THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ 2, 2016-2017
Lớp Chính quy VP– Nhóm P01
Môn thi: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG - Thời gian: 60 phút
(Sinh viên được phép tham khảo tài liệu;
Sinh viên không được phép sử dụng máy vi tính, laptop)
Bài 1: (2.5đ) Xét một hệ thống nhúng điều khiển xe robot tự hành. Hệ thống gồm: 1 vi điều khiển PIC16F877, 2 động cơ
điều khiển 2 bánh xe, 1 module GPS/GSM, và bộ nguồn pin. Robot được lập trình để đi theo lộ trình cho trước được định
vị tọa độ nhờ bộ GPS, tọa độ của robot luôn được gửi về trung tâm qua giao tiếp 3G.
Hãy phân tích các vấn đề sau:
a) Phân tích constraint: liệt kê ít nhất 5 constraints, với các thông số giả định tự cho.
b) Phân tích functions: cho biết các vấn đề có thể phát sinh về chức năng, và cách khắc phục
c) Phân tích realtime: cho biết hệ thống thuộc none/hard/soft realtime, độ trễ tối đa cho phép ?
d) Phân tích concurrent: cho biết các tác vụ cần xử lý đồng thời
e) Phân tích reactive: cho biết hệ thống thuộc loại phản ứng nào, có chu kỳ hay không có chu kỳ, tại sao?
Bài 2: (2.5đ) Trả lời các câu hỏi sau về vi điều khiển PIC16F877
a) Vi điều khiển PIC16F877 có bao nhiêu bộ nhớ chương trình, bao nhiêu bộ nhớ dữ liệu?
b) Hãy liệt kê các ngoại vi của vi điều khiển PIC16F877
c) Hãy cho biết cách cài đặt PIN_B5 là xuất, các PIN còn lại của PortB là nhập
d) Địa chỉ của thanh ghi EECON1 và EECON2 là gì? Thuộc bank nào?
e) PIC16F877 có hỗ trợ ngõ vào analog không? Nếu có, chân nào là ngõ vào analog?
Bài 3: (5 điểm) Cho một hệ thống nhúng quản lý nhiệt độ phòng máy chủ server, được mô tả như sau:
 Vi điều khiển: PIC16F877, thạch anh 20MHz
 Ngoại vi:
o Cảm biến nhiệt độ LM35
o Còi báo động được điều khiển thông qua transistor
o Đèn cảnh báo, được điều khiển thông qua relay.
o 2 bộ LED 7 đoạn, nối anode chung.
 Hoạt động: hệ thống đọc nhiệt độ từ cảm biến LM35, và hiển thị lên LED 7 đoạn. Nếu nhiệt độ phòng vượt quá
50 độ C, thì còi sẽ báo động, đồng thời đèn cảnh báo sáng.
a) (2đ) Hãy viết đặc tả phần cứng cho hệ thống trên và vẽ sơ đồ khối phần cứng
b) (1đ) Vẽ sơ đồ mạch chi tiết cho hệ thống.

c) (2đ) Hãy viết đặc tả phần mềm cho hệ thống trên và vẽ lưu đồ giải thuật chương trình chính

Người ra đề:

TS. Trương Quang Vinh

ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ 1, 2017-2018 - ĐÁP ÁN
Lớp Chính quy – Ngày 10/10/2017
Môn thi: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG - Thời gian: 60 phút
(Sinh viên được phép tham khảo tài liệu;
Sinh viên không được phép sử dụng máy vi tính, laptop)


Bài 1: Xét một hệ thống nhúng điều khiển hệ thống bơm xăng tự động được mô tả như sau. Khi cò bơm được kích hoạt,
hệ thống chạy máy bơm xăng cho người dùng. Hệ thống đo lưu lượng xăng bằng cảm biến lưu lượng có độ chính xác
0,5%, thông tin khối lượng xăng được hiển thị trên màn hình led 7 đoạn 6 số. Người sử dụng có thể sử dụng bàn phím để
cài đặt trước số lit xăng được bơm.
1. Hãy phân tích các vấn đề sau:
a) Phân tích constraint: liệt kê ít nhất 3 constraints, với các thông số giả định tự cho.
Các thông số ràng buộc (giả định):
 Giá thành không quá 1 triệu
 Độ chính xác 0,5%
 Tuổi thọ bền 5 năm
b) Phân tích functions: cho biết các vấn đề có thể phát sinh về chức năng, và cách khắc phục
Hệ thống bơm có thể bị lỗi sinh nhiệt gây cháy nổ, cần có cảm biến nhiệt độ để phát hiện lỗi động cơ.
Cảm biến lưu lượng xăng có thể bị lỗi gây ra thiệt hại cho người dùng. Cần có cơ chế kiểm tra và phát hiện nếu cảm biến
bị lỗi.
c) Phân tích realtime: cho biết hệ thống thuộc none/hard/soft realtime, độ trễ tối đa cho phép ?
Hệ thống thuộc loại soft real-time, độ trễ điều khiển 1 ms.
d) Phân tích concurrent: cho biết các tác vụ cần xử lý đồng thời

