Luận Văn Thiết kế và thi công bộ thí nghiệm vi xử lý giao tiếp KIT INTEL GALILEO
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.07 MB, 82 trang )
TR
B
NG H SPKT TP. H CHệ MINH
C NG HÒA Xẩ H I CH NGH A VI T NAM
KHOA I N- I N T
C L P - T DO - H NH PHÚC
MÔN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH
----o0o----
Tp. HCM, ngày 05 tháng 10 n m 2018
NHI M V
H tên sinh viên:
Chuyên ngành:
H đƠo t o:
Khóa:
ÁN T T NGHI P
Ph m Quang Minh
H V n Tr ng
CNKT i n t - Truy n thông
i h c chính quy
2014
MSSV:
14141195
MSSV:
14141338
Mã ngành: 141
Mư h :
1
L p:
14141DT1
I. TểN
TẨI:
THI T K VẨ THI CÔNG B THệ NGHI M VI X
INTEL GALILEO
II. NHI M V
LÝ GIAO TI P KIT
1. Các s li u ban đ u:
-
-
Thi t k vƠ thi công đ c b thí nghi m vi x lý hoƠn ch nh v i nh ng ch c n ng
c b n nh : bƠn phím, led đ n, led 7 đo n, LCDầ ho c nh ng ng d ng cao
h n: giao ti p máy tính, đi u khi n đ ng c .
Xơy d ng các bƠi t p thí nghi m giao ti p đ n gi n v i led đ n, led 7 đo n, nút
nh n, switch, bƠn phím ma tr n, LCD, chuy n đ i ADC.
2. N i dung th c hi n:
-
Tìm hi u v kit Intel Galileo, ph n m m Arduino, các m ch giao ti p ngo i vi
v i vi đi u khi n.
Thi t k ph n c ng b thí nghi m (thi t k m ch nguyên lý, m ch in, thi công).
Xơy d ng các bƠi th c hƠnh c b n, vi t ch ng trình th c thi vƠ ki m tra k t
qu trên b thí nghi m.
Thu th p k t qu . Ki m tra tính n đ nh c a h th ng. Vi t báo cáo lu n v n.
Báo cáo đ tƠi t t nghi p.
III. NGẨY GIAO NHI M V :
01/10/2018
IV. NGẨY HOẨN THẨNH NHI M V : 05/01/2019
V. H VẨ TểN CÁN B H NG D N:
ThS. Ngô Bá Vi t
CÁN B H
NG D N
BM.
I NT
CỌNG NGHI P ậ Y SINH
i
TR
B
NG H SPKT TP. H CHệ MINH
C NG HÒA Xẩ H I CH NGH A VI T NAM
KHOA I N- I N T
C L P - T DO - H NH PHÚC
MÔN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 10 n m 2018
L CH TRỊNH TH C HI N
ÁN T T NGHI P
H tên sinh viên 1: Ph m Quang Minh
L p:
14141DT1A
MSSV: 14141195
H tên sinh viên 2: H V n Tr ng
L p:
14141DT1A
MSSV: 14141338
Tên đ tƠi:
THI T K VẨ THI CÔNG B THệ NGHI M VI X LÝ S
INTEL GALILEO
Tu n/ngày
N i dung
-
1
(01-06/10) -
4
(22-27/10)
5
(29/1003/11)
đ tƠi, tên đ tƠi, th i gian lƠm vi c.
Duy t đ tƠi.
Vi t đ c
-
Tìm hi u t ng quan v kit Intel Galileo.
3
(15-20/10) -
Xác nh n
GVHD
G p GVHD đ ph bi n quy đ nh: th c hi n ch n
2
(08-13/10)
D NG KIT
ng cho đ tƠi.
Tìm hi u v cách th c l p trình vƠ biên d ch trên
kit Intel Galileo.
Thi t k s đ kh i, gi i thích ch c n ng các kh i
Tính toán l a ch n linh ki n cho t ng kh i
Thi t k s đ nguyên lý vƠ gi i thích ho t đ ng
c a m ch.
-
Thi t k vƠ thi công t ng kh i nh trong m ch.
-
L p trình trên ph n m m Arduino.
6
(05-10/11)
7
(12-17/11)
Mô ph ng, ch y ch
ng trình t ng kh i đư thi
công.
L p trình trên ph n m m Arduino.
Mô ph ng, ch y ch
ng trình t ng kh i đư thi
công.
ii
8
(19-24/11)
9
(26/1101/12)
L p trình trên ph n m m Arduino.
Mô ph ng, ch y ch
ng trình t ng kh i đư thi
công.
-
Thi t k vƠ thi công mô hình t ng h p các kh i.
-
Mô ph ng, ch y ch
ng trình t ng h p các kh i.
10
(03-08/12) -
Thi t k vƠ thi công mô hình t ng h p các kh i.
