Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo cabin học sinh phục vụ giảng dạy và
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.31 MB, 99 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
TẠ AN HOÀNG
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CABIN HỌC SINH
PHỤC VỤ GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP NGOẠI NGỮ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. NGUYỄN VĂN HÒA
Hà Nội – Năm 2015
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Cabin học
sinh phục vụ giảng dạy và học tập ngoại ngữ. Tôi đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ,
tạo điều kiện của các thầy cô Viện Điện, cán bộ các phòng, ban chức năng trƣờng
Đại học Bách khoa Hà nội. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Văn Hòa – thầy giáo
đã trực tiếp hƣớng dẫn và chỉ bảo cho tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, các lãnh đạo của tôi
đang công tác tại Trung tâm công nghệ Vi điện tử và Tin học – Viện ứng dụng công
nghệ và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Tạ An Hoàng
i
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
1. Những nội dung tôi thực hiện trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới
sự hướng dẫn trực tiếp của thầy TS. Nguyễn Văn Hòa.
2. Mọi thông tin dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác
giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
3. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Tác giả luận văn
Tạ An Hoàng
ii
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
Danh mục các bảng ...................................................................................................v
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ viii
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ...............................1
I.1. Một số phòng học ngoại ngữ hiện nay trên thị trƣờng ...............................1
I.2. Hệ thiết bị phòng học ngoại ngữ LABStore .................................................4
1. Giới thiệu chung về LABStore ..................................................................4
2. Các thiết bị trong hệ thống .........................................................................5
3. Các chức năng chính ..................................................................................7
I.3. Kết luận ...........................................................................................................8
CHƢƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .............................................................10
II.1. Thiết kế phần cứng tổng thể ......................................................................10
II.2. Khối xử lý trung tâm - ATMEGA128 .......................................................12
1. Sơ đồ chân và chức năng chi tiết của từng chân ......................................13
2. Chức năng ngắt ........................................................................................15
3. Các cổng vào ra ........................................................................................15
4. Timer/Counter 0 .......................................................................................15
5. Timer/Counter 1 và Timer/Counter 3 ......................................................15
6. Timer/Counter 2 .......................................................................................16
7. SPI ............................................................................................................16
8. USART ....................................................................................................16
9. TWI ..........................................................................................................17
10. Analog Comparator ..................................................................................17
11. ADC .........................................................................................................17
II.3. Khối hiển thị ................................................................................................20
1. Cấu tạo .....................................................................................................20
2. Cấu trúc GLCD ........................................................................................20
3. Thứ tự và chức năng các chân của GLCD ...............................................22
II.4. Khối giao tiếp bàn phím .............................................................................24
1. Cấu tạo .....................................................................................................24
2. Chức năng ................................................................................................24
3. Giới thiệu chung về bàn phím ..................................................................24
II.5. Khối truyền thông .......................................................................................26
1
Cấu tạo .....................................................................................................27
2
Chức năng ................................................................................................27
3
Giới thiệu chuẩn giao tiếp RS-232...........................................................27
iii
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
4
Giới thiệu chuẩn giao tiếp RS-485...........................................................30
5
Giới thiệu IC SN75176 ............................................................................31
II.6. Khối xử lý âm thanh ...................................................................................33
1. Cấu tạo .....................................................................................................33
2. Chức năng ................................................................................................34
3. Giới thiệu chung về chuẩn MP3 ..............................................................34
4. Giới thiệu về IC VS1011E .......................................................................36
II.7. Khối lƣu trữ dữ liệu ....................................................................................39