Các tác vụ cần xử lý đồng thời bao gồm:
 Đọc cảm biến lưu lượng
 Hiển thị LED 7 đoạn
 Điều khiển bơm xăng
 Đọc trạng thái bàn phím, cò bơm
e) Phân tích reactive: cho biết hệ thống thuộc loại phản ứng nào, có chu kỳ hay không có chu kỳ, tại sao?
Hệ thống thuộc loại hoạt động không liên tục (power on demand)
Các sự kiện xử lý có không có tính chu kỳ bao gồm: cò bơm, trạng thái bàn phím, điều khiển bơm.
2. (1.0đ) Hãy viết đặc tả sản phẩm của hệ thống trên.
Đặc tả sản phẩm: (mô tả sản phẩm ở góc độ người dùng)
- Chức năng: hệ thống điều khiển bơm xăng có chức năng bơm xăng cho người dùng và đo lưu lượng xăng được bơm.
Người sử dụng có thể sử dụng bàn phím để cài đặt trước số lit xăng được bơm.
- Giao tiếp người dùng: màn hình LED 7 đoạn 6 số và bàn phím
- Các thông số: độ chính xác 0,5%, máy bơm 900W

3. (1.5đ) Viết đặc tả kỹ thuật của hệ thống trên và vẽ sơ đồ khối.
Đặc tả kỹ thuật: (mô tả sản phẩm ở góc độ người thiết kế)
Nguyên lý hoạt động: Khi người dùng bật cò bơm, hệ thống điều khiển bơm xăng hoạt động, và ghi nhận dung lượng xăng
được bằng bằng cảm biến, đồng thời hiển thị lên LED 7 đoạn 6 con số. Khi người dùng nhập số lượng lit xăng và cho
phép bơm, hệ thống điều khiển bơm xăng đúng dung lượng đã cài đặt trên bàn phím.
Yêu cầu phần cứng: hệ thống cần 1 vi xử lý, 1 động cơ bơm 900W, 1 cảm biến lưu lượng chính xác 0,5%, LED 7 đoạn 6
số
Yêu cầu phần mềm: hệ thống cần chương trình sau
- Chương trình điều khiển động cơ
- Chương trình đọc cảm biến lưu lượng,
- Chương trình điều khiển hiển thị LED 7 đoạn 6 số


- Chương trình chính điều khiển hoạt động của hệ thống
Sơ đồ khối:

LED 7 đoạn

Cảm biến lưu
lượng

Vi xử lý

Máy bơm

Bàn phím

Bài 3: (5 điểm) Cho một hệ thống quang báo điều khiển LED chào mừng kỷ niệm 60 năm Bách Khoa như sau:
 Vi điều khiển: PIC16F877, thạch anh 20MHz
 Ngoại vi:
o Bảng LED ma trận 8x32: giao tiếp qua GPIO 16 bit
o 2 nút nhấn: RESET và MODE
o 1 công tắc switch: CONTROL
o Module SIM900 để điều khiển từ xa qua tin nhắn, giao tiếp với vi xử lý qua UART
 Hoạt động: Sau khi hệ thống RESET, hệ thống hiển thị câu chào trên bảng LED. Nếu công tắc CONTROL = 1, hệ
thống cho phép cập nhật thông báo qua SIM900, ngược lại CONTROL =1, hệ thống không cho phép cập nhật
thông báo qua SIM900. Khi người dùng nhấn nút MODE hệ thống sẽ chuyển sang hiệu ứng chạy chữ; nếu nhấn
nút lần nữa, chữ sẽ đứng yên.
d)

(2đ) Hãy viết đặc tả phần cứng cho hệ thống trên và vẽ sơ đồ khối phần cứng
Đặc tả phần cứng hệ thống:
Phần cứng của hệ thống bao gồm:
 Vi điều khiển: PIC16F877, thạch anh 20MHz
 Ngoại vi:
o Bảng LED ma trận 8x32: giao tiếp qua GPIO 16 bit

o 2 nút nhấn: RESET và MODE
o 1 công tắc switch: CONTROL
o Module SIM900 để điều khiển từ xa qua tin nhắn, giao tiếp với vi xử lý qua UART
 Nguyên lý hoạt động: Sau khi hệ thống RESET, hệ thống hiển thị câu chào trên bảng LED. Nếu công tắc
CONTROL = 1, hệ thống cho phép cập nhật thông báo qua SIM900, ngược lại CONTROL =0, hệ thống
không cho phép cập nhật thông báo qua SIM900. Khi người dùng nhấn nút MODE hệ thống sẽ chuyển
sang hiệu ứng chạy chữ, nếu nhấn nút lần nữa, chữ sẽ đứng yên.
Sơ đồ khối phần cứng:


Bảng LED

RESET

PIC16F877
SIM900

MODE

CONTROL

e) (2đ) Vẽ sơ đồ mạch chi tiết cho hệ thống.
LED MATRIX 8x32

LED15

C1

13
14

1

X1
20MHz

C2

MODE
2
CONTROL 3
4
5
6
7

22p

R1
RESET

MODE

8
9
10

10k

R2
MODE

LED0

U1

22p

10k

.....

OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
MCLR/Vpp/THV

RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/AN4/SS
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RE0/AN5/RD
RC2/CCP1
RE1/AN6/WR
RC3/SCK/SCL
RE2/AN7/CS
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO
RC6/TX/CK

RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7

R3
CONTROL

10k

RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD

33
34
35
36
37
38

39
40

LED0
LED1
LED2
LED3
LED4
LED5
LED6
LED7

15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30

TX

RX

SIM900

LED8
LED9
LED10
LED11
LED12
LED13
LED14
LED15

PIC16F877

CONTROL

f) (1đ) Hãy viết đặc tả kiểm tra cho hệ thống (nêu rõ thiết bị dụng cụ cần cho kiểm tra, mô tả quá trình kiểm tra)
Thiết bị, dụng cụ cần thiết: máy đo VOM, máy hiển thị sóng
Quy trình kiểm tra:
 Kiểm tra hoạt động của vi xử lý
 Kiểm tra hoạt động của bảng LED
 Kiểm tra module SIM900
 Kiểm tra các nút nhấn
 Kiểm tra chức năng hoạt động của hệ thống.
Người ra đề:

TS. Trương Quang Vinh

ĐÁP ÁN
ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ 1, 2016-2017
Lớp Chính quy
Môn thi: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG - Thời gian: 60 phút
(Sinh viên được phép tham khảo tài liệu;
Sinh viên không được phép sử dụng máy vi tính, laptop)
Bài 1: (2.5đ) Xét một hệ thống nhúng điều khiển cây gậy dò đường dành cho người khiếm thị. Hệ thống gồm vi điều
khiển PIC16F873, cảm biến siêu âm đo khoảng cách có ngõ ra analog, và bộ điều khiển rung. Hệ thống liên tục đọc
khoảng cách giá trị từ cảm biến từ ngõ AD, tính toán khoảng cách, và điều khiển tín hiệu rung để cảnh báo cho người
dùng. Cường độ rung tương ứng với khoảng cách vật cản đo được.
Hãy phân tích 5 vấn đề cơ bản trong thiết kế của hệ thống nhúng trên bao gồm: constraint, function, real-time, concurrent,
reactive.
Trả lời:
Issues
Description
Ghi chú
Constraint Hệ thống cần có các ràng buộc như: giá rẻ (<500.000 đồng), tuổi thọ SV phải đề ra ít nhất 3
cao (>5 năm), công suất thấp (sử dụng 20g liên tục), độ chính xác constraints
(10cm)
Function
Chức năng phát hiện vật cản cần được bảo đảm, nếu không có thể gây Cần phân tích được các chức
tai nạn cho người khiếm thị, cần có chức năng cảnh báo nếu cảm biến năng của hệ thống có thể gây
hỏng
tác động gì, và đề ra giải pháp
Real-time Hệ thống được xếp vào loại soft real-time, thời gian trễ cho phép Cần trả lời hệ thống thuộc loại
100ms
gì: hard / soft / none real-time
Cần xác định thời gian trễ cho
phép
Concurrent Hệ thống cần đảm bảo xử lý các tác vụ đồng thời (trong thời gian trễ Cần xác định được các tác vụ

cho phép), bao gồm:
đồng thời
 đọc khoảng cách giá trị từ cảm biến từ ngõ AD
 tính toán khoảng cách
 điều khiển tín hiệu rung
Reactive
-Power on demand
Cần xác định hệ thống phản
-Hệ thống tương tác với bên ngoài thông qua sự kiện đo khoảng cách ứng thuộc loại nào: power on
của vật cản và báo cho người sử dụng. Sự kiện thuộc loại có chu kỳ do demand hoặc run forever
người thiết kế định sẵn thời gian lấy mẫu.
Hệ thống tương tác với sự kiện
thuộc loại nào periodic hoặc
non-periodic
Bài 2: (2đ) Trả lời các câu hỏi sau về vi điều khiển PIC16F877
f) Hãy liệt kê các ngoại vi của vi điều khiển PIC16F877
g) Có thể sử dụng địa chỉ nào để truy xuất thanh ghi STATUS? Địa chỉ đó là gì?
h) Hãy cho biết cách cài đặt PIN_B0 là xuất, các PIN còn lại của PortB là nhập
i) Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877 được chia làm bao nhiêu bank? Kích thước mỗi bank là bao nhiêu?
Trả lời:
a)
– Timer: timer0/timer1/timer2
– 2 Capturer, Compare, PWM modules
– 10-bit multi-channel ADC
– SSP with SPI and I2C
– USART


b)
c)

d)