11
(10-15/12)
Ki m tra, hoƠn thi n mô hình, ch y th vƠ s a l i.
12
(17-22/12)
Vi t báo cáo.
13
(24-29/12)
Vi t báo cáo.
14
(31/1205/01)
-
15
(06-18/01)
Mô ph ng, ch y ch
ng trình t ng h p các kh i.
HoƠn thi n, ch nh s a báo cáo g i cho GVHD đ
xem xét góp ý l n cu i tr
c khi in báo cáo.
N p quy n báo cáo vƠ lƠm Slide báo cáo.
GV H NG D N
(Ký vƠ ghi rõ h vƠ tên)
iii
L I CAM OAN
tƠi nƠy lƠ do chúng tôi t th c hi n d a vƠo m t s tƠi li u tr
sao chép t tƠi li u hay công trình đư có tr
c đó vƠ không
c đó.
Ng
i th c hi n đ tƠi
Ph m Quang Minh
H V n Tr ng
iv
L IC M N
hoƠn thƠnh đ tƠi nghiên c u nƠy, l i đ u tiên cho phép chúng tôi đ
l i c m n chơn thƠnh đ n toƠn th quý th y cô Tr
ng
TP.HCM nói chung vƠ các th y cô trong Khoa
i nậ
ng
cg i
i H c S Ph m K Thu t
i n T nói riêng, nh ng
i đư t n tình d y d , trang b cho chúng tôi nh ng ki n th c n n t ng vƠ ki n
th c chuyên ngƠnh quan tr ng, giúp nhóm chúng tôi có đ
c c s lý thuy t v ng
vƠng vƠ đư luôn t o đi u ki n giúp đ t t nh t cho chúng tôi trong quá trình h c t p
vƠ nghiên c u.
c bi t, chúng tôi xin chơn thƠnh c m n ThS. Ngô Bá Vi t đư t n tình giúp
đ , đ a ra nh ng đ nh h
ng nghiên c u c ng nh h
ng gi i quy t m t s v n đ
đ chúng tôi có th th c hi n t t đ tƠi.
M c dù đư c g ng h t s c, song do đi u ki n th i gian vƠ kinh nghi m th c t
c a chúng tôi còn ít, cho nên đ tƠi không th tránh kh i thi u sót. Vì v y, chúng tôi
r t mong nh n đ
c s đóng góp ý ki n c a quý th y, cô giáo.
Xin chơn thƠnh c m n!
TP.HCM, ngày 05 tháng 01 n m 2019
Sinh viên th c hi n
Ph m Quang Minh
H V n Tr ng
v
M CL C
NHI M V
ÁN T T NGHI P ...............................................................................i
L CH TRỊNH TH C HI N
ÁN T T NGHI P ............................................... ii
L I CAM OAN ............................................................................................................. iv
L IC M
N..................................................................................................................... v
M C L C .......................................................................................................................... vi
LI T Kể HỊNH
NH................................................................................................... viii
LI T Kể B NG ...............................................................................................................xi
DANH SÁCH CÁC T
VI T T T ........................................................................... xii
TịM T T ....................................................................................................................... xiii
Ch
1.1
ng 1.
T NG QUAN ...........................................................................................1
TV N
.........................................................................................................1
1.2
M C TIểU ...............................................................................................................1
1.3
N I DUNG NGHIểN C U ..................................................................................2
1.4
GI I H N ................................................................................................................2
1.5
B C C....................................................................................................................2
Ch
2.1
ng 2.
C
S
LÝ THUY T ..............................................................................4
KHÁI QUÁT V VI X
Lụ ậ VI
I U KHI N ..............................................4
2.1.1
Vi x lý vƠ vi đi u khi n ..........................................................................4
2.1.2
H th ng đi u khi n tích h p (SoC) ........................................................5
2.2
TRUY N D
LI U CHU N I2C .......................................................................5
2.3
TRUY N D
LI U CHU N SPI........................................................................8
2.4
TRUY N D
LI U CHU N 1-WIRE ...............................................................9
2.5
PH N M M ARDUINO .................................................................................... 10
2.6
GI I THI U PH N C NG ............................................................................... 11
Ch
2.6.1
B x lý trung tơm - Intel Galileo Gen 2 ............................................. 11
2.6.2
Thi t b đ u vƠo ...................................................................................... 14
2.6.3
Thi t b đ u ra ......................................................................................... 16
2.6.4
Thi t b th i gian th c DS1307 ............................................................ 26
ng 3.
TệNH TOÁN VẨ THI T K ............................................................ 28
3.1
GI I THI U ......................................................................................................... 28
3.2
TÍNH TOÁN VẨ THI T K H TH NG ...................................................... 28
vi
3.3
Ch
3.2.1
Thi t k s đ kh i h th ng ................................................................. 28
3.2.2
Tính toán vƠ thi t k m ch .................................................................... 29
S
NGUYểN Lụ TOẨN M CH .............................................................. 38
ng 4.
