũng như tín hiệu phanh trong quá trình xe vận hành.
13
Hình 2.9: Trích tín hiệu đèn số và phanh
III. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ
3.1. Mạch điều khiển trung tâm
3.1.1. Tổng quan
Mạch điều khiển chính bao gồm nhiều module nhỏ được tích hợp bên
trong. Mạch có các chức năng chính:
- Cấp nguồn một chiều +5V cho vi điều khiển, nguồn một chiều +5V và
+3.3V cho các module cảm biến.
- Kết nối vi điều khiển với các module cảm biến, module giao tiếp
MMC/SD card (SPI), giao tiếp UART, ISP.
14
- Chứa các chân cắm riêng rẽ cho từng Port để có thể thực hiện thêm
những chức năng khác nếu có phát sinh thêm, hoặc sử dụng mạch với mục
đích khác.
Hình 2.10 là sơ đồ mạch nguyên lý.
Có thể chia mạch thành các khối chính như sau:
1. Khối nguồn gồm: chân cắm nguồn +12V, IC nguồn LM7805 tạo
nguồn +5V, IC nguồn LM1117-3.3 tạo nguồn +3.3V, năm chân cắm nguồn
+5V và ba chân cắm nguồn 3.3V.
2. Khối xử lý trung tâm gồm: vi điều khiển Atmega32, thạch anh tạo
dao động 12MHz, công tắc Reset.
3. Các chân cắm lấy tín hiệu cảm biến được nối với các chân của vi
điều khiển.
4. Các cổng giao tiếp SPI, IDC và UART.
3.1.2. Cấu tạo mạch

a. Khối nguồn
Nguồn điện cấp cho hệ thống là nguồn điện một chiều +12V lấy từ Ác-
quy qua một giắc cắm DC. Điện áp sẽ được đi qua một IC nguồn LM7805 để
tạo ra nguồn +5V. Sau đó lại tiếp tục đi qua một IC nguồn LM1117-3.3 để tạo
ra nguồn +3.3V. Hai điện áp +5V và +3.3V này sẽ được nối với các chân
cắm nguồn được tích hợp sẵn trên board mạch, cung cấp điện áp phù hợp cho
các module cảm biến.
Tụ C5, C6 và C7 là các tụ hóa dùng để lọc điện áp. Hai tụ lọc nhiễu tần
số cao C3 và C4 là các tụ gốm, các tụ này lọc lọc các thành phần nhiễu trên
đầu vào và đầu ra, đảm bảo cho mạch hoạt động bình thường. Diode D1 có
15
tác dụng bảo vệ hiện tượng lắp ngược nguồn điện. Mạch có thêm một đèn
LED báo nguồn đang hoạt động.
Hình 2.11: Khối nguồn
b. Khối xử lý trung tâm
Vi xử lý trung tâm sử dụng là vi xử lý AVR Atmega32. Vi xử lý kết nối
với thạch anh ngoài 8MHz, một nút bấm Reset. Điện áp cấp cho vi xử lý là
+5V. Các PORT chờ được kết nối như trong Hình 2.12.
16
Hình 2.12: Khối xử lý trung tâm
c. Các chân tín hiệu cảm biến
Với yêu cầu của thí nghiệm cần có 15 chân dành cho các tín hiệu cảm
biến chia thành 3 dãy.
Dãy SV7 gồm có 4 chân dành cho các tín hiệu đánh lửa, gia tốc, tay ga
và vận tốc. Mỗi chân đều có lắp thêm các tụ và điện trở có tác dụng chống
nhiễu cho tín hiệu đi vào vi xử lý. Tín hiệu đánh lửa được đưa vào một IC
khuếch đại thuật toán LM324. Chức năng cụ thể của bộ khuếch đại thuật toán
LM324 sẽ được trình bày trong mục khác.
17
Hình 2.13: Các chân tín hiệu cảm biến