03h, 83h, 103h, 183h
Cài đặt vào thanh ghi TRISB giá trị là 0b11111110
chia làm 4 bank, mỗi bank 128bytes

Bài 3: (5.5 điểm) Cho một hệ thống gọi số thứ tự đơn giản được mô tả như sau. Hệ thống có 1 vi điều khiển, 1 bộ hiển thị
số từ 0 đến 9, và nút nhấn để chọn số. Khi người dùng nhấn nút đặt số, số thứ tự tăng lên 1. Khi số thứ tự tăng quá 9 thì
quay về 0. Người dùng có thể nhấn nút khác để xóa số thứ tự về 0.
g) (1.5đ) Hãy viết đặc tả kỹ thuật của hệ thống trên.
Ghi chú: cần nêu rõ các tính năng kỹ thuật , hoạt động của hệ thống
h) (1.5đ) Hãy viết đặc tả phần cứng cho hệ thống trên và vẽ sơ đồ khối phần cứng
Gợi ý: sinh viên tự chọn loại vi điều khiển, bộ hiển thị (LED 7 đoạn hoặc LCD), số lượng nút nhấn cần thiết.
i)

(1.5đ) Hãy vẽ sơ đồ mạch chi tiết của hệ thống.

j)

(1đ) Hãy viết đặc tả phần mềm cho hệ thống trên và vẽ lưu đồ giải thuật chương trình chính

Trả lời:
a) Đặc tả kỹ thuật của hệ thống
Tính năng kỹ thuật: Hệ thống có 1 vi điều khiển, 1 bộ hiển thị số từ 0 đến 9, và nút nhấn để chọn số. Hệ thống có khả
năng hiển thị số thứ tự, tăng số thứ tự khi có nút nhấn, và có thể xóa số thứ tự về 0.
Hoạt động của hệ thống: Khi người dùng nhấn nút đặt số, số thứ tự tăng lên 1. Khi số thứ tự tăng quá 9 thì quay về 0.
Người dùng có thể nhấn nút khác để xóa số thứ tự về 0.
b) Đặc tả phần cứng và sơ đồ khối phần cứng
Đặc tả phần cứng
Lựa chọn phần cứng:

 Vi điều khiển: PIC16F877, thạch anh 20MHz
 Ngoại vi:
o 1 LED 7 đoạn Cathode chung.
o Nút nhấn NEXT nối vào chân PIN_B1
o Nút nhấn RESET nối vào chân RS
Nguyên lý hoạt động: sau khi reset, số đếm trên LED = 0. Khi người dùng bấm nút NEXT, số
đếm tăng lên 1. Khi số đếm tăng quá số 9 thì tự động quay lại 0.
Sơ đồ khối phần cứng
NEXT
PIC16F877

RESET
b) Sơ đồ mạch chi tiết


C1

U1
13
14

22p

X1
20MHz

C2
22p

R7

10k

RESET

2
3
4
5
6
7
8
9
10
1

OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT

RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD

RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF

RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7

NEXT

33
34
35
36

37
38
39
40

R8
10k

15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30

R0
R1
R2
330
R3

330
R4
330
R5
330
R6
330
330
330

PIC16F877A

c) Đặc tả phần mềm:
Phần mềm cần có chức năng đọc trạng thái nút nhấn và điều khiển LED 7 đoạn. Nút nhấn cần có chế độ chống rung phím.
Để điều khiển LED 7 đoạn cần có hàm giải mã BCD sang LED 7 đoạn.
Lưu đồ phần mềm:

RESET
Số đếm = 0
N
NEXT?
Y
Số
đếm=9?
N
Tăng số đếm

Y

Số đếm = 0

Hiển thị LED

Người ra đề:

TS. Trương Quang Vinh


Part 2: Engineering Specification
1.System Description.
* Hệ thống gồm 6 khối chính bao gồm: Center Processor, Keypad, LCD( display), Speaker
(Announcement and Warning), Lock’s Door, System Power.
- Giao tiếp LCD bằng I2C, có thêm 1 số ngoại vị phụ như LED, Sensor….
- Center Processor dùng loại: Arduino UNO

- LCD dùng loại: LCD 16 x 2.