THI CÔNG H TH NG .................................................................... 39
4.1
GI I THI U ......................................................................................................... 39
4.2
THI CÔNG H TH NG ..................................................................................... 39
4.3
4.4
4.5
Ch
5.1
5.2
Ch
6.1
6.2
4.2.1
Thi công bo m ch h th ng ................................................................... 39
4.2.2
L p ráp vƠ ki m tra................................................................................. 42
ịNG GịI VẨ THI CỌNG MỌ HỊNH .......................................................... 44
4.3.1
óng gói, thi t k mô hình .................................................................... 44
4.3.2
Thi công mô hình.................................................................................... 44
L P TRỊNH H TH NG ................................................................................... 46
4.4.1
L u đ gi i thu t..................................................................................... 46
4.4.2
Ph n m m l p trình cho Intel Galileo Gen 2 ....................................... 48
VI T TẨI LI U H
ng 5.
NG D N S
K T QU NH N XÉT
D NG, THAO TÁC ............................ 51
ÁNH GIÁ ................................................ 55
K T QU .............................................................................................................. 55
5.1.1
K t qu nghiên c u................................................................................. 55
5.1.2
K t qu thi công ...................................................................................... 55
NH N XÉT ậ
ng 6.
ÁNH GIÁ ................................................................................. 56
K T LU N VẨ H
NG PHÁT TRI N ....................................... 57
K T LU N ........................................................................................................... 57
6.1.1
u đi m ................................................................................................... 57
6.1.2
Khuy t đi m ............................................................................................ 57
H
NG PHÁT TRI N
TẨI ....................................................................... 58
TẨI LI U THAM KH O ............................................................................................ 59
PH L C ......................................................................................................................... 60
vii
LI T Kể HÌNH NH
Hình
Trang
Hình 2.1: Mô hình truy n d li u chu n I2C ...................................................................6
Hình 2.2: Quá trình thi t b ch ghi d li u vƠo thi t b t ............................................6
Hình 2.3: Quá trình thi t b ch đ c d li u vƠo thi t b t ...........................................7
Hình 2.4: Mô hình truy n d li u chu n SPI ...................................................................8
Hình 2.5: Mô hình truy n d li u chu n 1-Wire .............................................................9
Hình 2.6: D ng sóng quá trình truy n nh n d li u chu n 1-Wire ............................ 10
Hình 2.7: Bi u t
ng ph n m m Arduino ..................................................................... 10
Hình 2.8: Giao di n ph n m m Arduino ....................................................................... 11
Hình 2.9: M t trên kit Intel Galileo Gen 2 .................................................................... 12
Hình 2.10: M t d
i kit Intel Galileo Gen 2 ................................................................. 12
Hình 2.11: S đ nguyên lý chip x lý trung tơm trên kit ........................................... 13
Hình 2.12: S đ b trí chơn I/O trên kit Intel Galileo Gen 2 .................................... 13
Hình 2.13: Ma tr n phím 4x4 ngoƠi th c t .................................................................. 14
Hình 2.14: C m bi n LM35 ngoƠi th c t ..................................................................... 15
Hình 2.15: Led 7 đo n đôi ngoƠi th c t ....................................................................... 16
Hình 2.16: LCD 16x2 ngoƠi th c t ............................................................................... 16
Hình 2.17: S đ chơn LCD 16x2 .................................................................................. 17
Hình 2.18: Led ma tr n 8x8 ngoƠi th c t ..................................................................... 18
Hình 2.19: S đ chơn led ma tr n 8x8 ......................................................................... 19
Hình 2.20: IC 74HC595 ngoƠi th c t ........................................................................... 19
Hình 2.21: S đ chơn IC 74HC595 .............................................................................. 20
Hình 2.22: C u trúc bên trong IC 74HC595 ................................................................. 21
Hình 2.23: IC 74HC138 ngoƠi th c t ........................................................................... 22
Hình 2.24: S đ chơn IC 74HC138 .............................................................................. 22
Hình 2.25: IC L298 ngoƠi th c t ................................................................................... 25
Hình 2.26: S đ chơn IC L298 ...................................................................................... 25
Hình 2.27: IC DS1307 ngoƠi th c t .............................................................................. 26
Hình 2.28: S đ chơn IC DS1307 ................................................................................. 26
Hình 2.29:
a ch các thanh ghi IC DS1307 ............................................................... 27
viii
Hình 3.1: S đ kh i c a h th ng ................................................................................. 28
Hình 3.2: S đ nguyên lý c a kh i x lý trung tơm ................................................... 29
Hình 3.3: S đ nguyên lý kh i nút nh n đ n .............................................................. 31
Hình 3.4: S đ nguyên lý kh i ma tr n phím 4x4 ...................................................... 32
Hình 3.5: S đ nguyên lý kh i led đ n ........................................................................ 33