1. Cấu tạo .....................................................................................................39
2. Chức năng ................................................................................................40
3. Tổng quan về thẻ nhớ ..............................................................................40
4. Chế độ giao tiếp với thẻ nhớ ....................................................................41
5. Thứ tự và chức năng các chân của thẻ nhớ ..............................................41
II.8. Khối nguồn ..................................................................................................42
1. Cấu tạo .....................................................................................................42
2. Chức năng ................................................................................................42
3. Giới thiệu IC nguồn AMS1117................................................................43
II.9. Mạch in ........................................................................................................45
CHƢƠNG III: CẤU TRÚC PHẦN MỀM ............................................................50
III.1. Giao tiếp giữa vi điều khiển và các khối ngoại vi ...................................50
1. Giao tiếp với khối hiển thị .......................................................................50
2. Giao tiếp với bàn phím ............................................................................58
3. Truyền nhận với khối truyền thông .........................................................61
4. Giao tiếp với IC VS1011E .......................................................................63
5. Giao tiếp với thẻ nhớ ...............................................................................65
III.2. Các chức năng của Cabin .........................................................................72
1. Mode 1: Hội thoại đôi ..............................................................................73
2. Mode 2: Hội thoại nhóm ..........................................................................76
3. Mode 3: Phát biểu ý kiến .........................................................................78
4. Mode 4: Giáo viên gọi học viên...............................................................78
5. Mode 5: Tự học ........................................................................................79
6. Mode 6: Thi trắc nghiệm .........................................................................81
KẾT LUẬN ..............................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................85
PHỤ LỤC .................................................................................................................86
iv
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Danh mục các bảng
Bảng 2.1: Sơ đồ chân nối của ATmega128 với các ngoại vi ....................................19
Bảng 2.2: Chức năng chân của IC SN75175.............................................................32
Bảng 2.3: Chức năng các chân của VS1011E kiểu đóng gói LQFP-48....................38
Bảng 3.1: Cấu hình các chân để đọc trạng thái GLCD .............................................50
Bảng 3.2: Ý nghĩa các bit trạng thái của T-6963C....................................................51
Bảng 3.3: Ý nghĩa các chân trong Native Mode .......................................................65
Bảng 3.4: Ý nghĩa từng bit của phản hồi R1 .............................................................67
Bảng 3.5: Ý nghĩa từng bit trong byte 2 của phản hồi R2 ........................................68
Bảng 3.6: Tập lệnh cơ bản của thẻ nhớ .....................................................................69
v
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1: Mô hình phòng học dùng MCC-295NPS....................................................1
Hình 1.2: HiClass V của Ikonnet ................................................................................2
Hình 1.3: Phòng học ngoại ngữ LL3000 .....................................................................3
Hình 1.4: Mô hình phòng học LABStore ....................................................................5
Hình 2.1: Sơ đồ khối của Hộp thiết bị hiển thị và điều khiển ...................................10
Hình 2.2: Sơ đồ chân của ATmega128 .....................................................................13
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của khối hiển thị.............................................................20
Hình 2.4: Graphic LCD 240x128 ..............................................................................21
Hình 2.5: Sơ đồ khối của GLCD 240x128 ................................................................21
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp bàn phím .................................................24
Hình 2.7: Scan codes của bàn phím ..........................................................................25
Hình 2.8: Scan codes của phần mở rộng ...................................................................26
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý của khối truyền thông ....................................................26
Hình 2.10: Sơ đồ chân của loại giắc cắm DB-9 ........................................................28
Hình 2.11: Sơ đồ chân nhìn từ trên xuống của SN75175 .........................................31
Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý của SN75175 ................................................................32
Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý của khối âm thanh ........................................................33
Hình 2.14: VS1011E .................................................................................................36
Hình 2.15: Sơ đồ khối của VS1011E ........................................................................37
Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý của khối lƣu trữ dữ liệu................................................39
Hình 2.17: So sánh chân giữa hai loại thẻ MMC và SD ...........................................40
Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cung cấp ....................................................42