Dãy SV6 gồm có 6 chân, là các chân thu nhận tín hiệu tay số và tín hiệu
phanh. Mỗi tín hiệu trước khi đi vào vi điều khiển đều được phân áp và có
một tụ điện lọc nhiễu.
Dãy ACC_SEN là 5 chân điều khiển cho module cảm biến gia tốc.
d. Các cổng giao tiếp
Các cổng giao tiếp được tích hợp trên board mạch chính nhằm thực
hiện các chức năng giao tiếp với máy tính. Có 3 cổng giao tiếp được tích hợp
trên mạch là IDC, UART và SPI. Chức năng của các cổng sẽ được giới thiệu
cụ thể trong các phần khác
18
Hình 2.14: Các cổng giao tiếp
3.2. Module đọc ghi thẻ nhớ MMC/SD
3.2.1. Sơ lược về giao tiếp MMC/SD Card thông qua chuẩn truyền thông
SPI
a. Chuẩn truyền thông SPI
Chuẩn giao tiếp truyền thông SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn
truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền
thông Master-Slave, trong đó có một chip Master điều phối quá trình truyền
thông và các chip Slave được điều khiển bởi chip Master vì thế truyền thông
chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền “song công” (full
duplex), nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy
ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có bốn
đường truyền giao tiếp trong chuẩn này đó là: SCK (Serial Clock), MISO
(Master Input – Slave Output), MOSI (Master Output – Slave Input) và SS
(Slave Select). Hình 2.15 thể hiện một kết nối giữa 1 chip Master và 3 chip
Slave thông qua 4 đường.
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ
nên cần một đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến
hoặc đi. Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta
đã biết trong chuẩn truyền thông UART. Sự tồn tại của chân SCK giúp quá

19
trình truyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền SPI có thể đạt rất cao. Xung nhịp
chỉ được tạo ra bởi chip Master.
MISO – Master Input-Slave Output: nếu là chip Master thì đây là
đường Input, còn nếu là chip Slave thì MISO là Output. MISO của Master và
các Slave được nối trực tiếp với nhau.
Hình 2.15: Giao diện truyền thông SPI
MOSI – Master Output-Slave Input: nếu là chip Master thì đây là
đường Output, còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input. MOSI của Master và
các Slave được nối trực tiếp với nhau.
SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giao tiếp, trên các chip
Slave thì đường SS sẽ ở mức cao thì không là việc. Nếu chip Master kéo
đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra
giữa Master và Slave đó. Chỉ có một đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể
có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người
dùng.
20
Hoạt động: Mỗi chip Master hay Slave có một thanh ghi dữ liệu 8 bits.
Cứ mỗi xung nhịp do Master tạo ra trên đường giữ nhịp SCK, một bit trong
thanh ghi dữ liệu của Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng
thời một bit trong thanh ghi dữ liệu của chip Slave cũng được truyền qua
Master trên đường MISO. Do hai gói dữ kiệu trên hai chip được gửi qua lại
đồng thời nên quá trình truyền nhận dữ liệu này được gọi là “song công”.
Hình 2 mô tả quá trình truyền một gói dữ liệu thực hiện bởi module SPI trong
AVR, bên trái là chip Master và bên phải là chip Slave.
Hình 2.16: Truyền dữ liệu SPI
Cực của xung giữ nhịp, phase và các chế độ hoạt động: cực của xung
giữ nhịp (Clock Polarity) được gọi tắt là CPOL là khái niệm dùng chỉ trạng
thài của chân SCK ở trạng thái nghỉ. Ở trạng thái nghỉ (Idle), chân SCK có thể
giữ ở mức cao (CPOL=1) hoặc thấp (CPOL=0). Phase (CPHA) dùng để chỉ

cách mà dữ liệu được lấy mẫu (sample) theo xung giữ nhịp. Dữ liệu có thể
được lấy mẫu ở cạnh lên của SCK (CPHA=0) hoặc cạnh xuống (CPHA=1).
Sự kết hợp của SPOL và CPHA làm nên bốn chế độ hoạt động của SPI. Nhìn
chung việc chọn một trong bốn chế độ này không ảnh hưởng đến chất lượng
truyền thông mà chỉ cốt sao cho có sự tương thích giữa Master và Slave.
21
b. Giao tiếp MMC/SD Card
MMC là viết tắt của cụm từ Multi-Media Card và SD là Secure Digital
Card. Nhìn chung MMC và SD giống nhau về mặt cấu trúc vật lý và phương
thức giao tiếp. SD card xuất hiện sau MMC card nên SD card có nhiều tình
năng và tốc độ cao hơn MMC card. Tuy nhiên, đối với việc ghi-đọc MMC và
SD ở tốc độ thấp bằng các vi điều khiển (như AVR) thì sự khác nhau của hai
loại card này là không có nhiều khác biệt.
Về phương thức giao tiếp, MMC và SD card đều có thể được giao tiếp
thông qua hai chế độ cơ bản là SD/MMC mode và SPI mode. Giao tiếp bằng
mode SD/MMC có tốc độ cao nhưng đòi hỏi vi điều khiển cũng phải có tốc
độ cao. Mode này không phù hợp với việc giao tiếp bằng vi điều khiển.
Ngược lại, mode giao tiếp SPI tuy có tốc độ thấp hơn nhưng phù hợp với các
vi điều khiển như AVR.
Về hình dáng bên ngoài, MMC và SD có cùng kích thước và cấu trúc
chân gần như nhau, được thể hiện trong hình 3.
Hình 2.17: Bố trí chân của MMC và SD card
Như trình bày trong Hình 2.17, MMC card (bên phải) có 7 chân trong
khi SD card (bên trái) có 9 chân. Các chân thêm 8 và 9 trên SD card là các
22
chân dữ liệu của mode SD/MMC nên không quan trọng khi giao tiếp ở mode
SPI. Ngoài ra 7 chân còn lại trên SD card hoàn toàn giống với MMC. Dưới
đây là mô tả chức năng của 7 chân sử dụng trong mode SPI.
- Chân 1: CS (Chip Select) là chân chọn chip dùng trong mode SPI,
chân này nối với chân chọn chip của chip điều khiển