Hình 3.6: S đ nguyên lý kh i led 7 đo n ................................................................... 33
Hình 3.7: Transistor A1015 ngoƠi th c t ..................................................................... 34
Hình 3.8: S đ nguyên lý kh i LCD 16x2 .................................................................. 35
Hình 3.9: S đ nguyên lý kh i led ma tr n 8x8 .......................................................... 35
Hình 3.10: S đ nguyên lý kh i c m bi n nhi t đ .................................................... 36
Hình 3.11: S đ nguyên lý kh i th i gian th c........................................................... 36
Hình 3.12: S đ nguyên lý kh i đ ng c ..................................................................... 36
Hình 3.13: S đ nguyên lý kh i ngu n ........................................................................ 37
Hình 3.14: Adapter 12V ậ 2A ......................................................................................... 37
Hình 3.15: S đ nguyên lý kh i switch giao ti p ....................................................... 38
Hình 4.1: M ch in PCB l p d
i .................................................................................... 39
Hình 4.2: M ch in PCB l p trên ..................................................................................... 40
Hình 4.3: S đ b trí linh ki n ...................................................................................... 40
Hình 4.4: Board thí nghi m m t d
i ............................................................................ 43
Hình 4.5: Board thí nghi m m t trên ............................................................................. 43
Hình 4.6: Mô hình t ng th ............................................................................................. 44
Hình 4.7: Mô hình nhìn t trên xu ng ........................................................................... 45
Hình 4.8: M t tr
c mô hình .......................................................................................... 45
Hình 4.9: M t hông mô hình ........................................................................................... 45
Hình 4.10: L u đ ho t đ ng toƠn b h th ng ............................................................ 46
Hình 4.11: L u đ đi u khi n b ng nút nh n, ma tr n phím ...................................... 47
Hình 4.12: L u đ hi n th .............................................................................................. 47
Hình 4.13: Trang ch Arduino ........................................................................................ 49
Hình 4.14: Bi u t
ng ph n m m Arduino ................................................................... 49
Hình 4.15: Giao di n ph n m m Arduino ..................................................................... 49
ix
Hình 4.16: Giao di n các ch c n ng trong m c Tools ................................................ 50
Hình 4.17: H p tho i Boards Manager .......................................................................... 50
Hình 4.18: Giao di n ph n m m khi ti n hƠnh ch n kit Intel Galileo Gen 2 ........... 51
Hình 4.19: B x lý trung tơm vƠ board thí nghi m đư k t n i .................................. 51
Hình 4.20: V trí nút BTN_NGUON trên board thí nghi m ....................................... 52
Hình 4.21: K t n i cáp Micro USB gi a b x lý trung tơm v i máy tính............... 52
Hình 4.22: Giao di n ph m m m khi ti n hƠnh ch n kit giao ti p............................. 53
Hình 4.23: Giao di n ph n m m khi ch n c ng COM giao ti p ................................ 53
Hình 4.24: Báo hi u giao ti p thƠnh công v i kit
Hình 4.25: Bi u t
ng công c biên d ch ch
Hình 4.26: Báo hi u biên d ch ch
Hình 4.27: Bi u t
i bên ph i ..................... 53
ng trình .............................................. 53
ng trình hoƠn t t vƠ không có l i ...................... 54
ng công c n p ch
Hình 4.28: Báo hi u n p ch
góc d
ng trình ........................................................ 54
ng trình thƠnh công ...................................................... 54
Hình 4.29: Board thí nghi m sau khi n p ch
ng trình .............................................. 54
Hình 5.1: Mô hình b thí nghi m ................................................................................... 55
Hình 5.2: B x lý trung tơm .......................................................................................... 56
x
LI T Kể B NG
B ng
Trang
B ng 2.1: Các kí hi u vƠ ý ngh a chơn c a LCD.......................................................... 17
B ng 2.2: Các kí hi u vƠ ý ngh a chơn IC 74HC595 ................................................... 20
B ng 2.3: B ng tr ng thái IC 74HC595......................................................................... 21
B ng 2.4: Các kí hi u vƠ ý ngh a chơn c a 74HC138 ................................................. 23
B ng 2.5: B ng tr ng thái IC 74HC138......................................................................... 24
B ng 2.6: Các kí hi u vƠ ý ngh a chơn IC DS1307 ...................................................... 26
B ng 3.1: Các chơn c a kit Intel Galileo Gen 2 s d ng trong đ tƠi ........................ 30
B ng 4.1: Danh sách các linh ki n s d ng .................................................................. 41
B ng 4.2: Các công c trên giao di n ph n m m Arduino.......................................... 48
xi
DANH SÁCH CÁC T
VI T T T
STT
T vi t t t
Ngh a đ y đ
1
SoC
System-on-a-chip
2
I2C
Inter-Integrated Circuit
3
SPI
Serial Peripheral Bus
4
LAN
Local Area Network
5
WAN
Wide area network
6
VGA
Video Graphics Adaptor
7
ADC
Analog-to-digital Converter
8
DAC
Digital-to-analog Converter
9
PWM
Pulse Width Modulation
12
USB
Universal Serial Bus
13
MISO
Master Input Slave Output
14
MOSI
Master Output Slave Input
15
SCK
Serial Clock
16
SS
Slave Select
17
CPU
Central Processing Unit
18
SCL
Serial Clock
19
SDA
Serial Data
20
EEPROM
21
GSM
Global System for Mobile
22
TFT
Thin Film Transistor
Electrically Erasable Programmable Read-Only
Memory
xii
TÓM T T
Hi n nay, vi đi u khi n vƠ vi x lý lƠ xu h
ng tuy không m i nh ng r t th nh
hƠnh. Vì th trong nh ng n m g n đơy, các nhƠ s n xu t chip đi n t đư cho ra đ i
nh ng dòng vi đi u khi n m i v i nh ng tính n ng v t b c đáp ng nhu c u phát
tri n ngƠy cƠng cao c a khoa h c k thu t. M t trong nh ng dòng vi đi u khi n m i
ph i k đ n lƠ Intel Galileo.