- Keypad dùng loại: Bàn phím mềm ma trận 4x4.
 Nhiệt độ hoạt động: 0-70 oC.
 Kích thước bàn phím 77 x 69 mm.
 8 chân ngõ ra.


- Speaker dùng loại:
- Lock’s Door dùng loại: Khóa Chốt Điện
 Điện áp sử dụng: 12 hay 24 VDC.
 Dòng: 0.8A.
 Công suất: 9.6W.
 Tốc độ phản ứng <1s.
 Thời gian kích liên tục <10s.

 Solenoid từ.

- System power dùng loại:
** Các ngoại vi phụ đi kèm bao gồm: IC LED, Keypad Decode, Sensor, Lock Driver, LCD Driver,
Speaker Driver.

-IC LED dùng: IC HC595.


-Keypad Decode dùng: Giải mã phím ma trận 4x4.

-Sensor dùng:
-Lock Driver dùng: relay 5VDC KY-019

+ Mục đích: Mạch điều khiển đóng mở khóa cửa.
+ Yêu cầu:
 Điện áp sử dụng: 5VDC
 Tín hiệu kích: TTL 3~5 VDC
 Dòng tiêu thụ: Khoảng 80 mA
 Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V~10A hoặc DC30V~10A
-LCD Driver dùng: Chuyển giao tiếp LCD sang I2C.


-Speaker Driver dùng: Khuêch Đại Âm Thanh
 Nguồn 12VDC
 Có 2 kênh có thể khuếch đại âm cùng lúc
 Công suất mỗi kênh 15W
 Kích thước DxRxC: 43 x 33 x 27 mm.

2.Operated Environment.

- Nhiệt độ môi trường không quá khắc nghiệt.
- Độ ẩm: Hoạt động tốt ở nhiều mức độ ẩm tiêu chuẩn khác nhau, tránh tiếp xúc trực tiếp với
quá nhiều nước gây chập mạch bên trong.
- Thiết bị được gắn lên cửa kim loại hay cửa gỗ sử dụng thay ổ khóa, với nhiều loại cửa khác
nhau, dễ thấy ở cửa 1 cánh để vào phòng riêng hay vào nhà ở các chung cư cao tầng… Không
bao gồm các loại cửa đặc biệt như máy bay, tàu ngầm…


- Hoạt động 24/7 khi cần mở khóa cửa, tăng cường mức an ninh cho khu vực. Có thể đồng bộ
hóa với các hệ thống giám sát khác.
- Tránh ánh sáng có cường độ cao chiếu trực tiếp vào thiết bị, gây mờ LCD.

3. Block Diagram.

Main System:


Flowage:

4. Block Desciption.
- Sensors: Phát hiện người đang chuẩn bị thao tác với hệ thống.
- Processor: Nhận tín hiệu vào từ Keypad và sensors. Từ đó, xử lí cũng như đưa ra các tín hiệu
điểu khiển đến các ngoại vi của hệ thống.
- LCD: Hỗ trợ người dùng giao tiếp với hệ thống: Hiển thị kết quả sau khi nhập mật khẩu, phát
các thông báo từ trung tâm xử lý từ hệ thống (processor)…
- Keypad: Nhập các kí tự số, chuyển thành dạng tín hiệu đầu vào cho Processor.
- Door’s Lock: Đóng mở khóa cửa theo thiết lập.
-Speaker: Phát cảnh báo an ninh, báo đúng sai.
- LED: Trang trí và hiện thị xanh khi đúng và đỏ khi sai.
- System Power: Cung cấp nguồn nuôi cho cả hệ thống.

ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ 2, 2016-2017
Lớp Chính quy VP– Nhóm P01
Môn thi: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG - Thời gian: 60 phút
(Sinh viên được phép tham khảo tài liệu;
Sinh viên không được phép sử dụng máy vi tính, laptop)
Bài 1: (2.5đ) Xét một hệ thống nhúng điều khiển xe robot tự hành. Hệ thống gồm: 1 vi điều khiển PIC16F877, 2 động cơ
điều khiển 2 bánh xe, 1 module GPS/GSM, và bộ nguồn pin. Robot được lập trình để đi theo lộ trình cho trước được định
vị tọa độ nhờ bộ GPS, tọa độ của robot luôn được gửi về trung tâm qua giao tiếp 3G.
Hãy phân tích các vấn đề sau:
a) Phân tích constraint: liệt kê ít nhất 5 constraints, với các thông số giả định tự cho.
b) Phân tích functions: cho biết các vấn đề có thể phát sinh về chức năng, và cách khắc phục
c) Phân tích realtime: cho biết hệ thống thuộc none/hard/soft realtime, độ trễ tối đa cho phép ?
d) Phân tích concurrent: cho biết các tác vụ cần xử lý đồng thời
e) Phân tích reactive: cho biết hệ thống thuộc loại phản ứng nào, có chu kỳ hay không có chu kỳ, tại sao?
Bài 2: (2.5đ) Trả lời các câu hỏi sau về vi điều khiển PIC16F877
j) Vi điều khiển PIC16F877 có bao nhiêu bộ nhớ chương trình, bao nhiêu bộ nhớ dữ liệu?
k) Hãy liệt kê các ngoại vi của vi điều khiển PIC16F877