- Chân 2: DI (Data Input) hay là chân MOSI của chuẩn SPI, chân này
được nối với chân MOSI trên chip điều khiển.
- Chân 3, 6: là các chân GND.
- Chân 4: là chân nguồn nuôi thẻ.
- Chân 5: CLK là chân giữ nhịp trong mode SPI, chân này sẽ được nối
với SCK trên chip điều khiển.
- Chân 7: DO (Data Output) hay chân MISO của chuẩn SPI, chân này
được nối với chân MISO trên chip điều khiển.
Nguồn nuôi MMC/SD card: đây là điểm cần lưu ý khi sử dụng card
MMC/SD, nguồn cho các card này phải nằm trong khoảng 2.7V đến 3.6V.
Điều này thường gây khó khăn khi điều khiển MMC/SD card bằng các vi điều
khiển vì các mạch điều khiển thường dùng mức điện áp 5V. Vì thế, không
giống như các chip điện tử số thông thường, không được phép nối MMC/SD
card trực tiếp với các chip điều khiển có nguồn nuôi 5V. Vấn đề này có thể
được giải quyết bằng cách sử dụng IC nguồn LM1117-3.3 cho điện áp ra
3.3V phù hợp cho nguồn hoạt động của MMC/SD card. Kết nối mạch điều
khiển và MMC/SD card có thể thực hiện thông qua các chip buffer, qua
transitor, opto-transitor hay cầu chia áp điện trở…
Trên thị trường hiện nay có bán sẵn các module giao tiếp MMC/SD
card, nên có thể dễ dàng mua và sử dụng.
23
Hình 2.18: Module giao tiếp MMC/SD card
Hình 17 là một module giao tiếp MMC/SD card thông qua chuẩn giao
tiếp SPI, ngõ giao tiếp được cấu hình sẵn để dễ dàng kết nối với các vi điều
khiển AVR, 8051 và PIC. Có tích hợp sẵn điện áp 3.3V bằng IC nguồn
LM1117-3.3 và các cầu điện trở chia áp, đảm bảo điện áp giao tiếp giữa vi
điều khiển và thẻ nhớ là 3.3V.
3.2.2. Ghi và đọc dữ liệu thí nghiệm vào MMC/SD Card
a. Ghi dữ liệu
Với 6 loại tín hiệu cần thu thập để tiến hành phân tích, tiến hành thực

hiện chạy thí nghiệm trên một cung đường cố định, đo đạc, xử lý các tín hiệu
và lưu trữ vào thẻ nhớ. 6 loại tín hiệu cần thu thập bao gồm: tín hiệu đánh lửa
(n
e
), vận tốc (v), gia tốc (a), tín hiệu tay ga, tín hiệu vị trí tay số và tín hiệu
phanh. 6 tín hiệu này sẽ được vi điều khiển thu nhận từ các cảm biến, chuyển
đổi sang định dạng văn bản và lưu giữ vào thẻ nhớ.
24
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của module ghi-đọc dữ liệu qua thẻ nhớ
MMC/SD được trình bày trong Hình 2.18.
Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý module MMC/SD card
Các chân từ 1 đến 7 của MMC/SD card được kết nối như trong hình,
nguồn 3.3V cấp cho thẻ được cung cấp bởi một IC nguồn LM1117-3.3. Chân
CS được nối trực tiếp tới giắc CN3, ba chân SCK, DO và DI được nối với các
jump J1, J2 và J3 giúp cho việc lựa chọn vị trí các chân này trên giắc CN3
được linh hoạt hơn. Giắc CN1 là giắc dành cho vi điều khiển PIC nên không
đề cập đến ở đây. Dễ dàng nhận thấy ở các chân CS, DI và SCK đều có các
cầu chia áp điện trở nhằm đảm bảo điện áp hoạt động cho thẻ nằm trong
khoảng từ 2.7V đến 3.6V. Bốn chân CS, SCK, DI và DO sẽ được kết nối với
vi điều khiển Atmega32 như trong sơ đồ Hình 2.18.
25