Hình 2.19: 3 kiểu đóng gói của IC AMS1117 ..........................................................44
Hình 2.20: Hình ảnh mạch in mặt trên của thiết bị ...................................................45
Hình 2.21: Hình ảnh mạch in mặt dƣới của thiết bị ..................................................46
Hình 3.1: Cấu trúc 8 bit trạng thái của T-6963C ......................................................50
Hình 3.2: Thiết lập dữ liệu với lệnh chỉ có một dữ liệu ............................................52
Hình 3.3: Thiết lập dữ liệu với lệnh có hai dữ liệu ...................................................53
Hình 3.4: Ví dụ quá trình ghi 1 byte dữ liệu vào RAM ngoài ..................................56
Hình 3.5: Lƣu đồ thực hiện việc Set/Reset một bit ...................................................57
Hình 3.6: Chuẩn cắm PS/2 ........................................................................................59
Hình 3.7: Giản đồ xung hƣớng truyền Bàn phím đến Host ......................................60
Hình 3.8: Giản đồ xung hƣớng truyền Host đến Bàn phím ......................................60
Hình 3.9: Quá trình truyền dữ liệu ra Bus .................................................................62
Hình 3.10: Quá trình nhận dữ liệu từ Bus .................................................................63
Hình 3.11: Luồng dữ liệu của VS1011E ...................................................................63
Hình 3.12: Kết nối cơ bản giữa Vi điều khiển và Thẻ nhớ .......................................65
Hình 3.13: Cấu trúc một khung lệnh và phản hồi .....................................................66
vi
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hình 3.14: Cấu trúc phản hồi R1 ..............................................................................67
Hình 3.15: Cấu trúc phản hồi R2 .............................................................................67
Hình 3.16: Cấu trúc phản hồi R3 ..............................................................................68
Hình 3.17: Cấu trúc của một gói dữ liệu ...................................................................70
Hình 3.18: Đọc một khối dữ liệu từ thẻ nhớ .............................................................70
Hình 3.19: Đọc nhiều khối dữ liệu từ thẻ nhớ ..........................................................71
Hình 3.20: Ghi một khối dữ liệu vào thẻ nhớ ...........................................................71
Hình 3.21: Ghi nhiều khối dữ liệu vào thẻ nhớ.........................................................71
Hình 3.22: Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình chính của vi điều khiển ........................73
Hình 3.23: Lƣu đồ thuật toán Mode hội thoại đôi ....................................................74
Hình 3.24: Màn hình Mode hội thoại đôi..................................................................75
Hình 3.25: Lƣu đồ thuật toán hội thoại nhóm ...........................................................76
Hình 3.26: Màn hình hội thoại nhóm ........................................................................77
Hình 3.27: Lƣu đồ thuật toán tự học .........................................................................79
Hình 3.28: Màn hình tự học ......................................................................................80
Hình 3.29: Lƣu đồ thuật toán thi trắc nghiệm ...........................................................81
Hình 3.30: Màn hình thi trắc nghiệm ........................................................................82
Hình 4.1: Thiết bị hiển thị và điều khiển ..................................................................86
Hình 4.2: Bàn phím ...................................................................................................86
Hình 4.3: Tai nghe và Micro .....................................................................................87
Hình 4.4: Hình ảnh thực tế của một cabin học viên ..................................................88
Hình 4.5: Phòng học ngoại ngữ LABStore tại Trƣờng Học viện Hậu Cần – Hà Nội
...................................................................................................................................88
Hình 4.6: Phòng học ngoại ngữ LABStore tại Trƣờng Hằng Hải – Hải Phòng .......89
vii
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh toàn cầu hóa, càng ngày càng có nhiều công ty đa quốc gia tham
gia vào nền kinh tế của Việt Nam thì ngoại ngữ đóng vai trò then chốt để phát triển
và hội nhập. Kinh nghiệm của các nƣớc đã và đang phát triển trên thế giới cũng nhƣ
khu vực châu Á – Thái Bình Dƣơng đã chỉ rõ, trong những điều kiện cần thiết để
hội nhập và phát triển thì ngoại ngữ là điều kiện tiên quyết. Nên việc học ngoại ngữ
đã và đang trở thành xu hƣớng của bất kỳ ngƣời nào. Đơn giản chỉ vì, với chỉ tiếng
mẹ đẻ, bạn có thể sẽ mất đi cơ hội làm việc trong các công ty đa quốc gia hay giảm
đi năng lực cạnh tranh đối với những ứng viên thông thạo thêm ngoại ngữ khác.
Nếu nhƣ khoảng chục năm trƣớc đây, học ngoại ngữ chỉ đƣợc thấy trong các lớp
học chính khóa dƣới sự hƣớng dẫn của các giáo viên ngƣời Việt Nam, cách học tập
trung quá nhiều vào ngữ pháp, máy móc và thụ động khiến việc học ngoại ngữ trở
thành một “cực hình”, học xong lại quên vì không đƣợc áp dụng vào thực tế.
Nhận thức rõ vấn đề này, ngày 30 tháng 9 năm 2008, Thủ tƣớng Chính phủ đã
ký Quyết định 1400/QĐ-TTg phê duyệt đề án “Dạy và học ngoại ngữ trong hệ
thống giáo dục quốc dân giai đoạn 2008-2020” với mục tiêu chung là “Đổi mới
toàn diện việc dạy và học ngoại ngữ trong hệ thống giáo dục quốc dân, triển khai
chương trình dạy và học ngoại ngữ mới ở các cấp học, trình độ đào tạo, nhằm đến
năm 2015 đạt được một bước tiến rõ rệt về trình độ, năng lực sử dụng ngoại ngữ
của nguồn nhân lực, nhất là đối với một số lĩnh vực ưu tiên; đến năm 2020 đa số
thanh niên Việt Nam tốt nghiệp trung cấp, cao đ ng và đại học c đủ năng lực
ngoại ngữ sử dụng độc lập, tự tin trong giao tiếp, học tập, làm việc trong môi
trường hội nhập, đa ngôn ngữ, đa văn hoá; biến ngoại ngữ trở thành thế mạnh của
người dân Việt Nam, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.”