l) Hãy cho biết cách cài đặt PIN_B5 là xuất, các PIN còn lại của PortB là nhập
m) Địa chỉ của thanh ghi EECON1 và EECON2 là gì? Thuộc bank nào?
n) PIC16F877 có hỗ trợ ngõ vào analog không? Nếu có, chân nào là ngõ vào analog?
Bài 3: (5 điểm) Cho một hệ thống nhúng quản lý nhiệt độ phòng máy chủ server, được mô tả như sau:
 Vi điều khiển: PIC16F877, thạch anh 20MHz
 Ngoại vi:
o Cảm biến nhiệt độ LM35
o Còi báo động được điều khiển thông qua transistor
o Đèn cảnh báo, được điều khiển thông qua relay.

o 2 bộ LED 7 đoạn, nối anode chung.
 Hoạt động: hệ thống đọc nhiệt độ từ cảm biến LM35, và hiển thị lên LED 7 đoạn. Nếu nhiệt độ phòng vượt quá
50 độ C, thì còi sẽ báo động, đồng thời đèn cảnh báo sáng.
k) (2đ) Hãy viết đặc tả phần cứng cho hệ thống trên và vẽ sơ đồ khối phần cứng
l) (1đ) Vẽ sơ đồ mạch chi tiết cho hệ thống.
m) (2đ) Hãy viết đặc tả phần mềm cho hệ thống trên và vẽ lưu đồ giải thuật chương trình chính

Người ra đề:

TS. Trương Quang Vinh

ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ 1, 2017-2018 - ĐÁP ÁN
Lớp Chính quy – Ngày 10/10/2017
Môn thi: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG - Thời gian: 60 phút
(Sinh viên được phép tham khảo tài liệu;
Sinh viên không được phép sử dụng máy vi tính, laptop)
Bài 1: Xét một hệ thống nhúng điều khiển hệ thống bơm xăng tự động được mô tả như sau. Khi cò bơm được kích hoạt,
hệ thống chạy máy bơm xăng cho người dùng. Hệ thống đo lưu lượng xăng bằng cảm biến lưu lượng có độ chính xác
0,5%, thông tin khối lượng xăng được hiển thị trên màn hình led 7 đoạn 6 số. Người sử dụng có thể sử dụng bàn phím để
cài đặt trước số lit xăng được bơm.
1. Hãy phân tích các vấn đề sau:
a) Phân tích constraint: liệt kê ít nhất 3 constraints, với các thông số giả định tự cho.
Các thông số ràng buộc (giả định):
 Giá thành không quá 1 triệu
 Độ chính xác 0,5%
 Tuổi thọ bền 5 năm
b) Phân tích functions: cho biết các vấn đề có thể phát sinh về chức năng, và cách khắc phục
Hệ thống bơm có thể bị lỗi sinh nhiệt gây cháy nổ, cần có cảm biến nhiệt độ để phát hiện lỗi động cơ.
Cảm biến lưu lượng xăng có thể bị lỗi gây ra thiệt hại cho người dùng. Cần có cơ chế kiểm tra và phát hiện nếu cảm biến
bị lỗi.

c) Phân tích realtime: cho biết hệ thống thuộc none/hard/soft realtime, độ trễ tối đa cho phép ?
Hệ thống thuộc loại soft real-time, độ trễ điều khiển 1 ms.


d) Phân tích concurrent: cho biết các tác vụ cần xử lý đồng thời
Các tác vụ cần xử lý đồng thời bao gồm:
 Đọc cảm biến lưu lượng
 Hiển thị LED 7 đoạn
 Điều khiển bơm xăng
 Đọc trạng thái bàn phím, cò bơm
e) Phân tích reactive: cho biết hệ thống thuộc loại phản ứng nào, có chu kỳ hay không có chu kỳ, tại sao?
Hệ thống thuộc loại hoạt động không liên tục (power on demand)
Các sự kiện xử lý có không có tính chu kỳ bao gồm: cò bơm, trạng thái bàn phím, điều khiển bơm.
2. (1.0đ) Hãy viết đặc tả sản phẩm của hệ thống trên.
Đặc tả sản phẩm: (mô tả sản phẩm ở góc độ người dùng)
- Chức năng: hệ thống điều khiển bơm xăng có chức năng bơm xăng cho người dùng và đo lưu lượng xăng được bơm.
Người sử dụng có thể sử dụng bàn phím để cài đặt trước số lit xăng được bơm.
- Giao tiếp người dùng: màn hình LED 7 đoạn 6 số và bàn phím
- Các thông số: độ chính xác 0,5%, máy bơm 900W