V i m c đích mu n ti p c n g n h n v i dòng vi đi u khi n m i nƠy nên nhóm
chúng tôi th c hi n đ án “Thi t k vƠ thi công b thí nghi m vi x lý giao ti p kit
Intel Galileo”. H th ng c a chúng tôi bao g m nh ng ch c n ng sau:
B thí nghi m vi x lý hoƠn ch nh v i nh ng ch c n ng c b n nh : bƠn phím,
led đ n, led 7 đo n, LCDầ ho c nh ng ng d ng cao h n: giao ti p máy tính,
đi u khi n đ ng c .
Các bƠi t p thí nghi m giao ti p đ n gi n v i led đ n, led 7 đo n, nút nh n,
bƠn phím ma tr n, LCD, chuy n đ i ADCầ
xiii
CH
NG 1. T NG QUAN
Ch
ng 1. T NG QUAN
TV N
1.1
Vi đi u khi n đư tr nên quen thu c trong các ngƠnh k thu t vƠ dơn d ng v i
nhi u u đi m h n h n so v i IC s nh : thi t k board m ch đ n gi n, đi u khi n d
dƠng, linh ho t h nầ t đó mang l i cho ng
i s d ng nhi u ti n ích. Trong nh ng
n m g n đơy, các nhƠ s n xu t chip đi n t đư cho ra đ i nh ng dòng vi đi u khi n
v i nh ng tính n ng m i đáp ng nhu c u phát tri n ngƠy cƠng cao c a khoa h c k
thu t: giao ti p c ng USB, truy n d li u UART, đi u ch đ r ng xung, t ng b nh
n iầ [1].
Nh n th y t m quan tr ng trên nên vi c kh o sát, tìm hi u vi đi u khi n
nhi u
c p đ khác nhau t đ n gi n đ n ph c t p lƠ h t s c c n thi t. Vì th đư có r t nhi u
đ tƠi, đ án t t nghi p, b thí nghi m liên quan đ n vi đi u khi n đ ph c v vi c
h c t p, th c hƠnh, nghiên c u đ i v i h c sinh, sinh viên ví d nh : “Thi t k b thí
nghi m PIC 18F2455/2550/5555/4550” [2], “Thi t k nhƠ thông minh dùng vi đi u
khi n PIC 16F887” [3], “H th ng đi m danh b ng vơn tay ng d ng vi đi u khi n
ARM” [4], “ ng d ng kit Raspberry nh n d ng m t ng
T th c t hi n nay, ta th y các đ tƠi th
i” [5]ầ
ng s d ng vi đi u khi n h PIC,
ARMầ lƠ ch y u. Bên c nh đó chúng tôi nh n th y dòng vi đi u khi n Intel nói
chung vƠ kit Intel Galileo nói riêng còn khá m i m vƠ ch a đ
c ph bi n r ng rưi
nên h u h t các b thí nghi m, board th c t p hi n nay cho dòng vi đi u khi n nƠy
g n nh lƠ ch a có. Chính vì v y, đơy lƠ lý do mƠ chúng tôi quy t đ nh ch n đ tƠi:
“Thi t k vƠ thi công b thí nghi m vi x lỦ giao ti p kit Intel Galileo” v i m c
đích ti p c n g n h n v i dòng vi đi u khi n Intel nƠy vƠ h n h t có th ph c v nhu
c u h c t p c a các b n sinh viên trong t
1.2
ng lai.