Công văn số 5893/BGDĐT- CSVCTBTH ký ngày 06 tháng 09 năm 2011 về
viếc hƣớng dẫn mua sắm thiết bị dạy học môn ngoại ngữ theo tiêu chuẩn mới.
Hiện các tổ chức, cơ quan trung ƣơng và địa phƣơng đã, đang quan tâm đầu tƣ
mạnh mẽ các hệ thiết bị phòng vụ cho đào tạo ngoại ngữ tuy nhiên còn có một số
nhƣợc điểm nhƣ:
viii
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
-
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Các hệ thiết bị phòng học ngữ âm thông thƣờng chỉ nghe, nói, giao tiếp qua
âm thanh còn các hình ảnh, thông tin minh họa phải xem trên thiết bị trình
chiếu vì vậy tính hiệu quả chƣa cao.
-
Các hệ thiết bị phòng học ngoại ngữ kết hợp với mạng máy tính giá thành
còn cao, việc vận hành đòi hỏi trình độ tin học chƣa tốt. Vì vậy, về cơ bản
không đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng rộng rãi của toàn xã hội.
-
Các hệ thiết bị đƣợc nhập ngoại về cơ bản có chức năng tƣơng đƣơng với
yêu cầu của Công văn số : 5893/BGDĐT- CSVCTBTH ký ngày 06 tháng 09
năm 2011. Tuy nhiên một số chức năng không đúng với quy định của Việt
Nam, giá thành hệ thống còn rất cao, thời gian đáp ứng lắp đặt bảo hành
không đảm bảo.
Để giải quyết các vấn đề nêu trên, Trung tâm Công nghệ Vi điện tử và Tin học –
Viện Ứng dụng Công nghệ đã giới thiệu hệ thiết bị học ngoại ngữ LABStore. Nó là
phƣơng tiện phục vụ cho công tác giảng dạy, quản lý nhằm nâng cao hiệu quả đào
tạo. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, luận văn “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
Cabin học sinh phục vụ giảng dạy và học tập ngoại ngữ” chỉ đề cập đến phần thiết
kế, chế tạo Cabin học sinh – là một phần quan trọng của phòng học LABStore này.
Nội dung luận văn đƣợc chia làm 3 chƣơng:
- Chƣơng I: Giới thiệu một số phòng học ngoại ngữ hiện nay trên thị trƣờng
và cấu trúc của một phòng học LABStore.
- Chƣơng II: Thiết kế phần cứng cho một Cabin học sinh.
- Chƣơng III: Cấu trúc phần mềm của một Cabin học sinh.
ix
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
I.1. Một số phòng học ngoại ngữ hiện nay trên thị trƣờng
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất thiết bị học ngoại ngữ đã và
đang đƣợc chào bán tại Việt Nam. Tuy nhiên các hệ thiết bị đƣợc chia thành hai
nhóm nhƣ:
-
Hệ thiết bị phòng học đa năng: hệ này ngoài các thiết bị chuyên dụng của
nhà sản xuất, nó còn phải kết hợp với mạng LAN. Hệ này có giá thành rất
cao (hơn 1 tỷ đồng cho 1 phòng học 48 học viên), đòi hỏi ngƣời sử dụng có
trình độ về tin học.
Hình 1.1: Mô hình phòng học dùng MCC-295NPS
1
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hình 1.2: HiClass V của Ikonnet
-
Hệ thiết bị phòng học truyền thống: Hệ thiết bị bao gồm 01 máy tính cho
giáo viên, bảng điều khiển, hệ thống cáp, thiết bị trình chiếu (Tivi hoặc máy
chiếu), mỗi bàn học viên có 01 card âm thanh (có các nút điều chỉnh âm
lƣợng, nút nhấn dùng cho thi trắc nghiệm). Hệ thiết bị này giá cả phù hợp với
điều kiện kinh tế của nƣớc ta. Tuy nhiên, hệ thiết bị không cho phép rèn
luyện kỹ năng viết trong các kỹ năng “Nghe, nói, đọc, viết” trong việc học
ngoại ngữ.