3. (1.5đ) Viết đặc tả kỹ thuật của hệ thống trên và vẽ sơ đồ khối.
Đặc tả kỹ thuật: (mô tả sản phẩm ở góc độ người thiết kế)
Nguyên lý hoạt động: Khi người dùng bật cò bơm, hệ thống điều khiển bơm xăng hoạt động, và ghi nhận dung lượng xăng
được bằng bằng cảm biến, đồng thời hiển thị lên LED 7 đoạn 6 con số. Khi người dùng nhập số lượng lit xăng và cho
phép bơm, hệ thống điều khiển bơm xăng đúng dung lượng đã cài đặt trên bàn phím.
Yêu cầu phần cứng: hệ thống cần 1 vi xử lý, 1 động cơ bơm 900W, 1 cảm biến lưu lượng chính xác 0,5%, LED 7 đoạn 6
số
Yêu cầu phần mềm: hệ thống cần chương trình sau
- Chương trình điều khiển động cơ
- Chương trình đọc cảm biến lưu lượng,

- Chương trình điều khiển hiển thị LED 7 đoạn 6 số
- Chương trình chính điều khiển hoạt động của hệ thống
Sơ đồ khối:
LED 7 đoạn

Cảm biến lưu
lượng

Vi xử lý

Máy bơm

Bàn phím

Bài 3: (5 điểm) Cho một hệ thống quang báo điều khiển LED chào mừng kỷ niệm 60 năm Bách Khoa như sau:
 Vi điều khiển: PIC16F877, thạch anh 20MHz
 Ngoại vi:




n)

o Bảng LED ma trận 8x32: giao tiếp qua GPIO 16 bit
o 2 nút nhấn: RESET và MODE
o 1 công tắc switch: CONTROL
o Module SIM900 để điều khiển từ xa qua tin nhắn, giao tiếp với vi xử lý qua UART
Hoạt động: Sau khi hệ thống RESET, hệ thống hiển thị câu chào trên bảng LED. Nếu công tắc CONTROL = 1, hệ
thống cho phép cập nhật thông báo qua SIM900, ngược lại CONTROL =1, hệ thống không cho phép cập nhật
thông báo qua SIM900. Khi người dùng nhấn nút MODE hệ thống sẽ chuyển sang hiệu ứng chạy chữ; nếu nhấn

nút lần nữa, chữ sẽ đứng yên.
(2đ) Hãy viết đặc tả phần cứng cho hệ thống trên và vẽ sơ đồ khối phần cứng
Đặc tả phần cứng hệ thống:
Phần cứng của hệ thống bao gồm:
 Vi điều khiển: PIC16F877, thạch anh 20MHz
 Ngoại vi:
o Bảng LED ma trận 8x32: giao tiếp qua GPIO 16 bit
o 2 nút nhấn: RESET và MODE
o 1 công tắc switch: CONTROL
o Module SIM900 để điều khiển từ xa qua tin nhắn, giao tiếp với vi xử lý qua UART
 Nguyên lý hoạt động: Sau khi hệ thống RESET, hệ thống hiển thị câu chào trên bảng LED. Nếu công tắc
CONTROL = 1, hệ thống cho phép cập nhật thông báo qua SIM900, ngược lại CONTROL =0, hệ thống
không cho phép cập nhật thông báo qua SIM900. Khi người dùng nhấn nút MODE hệ thống sẽ chuyển
sang hiệu ứng chạy chữ, nếu nhấn nút lần nữa, chữ sẽ đứng yên.
Sơ đồ khối phần cứng:
Bảng LED

RESET

MODE

CONTROL

o) (2đ) Vẽ sơ đồ mạch chi tiết cho hệ thống.

PIC16F877
SIM900


LED MATRIX 8x32

LED15

C1

13
14
1

X1
20MHz

C2

MODE
2
CONTROL 3
4
5
6
7

22p

R1
RESET

MODE

8

9
10

10k

R2
MODE

LED0

U1

22p

10k

.....

OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
MCLR/Vpp/THV

RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/AN4/SS
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RE0/AN5/RD

RC2/CCP1
RE1/AN6/WR
RC3/SCK/SCL
RE2/AN7/CS
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7

R3
CONTROL

10k

RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD

33
34
35
36
37
38
39
40

LED0
LED1
LED2
LED3
LED4
LED5
LED6
LED7

15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21

22
27
28
29
30

TX
RX

SIM900

LED8
LED9
LED10
LED11
LED12
LED13
LED14
LED15

PIC16F877

CONTROL

p) (1đ) Hãy viết đặc tả kiểm tra cho hệ thống (nêu rõ thiết bị dụng cụ cần cho kiểm tra, mô tả quá trình kiểm tra)
Thiết bị, dụng cụ cần thiết: máy đo VOM, máy hiển thị sóng
Quy trình kiểm tra:
 Kiểm tra hoạt động của vi xử lý
 Kiểm tra hoạt động của bảng LED
 Kiểm tra module SIM900

 Kiểm tra các nút nhấn
 Kiểm tra chức năng hoạt động của hệ thống.
Người ra đề:

TS. Trương Quang Vinh

ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ 1, 2018-2019
Lớp Chính quy – Ngày 12/10/2018
Môn thi: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG - Thời gian: 60 phút
(Sinh viên được phép tham khảo tài liệu; Sinh viên không được phép sử dụng máy vi tính, laptop)
Bài 1: (1.5đ) Trả lời các câu hỏi sau liên quan đến hệ thống nhúng:
1. So sánh sự khác nhau giữa hệ thống nhúng thời gian thực cứng (hard realtime) và thời gian thực mềm (soft realtime)
2. Vi điều khiển 8 bit / 16 bit/ 32 bit có đặc tính cơ bản nào khác nhau?
3. Vẽ mạch giao tiếp nút nhấn tạo ra mức logic cao khi nhấn nút.
Bài 2: (3.5đ) Xét một hệ thống Điều khiển khóa cửa từ xa cho xe hơi được mô tả như sau. Hệ thống gồm 1 bộ phát và
một bộ thu RF. Bộ phát (hình H1) gồm: vi xử lý, module phát RF, 3 nút nhấn khóa cửa, mở cửa, và mở cốp sau. Bộ thu


gồm: vi xử lý, module thu RF, 2 ngõ ra relay để điều khiển khóa cửa và khóa cốp sau, mạch nguồn. Bộ phát sử dụng pin
5V, bộ thu sử dụng nguồn từ bình ắc quy 12V của xe hơi.
1. (1.0đ) Hãy phân tích các vấn đề sau:
a) Phân tích constraint: liệt kê ít nhất 3 constraints, với các thông số giả định tự cho.
b) Phân tích realtime: cho biết hệ thống thuộc none/hard/soft realtime, độ trễ tối đa cho phép?
H1: Bộ điều khiển khóa cửa
2. (2.5đ) Hãy viết đặc tả thiết kế (Requirement) của hệ thống trên (gồm bộ thu và bộ phát), gồm 10 mục:
1. Name
4. Use cases
7. Manufacturing costs
10. Installation
2. Purpose

5. Functions
8. Power
3. Inputs and outputs
6. Performance
9. Physical size/weight
(Cần phân biệt rõ đặc tả riêng của bộ thu và bộ phát trong mục 5,6,7,8,9,10)
Bài 3: (6đ) Module thu phát RF trong bài 2 là module RF CC1101 có sơ đồ và các chân như
hình H2. Khi nhận được dữ liệu qua sóng RF, module này sẽ xuất dữ liệu ra chân TXD. Khi
có dữ liệu trên chân RXD, module này phát dữ liệu ra ngoài. Giao thức truyền nhận là
UART.

VCC
GND
TxD
RXD

5V supply
Ground
UART transmit
UART Receive

1. (1đ) Hãy vẽ sơ đồ khối phần cứng của bộ phát và mô tả nguyên lý hoạt động
VCC
2. (1đ) Yêu cầu tối thiểu cho CPU của thiết kế bộ phát như thế nào? Hãy đề xuất 1 CPU và nêu lý do.
GND
3. (1đ) Vẽ sơ đồ mạch chi tiết cho bộ phát với CPU có sơ đồ chân như hình H3.
TXD
RXD
4. (1đ) Hãy vẽ sơ đồ khối phần cứng của bộ thu và mô tả nguyên lý hoạt động
5. (1đ) Yêu cầu cho CPU của thiết kế bộ thu như thế nào? Hãy đề xuất 1 CPU và nêu lý do.

H2: Module RF CC1101
6. (1đ) Vẽ sơ đồ mạch chi tiết cho bộ thu với CPU có sơ đồ sơ đồ chân như hình H3.
(Lưu ý chân số 3 là chân RXD và chân số 4 là TXD của UART. CPU này có điện áp cấp từ 2.8V đến 5.5V, chân 16 là
chân Reset tích cực mức thấp, chân 18 và 19 là hai chân giao tiếp mạch dao động thạch anh. Thạch anh có tần số 12Mhz,
phối hợp với tụ điện 22pF).

Người ra đề:

TS. Trương Quang Vinh
H3: Sơ đồ chân CPU
(Đề thi có tổng điểm là 11, trong đó có 1 điểm thưởng)