M C TIểU
Thi t k vƠ thi công đ
c b thí nghi m vi x lý hoƠn ch nh v i nh ng ch c
n ng c b n nh : bƠn phím, led đ n, led 7 đo n, LCDầ ho c nh ng ng d ng
cao h n: giao ti p máy tính, đi u khi n đ ng c .
Xơy d ng các bƠi t p thí nghi m giao ti p đ n gi n v i led đ n, led 7 đo n,
nút nh n, bƠn phím ma tr n, LCD, chuy n đ i ADCầ
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
1
CH
NG 1. T NG QUAN
1.3
N I DUNG NGHIểN C U
Trong báo cáo này chúng tôi đư c g ng trình bƠy m t cách th t logic đ ng
đ c có th d dƠng n m rõ đ
c ki n th c, ph
i
ng th c c ng nh cách th c ho t
đ ng c a h th ng.
N i dung nghiên c u đ
c chúng tôi chia làm 5 n i dung chính nh sau:
N I DUNG 1: Tìm hi u v kit Intel Galileo, ph n m m Arduino, các m ch giao
ti p ngo i vi v i vi đi u khi n.
N I DUNG 2: Thi t k ph n c ng b thí nghi m (thi t k m ch nguyên lý,
m ch in, thi công).
N I DUNG 3: Xơy d ng các bƠi th c hƠnh c b n, vi t ch
ng trình th c thi
vƠ ki m tra k t qu trên b thí nghi m.
N I DUNG 4: Thu th p k t qu , vi t báo cáo lu n v n.
N I DUNG 5: Báo cáo đ tƠi t t nghi p.
1.4
GI I H N
S d ng kit Intel Galilleo lƠm m ch đi u khi n, s d ng các h IC giao ti p,
hi n th , gi i mư, m r ng port đ thi t k các module ngo i vi k t n i v i m ch
đi u khi n.
Các bƠi t p thí nghi m vi t trên ch
S l
1.5
B
Ch
Ch
ng trình Arduino.
ng module d ki n đi u khi n: 6 module.
C C
ng 1: T ng Quan
ng nƠy trình bƠy lý do ch n đ tƠi, m c tiêu, n i dung nghiên c u, các gi i
h n thông s vƠ b c c đ án.
Ch
Ch
ng 2: C S LỦ Thuy t
ng nƠy t p trung vƠo nh ng lý thuy t liên quan đ n đ tƠi bao g m c s
lý thuy t v Intel Galileo, các chu n giao ti p s d ng trong đ tƠi c ng nh c s lý
thuy t v các thi t b , linh ki n s d ng trong mô hình b thí nghi m.
Ch
Ch
ng 3: Tính Toán VƠ Thi t K
ng nƠy gi i thi u t ng quan v các yêu c u c a đ tƠi, thi t k vƠ tính toán
nh ng ph n nƠo nh : thi t k s đ kh i h th ng, s đ nguyên lý toƠn m ch, tính
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
2
CH
NG 1. T NG QUAN
toán thi t k m ch.
Ch
Ch
ng 4: Thi Công H Th ng
ng nƠy trình bƠy v quá trình v m ch in, l p ráp các thi t b , đo ki m tra
m ch, l p ráp mô hình. Thi t k l u đ gi i thu t cho ch
trình cho h th ng. H
Ch
Ch
ng trình vƠ vi t ch
ng
ng d n quy trình s d ng h th ng.
ng 5: K t Qu Nh n Xét ánh Giá
ng nƠy trình bƠy v nh ng k t qu đư đ t đ
quá trình nghiên c u thi công. T nh ng k t qu đ t đ
c so v i m c tiêu đ ra sau
c đ đánh giá quá trình nghiên
c u hoàn thƠnh bao nhiêu ph n tr m so v i m c tiêu ban đ u.
Ch
Ch
ng 6: K t Lu n VƠ H
ng Phát Tri n
ng nƠy trình bƠy v nh ng k t qu mƠ đ án đ t đ
đó rút ra k t lu n vƠ h
c, nh ng h n ch , t
ng phát tri n đ gi i quy t các v n đ t n đ ng đ đ án hoƠn
thi n h n.
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
3
CH
NG 2. C
Ch
S
LÝ THUY T
ng 2. C
S
LÝ THUY T
KHÁI QUÁT V VI X
2.1
LÝ ậ VI I U KHI N
2.1.1 Vi x lỦ vƠ vi đi u khi n
Vi x lý lƠ thu t ng chung dùng đ đ c p đ n k thu t ng d ng các công
ngh vi đi n t , công ngh tích h p vƠ kh n ng x lý theo ch
ng trình vƠo các l nh
v c khác nhau.