2
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hình 1.3: Phòng học ngoại ngữ LL3000
3
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
I.2. Hệ thiết bị phòng học ngoại ngữ LABStore
1. Giới thiệu chung về LABStore
LABStore là một hệ thiết bị phòng học ngoại ngữ của Trung tâm Công nghệ Vi
điện tử và Tin học – Viện Ứng dụng Công nghệ. Nó là phƣơng tiện phục vụ cho
công tác giảng dạy, quản lý nhằm nâng cao hiệu quả đào tạo. Tạo cho học viên có
cảm giác hứng thú khi tiếp thu bài giảng, đặc biệt với phần mềm thi trắc nghiệm sẽ
giúp cho học viên luyện bài và làm quen với việc thi trắc nghiệm. Hệ thiết bị
phòng học ngoại ngữ - LABStore sẽ đáp ứng đƣợc mục tiêu cụ thể nhƣ sau:
-
Cho phép thực hiện giao tiếp đa chiều giữa giáo viên với học viên, giữa các
học viên với nhau.
-
Cho phép giáo viên kiểm soát đƣợc việc đàm thoại của các học viên.
-
Cho phép ghi âm đàm thoại giữa giáo viên và học viên, giữa các học viên với
nhau
-
Phần mềm thi trắc nghiệm giúp cho học viên luyện tập, nâng cao kỹ năng
làm bài thi trắc nghiệm.
-
Cho phép giáo viên lấy ý kiến phát biểu của học bất kỳ truyền đến một hay
nhiều học viên khác cùng nghe.
-
Cho phép sử dụng các loại giáo án, giáo trình điện tử hoặc ghép nối với hệ
thống khác (băng Cassette, băng Video, đĩa CDROM).
-
Giao diện thiết kế theo kiểu nút lệnh trên cùng một màn hình điều khiển,
đƣợc sử dụng ngôn ngữ tiếng Việt, giúp ngƣời sử dụng khai thác thuận tiện.
-
Hệ thống cho phép thay đổi số lƣợng Cabin học viên tuỳ vào nhu cầu thực tế
của đơn vị sử dụng.
-
Giá thành rất thấp so với sản phẩm nhập khẩu cùng loại.
4
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
2. Các thiết bị trong hệ thống
Hình 1.4: Mô hình phòng học LABStore
5
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Thiết bị hệ thống bao gồm: Nguồn nuôi chuyên dụng, hộp điều khiển giáo
viên, hộp nhận tín hiệu điều khiển và khuyếch đại tín hiệu âm thanh bàn học viên.
Tất cả đƣợc kết nối theo chuẩn hình sao và kết nối với máy tính. Phần mềm điều
khiển đƣợc cài trên máy tính (bàn giáo viên) thực hiện điều khiển toàn bộ chức
năng của hệ thống và đặc biệt phần mềm thi trắc nghiệm cho phép giáo viên tạo
ngân hàng câu hỏi mới, sử dụng ngân hàng câu hỏi có sẵn, định dạng đề thi và tổ
chức thi.
-
Máy tính điều khiển:
Phần mềm điều khiển và thi trắc nghiệm đƣợc cài trên máy tính bàn giáo
viên. Máy tính cung cấp các dịch vụ hỗ trợ giảng dạy bao gồm các Files giáo
trình, cơ sở dữ liệu, truyền thông, in ấn, ... tạo và sử dụng ngân hàng câu hỏi thi
trắc nghiệm, tổ chức thi trắc nghiệm.
-
Nguồn nuôi chuyên dụng:
Nguồn nuôi chuyên dụng cung cấp điện một chiều cho toàn bộ hệ thống.
-
Thiết bị bàn giáo viên:
Hộp điều khiển bàn giáo viên: Nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính qua cổng
máy tính, xử lý tín hiệu, điều khiển hộp học viên.
Bộ chia tín hiệu: Kết nối, xử lý tín hiệu âm thanh, hình ảnh máy tính và các
thiết bị ngoại vi khác nhƣ cassette, thiết bị phát hình truyền tải tới các hộp học viên.
-
Thiết bị bàn học viên:
Mỗi cabin học viên cần 01 hộp nhận tín hiệu điều khiển, lƣu trữ thông tin,
bàn phím, màn hình. (Số lƣợng cabin, sơ đồ lắp đặt đƣợc thiết kế trên cơ sở khảo sát
thực tế và yêu cầu của đơn vị sử dụng).
Khối lƣu trữ thông tin cho phép cập nhật dữ liệu bài giảng và các files dữ
liệu khác.
Bàn phím giúp học viên nhập và kích hoạt chức năng.
Màn hình hiển thị hiển thị tín hiệu bài giảng và phục vụ chức năng thi trắc
nghiệm.
-
Hệ thống cáp sử dụng:
6
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hệ thống cáp kết nối hệ thống đƣợc đấu theo hình sao. Đấu mạng theo kiểu
này giúp ngƣời dùng dễ quản lý, có khả năng phân tách sự cố rất tốt.
-
Tai nghe hệ thống
-
Card khuếch đại tín hiệu Video
-
Các thiết bị khác:
Cassette: cung cấp tín hiệu âm thanh cho hệ thống từ các băng, đĩa giáo trình.
Máy in: In ấn tài liệu, đề thi trắc nghiệm.
Tivi hoặc máy chiếu: hiển thị hình ảnh của các giáo trình bài giảng, băng đĩa
có dạng Video
Máy quét: Quét, tạo dữ liệu bài giảng thành dạng dữ liệu số, quét ảnh học
viên đăng nhập để hiển thị trên màn hình điều khiển phục vụ việc quản lý.
Bàn, ghế: Kích thƣớc bàn, ghế đƣợc thiết kế đồng bộ theo tiêu chuẩn.
3. Các chức năng chính
a. Chức năng giảng dạy
- Giảng bài dƣới dạng âm thanh: Truyền tín hiệu bài giảng một chiều từ giáo
viên tới các học viên.
- Giảng bằng Video: Truyền giáo trình, các files dữ liệu bài giảng đến màn hình
của học viên kết nối đồng thời với Tivi hoặc máy chiếu. Các dữ liệu này đƣợc
lƣu lại tại máy của học viên phục vụ cho chức năng tự học.
- Hội thoại đôi: Cho phép từng cặp học viên trao đổi với nhau bằng ký tự (sử
dụng bàn phím) và âm thanh; trong chức năng này giáo viên có thể truy cập
kiểm tra và tham gia vào cặp bất kỳ.
- Hội thoại nhóm: Giáo viên có thể chọn nhóm học viên bất kỳ để trao đổi bài
với nhau.
- Trao đổi trực tiếp với giáo viên: Giáo viên kích vào biểu tƣợng học viên (Icon)
của một học viên hoặc một nhóm học viên bất kỳ để trao đổi trực tiếp. Trong
7
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
chức năng này giáo viên có thể cho các học viên còn lại nghe hoặc không nghe
cuộc trao đổi.
- Kích hỏi giáo viên: Tất cả các học viên đều có thể kích phát tín hiệu hỏi giáo
viên từ cabin của mình. Tín hiệu đƣợc truyền là âm thanh và thay đổi màu sắc
tại Icon kích hỏi.
- Chế độ tự học: Dữ liệu bài giảng, các files giáo trình đƣợc lƣu trên bộ nhớ của
khối học viên, học viên có thể mở và tự học trên máy riêng của mình.
- Lƣu bài giảng: Cho phép giáo viên giáo viên lƣu bài giảng dƣới dạng âm
thanh.
b. Chức năng thi trắc nghiệm
- Ngân hàng câu hỏi: Giáo viên đƣợc sử dụng ngân hàng câu hỏi có sẵn hoặc
soạn thảo ngân hàng câu hỏi mới. Có 2 loại câu hỏi đó là câu hỏi đơn và câu hỏi
nhóm.
- Định dạng đề thi: Giáo viên đƣợc phép định lƣợng câu hỏi, số câu hỏi khó, số
câu hỏi dễ và cho thang điểm từng loại câu hỏi này.
- Thi trắc nghiệm trên hệ thống: Hệ thống cho phép tổ chức thi trắc nghiệm trực
tiếp trên từng vị trí học viên.
- Thi trắc nghiệm trên giấy: Sau khi giáo viên định dạng đề thi, đề thi đƣợc sinh
ngẫu nhiên thành dạng bản ghi và in trên giấy. Học viên làm bài xong, nộp bài,
giáo viên chấm bài bằng chƣơng trình theo các đề đã đƣợc lƣu trên máy tính
trƣớc khi in.
- Xử lý kết quả thi: Chƣơng trình tự động chấm, tạo bảng điểm và ghi lƣu đề thi
.
I.3. Kết luận
Hệ thống phòng học LABStore có thể đƣợc chia làm 3 thành phần chính là
Thiết bị bàn giáo viên, Cabin học viên và Thiết bị khác. Trong đó thiết bị bàn giáo
viên gồm: Máy tính giáo viên, Hộp điều khiển bàn giáo viên, Bộ chia tín hiệu.
Cabin học viên gồm: Bàn phím, Thiết bị hiển thị và điều khiển, Tai nghe và Micro.
Các thiết bị khác gồm: Nguồn nuôi chuyên dụng, Hệ thống cáp, máy in, máy chiếu,
8
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
... Do giới hạn về thời gian, nội dung của luận văn chỉ đề cập vào phần thiết kế
Cabin. Chƣơng II sẽ đi vào phần thiết kế phần cứng của một Cabin học viên.