VƠo nh ng giai đo n đ u trong quá trình phát tri n c a công ngh vi x lý, các
chip (hay các vi x lý) đ
c ch t o ch tích h p nh ng ph n c ng thi t y u nh CPU
cùng các m ch giao ti p gi a CPU vƠ các ph n c ng khác. Trong giai đo n nƠy, các
ph n c ng khác (k c b nh ) th
ng không đ
n i thêm bên ngoƠi. Các ph n c ng nƠy đ
c tích h p trên chip mƠ ph i ghép
c g i lƠ các ngo i vi. V sau, nh s phát
tri n v t b c c a công ngh tích h p, các ngo i vi c ng đ
IC vƠ ng
i ta g i các vi x lý đư đ
c tích h p vƠo bên trong
c tích h p thêm các ngo i vi lƠ các “vi đi u
khi n”. Vi c tích h p thêm các ngo i vi vƠo trong cùng m t IC v i CPU t o ra nhi u
l i ích nh lƠm gi m thi u các ghép n i bên ngoƠi, gi m thi u s l
ng linh ki n đi n
t ph , gi m chi phí cho thi t k h th ng, đ n gi n hóa vi c thi t k , nơng cao hi u
su t vƠ tính linh ho t. Ranh gi i gi a hai khái ni m “vi x lý” vƠ “vi đi u khi n” th c
s không c n ph i phơn bi t rõ rƠng. Thu t ng “vi x lý” đ
c s d ng khi đ c p
đ n các khái ni m c b n c a k thu t vi x lý nói chung vƠ s dùng thu t ng “vi
đi u khi n” khi đi sơu nghiên c u m t h chip c th .
V c b n ki n trúc c a m t vi x lý g m nh ng ph n c ng sau:
-
n v x lý trung tơm CPU (Central Processing Unit).
- Các b nh (Memories).
- Các c ng vƠo/ra song song (Parallel I/O Ports).
- Các c ng vƠo/ra n i ti p (Serial I/O Ports).
- Các b đ m/b đ nh th i (Timers).
NgoƠi ra v i m i lo i vi đi u khi n c th còn có th có thêm m t s ph n c ng
khác nh b bi n đ i t
ng t -s ADC, b bi n đ i s -t
ng t DAC, các m ch đi u
ch d ng sóng WG, đi u ch đ r ng xung PWMầ
B nưo c a m i vi x lý chính lƠ CPU, các ph n c ng khác ch lƠ các c quan
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
4
CH
NG 2. C
ch p hƠnh d
S
LÝ THUY T
i quy n c a CPU. M i c quan nƠy đ u có m t c ch ho t đ ng nh t
đ nh mƠ CPU ph i tuơn theo khi giao ti p v i chúng.
có th giao ti p vƠ đi u các
ngo i vi, CPU s d ng 03 lo i tín hi u c b n lƠ tín hi u đ a ch (Address), tín hi u
d li u (Data) vƠ tín hi u đi u khi n (Control). V m t v t lý thì các tín hi u nƠy lƠ
các đ
ng nh d n đi n n i t CPU đ n các ngo i vi ho c th m chí lƠ gi a các ngo i
vi v i nhau. T p h p các đ
ng tín hi u có cùng ch c n ng g i lƠ các bus. Nh v y
ta có các bus đ a ch , bus d li u vƠ bus đi u khi n [9].
2.1.2 H th ng đi u khi n tích h p (SoC)
Khái ni m SoC ngƠy nay đư tr nên ph bi n. SoC đ
h th ng" đ
thông th
c hi u lƠ toƠn b "m t
c đóng gói hoƠn ch nh trong m t chip (vi m ch đi n t ). M t h th ng
ng lƠ m t h th ng hoƠn ch nh th c hi n m t ho c nhi u ch c n ng nƠo
đó, ví d nh m t máy tính cá nhơn g m m t bo m ch ch đ k t n i các thƠnh ph n
nh
CPU, USB, VGA, RS232ầ
C u trúc ph n c ng c a m t SoC bao g m:
-
n v x lý trung tơm CPU (Central Processing Unit).
- BUS h th ng (System BUS).
- B nh (Memory).
- ThƠnh ph n đi u khi n n i (Internal block).
- Ngo i vi (Peripheral).
Các chip vi h th ng (SoC) trong t
memory, đ ng th i đ
ng lai s có t i 1000 b x lý vƠ 100 MB
c tích h p r t nhi u kh i nh : ADC, I2C, PWM, DAC,
Wireless, SPI, USB, Ethernetầ Các chip SoC nƠy s lƠ n n t ng c a các s n ph m
có kh n ng k t n i m ng WAN-LAN không dơy cho các d ch v thông tin, gi i trí,
truy n thông, đ nh v [6].