9
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
CHƢƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
II.1. Thiết kế phần cứng tổng thể
Một Cabin học viên gồm 3 khối chính là:
-
Tai nghe và Micro
-
Bàn phím
-
Thiết bị hiển thị và điều khiển
Trong 3 khối đó thì Bàn phím, tai nghe và micro là các thiết bị đƣợc mua sẵn
trên thị trƣờng. Còn khối quan trọng nhất là Thiết bị hiển thị và điều khiển đƣợc
thiết kế. Hình 2.1 là sơ đồ khối của hộp Thiết bị hiển thị và điều khiển.
Khối lưu trữ dữ
liệu
Khối hiển thị
Khối xử lý
trung tâm
Khối nguồn
Khối truyền
thông
Khối xử lý âm
thanh
Khối giao tiếp
với bàn phím
Hình 2.1: Sơ đồ khối của Hộp thiết bị hiển thị và điều khiển
10
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hộp thiết bị hiển thị và điều khiển gồm 7 khối cơ bản:
-
Khối xử lý trung tâm
-
Khối hiển thị
-
Khối giao tiếp bàn phím
-
Khối truyền thông
-
Khối xử lý âm thanh
-
Khối lƣu trữ dữ liệu
-
Khối nguồn
Trong đó Khối xử lý trung tâm là quan trọng nhất, nó có nhiệm vụ xử lý và
liên kết các khối còn lại với nhau. Để thực hiện đƣợc tất cả các chức năng của
phòng học ngoại ngữ LABStore, khối xử lý trung tâm đƣợc chọn là vi điều khiển
ATMEGA128 của hãng Atmel.
11
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
II.2. Khối xử lý trung tâm - ATMEGA128
Khối xử lý trung tâm đƣợc chọn là vi điều khiển ATMEGA128 – đây là vi
điều khiển thuộc dòng AVR do hãng Atmel (Mỹ) sản xuất và đƣợc giới thiệu lần
đầu năm 1996. AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng TinyAVR
(Attiny13, Attiny22, ..) có kích thƣớc bộ nhớ nhỏ, ít ngoại vi. Đến dòng AVR
(AT90S8535, AT90S8515, …) có kích thƣớc bộ nhớ trung bình. Và đến những
dòng mạnh hơn nhƣ dòng Mega (ATmega32, ATmega128,…). Trong luận văn này
ta chọn chip ATMEGA128 của Atmel vì chip này có tốc độ xử lý nhanh (lên tới
16MIPS – 16 triệu lệnh/giây) và có bộ nhớ vừa đủ lớn (128KByte) để thực hiện
đƣợc các yêu cầu của phòng học ngoại ngữ LABStore.
Những tính năng chính của ATmega128:
-
53 đƣờng lập trình vào/ra đa chức năng
-
128KB bộ nhớ Flash
-
4KB EEPROM
-
4KB SRAM
-
Số lần ghi/xóa tối đa: 10000 đối với Flash và 100000 đối với EEPROM
-
Hỗ trợ giao diện sửa lỗi JTAG
-
2 Timer/Counter 8-bit
-
2 Timer/Counter 16-bit
-
Hỗ trợ bộ đếm thời gian thực RTC (Real Time Counter)
-
2 kênh PWM 8-bit
-
8 kênh ADC 10-bit
-
1 giao diện TWI
-
1 giao diện SPI
-
2 giao diện USART
-
1 bộ Watchdog Timer
-
Tần số hoạt động: 0-16MHz
-
Điện áp hoạt động: 2.7-5.5V
12
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
1. Sơ đồ chân và chức năng chi tiết của từng chân
Hình 2.2: Sơ đồ chân của ATmega128
VCC: đây là chân cấp nguồn cho vi điều khiển Atmega128. Gồm có 2 chân ở các vị
trí 21 và 52. Các chân này đều đƣợc nối thông với nhau ở bên trong chip tạo thuận
lợi cho ngƣời thiết kế mạch.
GND: chân cấp đất cho vi điều khiển Atmega128. Gồm có 3 chân ở vị trí 22, 52 và
63.
13
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
PORTA: (PA0…7) là cổng vào ra 8-bit . Vị trí các chân là từ 44 (PA7) đến 50
(PA0). Mỗi bit của PORTA có điện trở treo lên nguồn ở bên trong chip.
PORTB: (PB0…7) là cổng vào ra 8-bit . Vị trí các chân là từ 10 (PB0) đến 17
(PB7). Mỗi bit của PORTB có điện trở treo lên nguồn ở bên trong chip.
PORTC: (PC0…7) là cổng vào ra 8-bit . Vị trí các chân là từ 35 (PC0) đến 42
(PC7). Mỗi bit của PORTC có điện trở treo lên nguồn ở bên trong chip.
PORTD: (PD0…7) là cổng vào ra 8-bit . Vị trí các chân là từ 25 (PD0) đến 42
(PD7). Mỗi bit của PORTD có điện trở treo lên nguồn ở bên trong chip.
PORTE: (PE0…7) là cổng vào ra 8-bit . Vị trí các chân là từ 2 (PE0) đến 9 (PE7).
Mỗi bit của PORTE có điện trở treo lên nguồn ở bên trong chip.
PORTF: (PF0…7) là cổng vào ra 8-bit . Vị trí các chân là từ 54 (PF7) đến 61
(PF0). Mỗi bit của PORTF có điện trở treo lên nguồn ở bên trong chip.
PORTG: (PG0…4) là cổng vào ra 8-bit . Vị trí 33 (PG0), 34 (PG1), 43 (PG2), 18
(PG3), 19 (PG4). Mỗi bit của PORTG có điện trở treo lên nguồn ở bên trong chip.
RESET: chân 20, đây là chân Reset của vi điều khiển. Khi kéo chân này xuống
mức thấp trong khoảng thời gian tối thiểu 1.5 us thì vi điều khiển sẽ bị reset. Nếu
thời gian nhỏ hơn khoảng thời gian này thì vi điều khiển sẽ không bị reset.
XTAL1: chân 24, đầu vào của bộ tạo dao động thạch anh cho vi điều khiển.
XTAL2: chân 25, đầu ra của bộ tạo dao động thạch anh cho vi điều khiển.
AVCC: chân 64, đây là nguồn cho PORTF và bộ chuyển đổi A/D của vi điều khiển.
Chân này nên đƣợc nối với VCC ngay cả khi bộ chuyển đổi A/D không đƣợc sử
dụng.
AREF: chân 62, đây là chân điện áp tham chiếu cho bộ chuyển đổi A/D.
PEN: chân 1, đây là chân cho phép nạp khi sử dụng chế độ nạp SPI, chân này có
điện trở nội treo lên nguồn. Bằng việc giữ chân này ở mức thấp trong khi vi điều
khiển reset, Atmega128 sẽ vào chế độ nạp. Khi vi điều khiển hoạt động thì chân này
không có tác dụng.
14
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
2. Chức năng ngắt
Atmega128 có tổng cộng 32 nguồn ngắt, trong đó có 8 ngắt ngoài đƣợc nối
trực tiếp đến 8 chân của vi điều khiển (INT0 đến INT7) và 24 nguồn ngắt đƣợc trích
từ các ngoại vi của vi điều khiển.
3. Các cổng vào ra
Atmega128 có tổng cộng 7 cổng vào ra (PORTA đến PORTG ), gồm 54
chân. Để nhằm tiết kiệm số lƣợng chân cho vi điều khiển, mỗi chân đƣợc nhúng
thêm nhiều chức năng của ngoại vi. Do đó nó có thể đƣợc cấu hình nhƣ chân vào ra
thông thƣờng hoặc chân của chức năng ngoại vi tƣơng ứng. Tại một thời điểm chỉ
có một chức năng có tác dụng.
4. Timer/Counter 0
Timer/Couter 0 là một mô đun 8-bit, gồm có các chức năng chính:
-
Thanh đếm 8-bit.
-
Tự động Reset thanh ghi đếm khi đạt mức so sánh.
-
Tạo xung PWM trên chân 14 (chức năng OC0).
-
Hỗ trợ bộ chia xung clock 10-bit.
-
Cung cấp nguồn ngắt tràn và nguồn ngắt so sánh.
-
Cho phép lấy xung clock từ nguồn ngoài (chân 18, 19-TOSC2, TOSC1).
5. Timer/Counter 1 và Timer/Counter 3
Là mô đun 16-bit. Mỗi mô đun gồm có các chức năng chính:
-
Thanh ghi đếm 16-bit.
-
Tự động Reset thanh ghi đếm khi đạt mức so sánh.
-
Có 3 chân tạo PWM riêng biệt (OC1A, OC1B, OC1C, OC3A, OC3B và
OC3C).
-
Có 1 chân so sánh đầu vào (Input Capture).
-
Có nhiều chế độ PWM.
-
Có bộ tính toán tần số đếm.
-
Hỗ trợ đếm từ các nguồn từ các sự kiện ngoài.
-
Có 10 nguồn tạo ngắt độc lập.
15