2.2
TRUY N D
LI U CHU N I2C
I2C lƠ giao th c truy n thông n i ti p đ ng b ph bi n hi n nay, đ
c s d ng
r ng rưi trong vi c k t n i nhi u IC v i nhau, hay k t n i gi a IC vƠ các ngo i vi v i
t c đ th p. Các thi t b ngƠy nay nh : NVRAM, LCD, keypad, led matrix, ADC,
DACầ g n nh t t c đ u h
ng t i dùng chu n nƠy. T c đ I2C ngƠy cƠng cao vƠ
có th lên đ n Mbit/s.
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
5
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
Hình 2.1: Mô hình truy n d li u chu n I2C
c đi m: I2C s d ng hai đ
-M tđ
ng truy n tín hi u:
ng xung nh p đ ng h (SCL) ch do Master phát đi ( thông th
ng
100kHz vƠ 400kHz. M c cao nh t lƠ 1Mhz vƠ 3.4MHz).
-M tđ
ng d li u(SDA) theo 2 h
ng.
Quá trình truy n d li u chu n I2C:
Quá trình thi t b ch ghi d li u vƠo thi t b t :
Hình 2.2: Quá trình thi t b ch ghi d li u vào thi t b t
B
c 1: Thi t b ch t o tr ng thái START đ b t đ u quá trình truy n d li u,
các thi t b t s
B
tr ng thái s n sƠng nh n đ a ch t thi t b ch .
c 2: Thi t b ch g i đ a ch c a thi t b t c n giao ti p - khi đó t t c các
thi t b t đ u nh n đ a ch vƠ so sánh v i đ a ch c a mình, các thi t b t sau khi
phát hi n không ph i đ a ch c a mình thì ch cho đ n khi nƠo nh n tr ng thái START
m i. Trong d li u 8 bit thì có 7 bit đ a ch vƠ 1 bit đi u khi n đ c/ghi (R/W): thì bit
nƠy b ng 0 đ báo cho thi t b t s nh n byte ti p theo.
B
c 3: Thi t b ch ch nh n tín hi u b t tay t thi t b t . Thi t b t nƠo đúng
đ a ch thì phát 1 tín hi u tr l i cho ch bi t.
B
R/W
B
c 4: Thi t b ch ti n hƠnh g i đ a ch c a ô nh b t đ u c n ghi d li u, bit
tr ng thái ghi.
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
6
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
B
c 5: Thi t b ch ch nh n tín hi u tr l i t thi t b t .
B
c 6: Thi t b ch ti n hƠnh g i d li u đ ghi vƠo thi t b t , m i l n ghi 1
byte, sau khi g i xong thì ti n hƠnh ch nh n tín hi u tr l i t thi t b t , quá trình
th c hi n cho đ n byte cu i cùng xong r i thì thi t b ch chuy n sang tr ng thái
STOP đ ch m d t quá trình giao ti p v i thi t b t .
Quá trình thi t b ch đ c d li u vƠo thi t b t :
Hình 2.3: Quá trình thi t b ch đ c d li u vào thi t b t
B
c 1: Thi t b ch t o tr ng thái START đ b t đ u quá trình truy n d li u,
các thi t b t s
B
tr ng thái s n sƠng nh n đ a ch t thi t b ch .
c 2: Thi t b ch g i đ a ch c a thi t b t c n giao ti , khi đó t t c các
thi t b t đ u nh n đ a ch vƠ so sánh v i đ a ch c a mình, các thi t b t sau khi
phát hi n không ph i đ a ch c a mình thì ch cho đ n khi nƠo nh n tr ng thái START
m i. Trong d li u 8 bit thì có 7 bit đ a ch vƠ 1 bit đi u khi n đ c/ghi (R/W): thì bit
nƠy b ng 0 đ báo cho thi t b t s nh n byte ti p theo.
B
c 3: Thi t b ch ch nh n tín hi u b t tay t thi t b t . Thi t b t nƠo đúng
đ a ch thì phát 1 tín hi u tr l i cho ch bi t.
B
bit R/W
c 4: Thi t b ch ti n hƠnh g i đ a ch c a ô nh b t đ u c n đ c d li u,
tr ng thái đ c.
B
c 5: Thi t b ch ch nh n tín hi u tr l i t thi t b t .
B
c 6: Thi t b ch chuy n sang tr ng thái STOP, b t đ u l i tr ng thái
START, ti n hƠnh g i đ a ch c a thi t b vƠ bit R/W b ng 1 đ yêu c u t g i d li u
n i dung ô nh c a đ a ch đư nh n.
B
c 7: Thi t b ch sau khi nh n s báo tín hi u tr l i, quá trình nƠy th c hi n
cho đ n khi nh n h t d li u mong mu n thì thi t b ch t o tín hi u STOP đ ch m
d t [7].
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
7
CH
NG 2. C
S
2.3
TRUY N D
LÝ THUY T
LI U CHU N SPI
SPI lƠ m t chu n đ ng b n i ti p đ truy n d li u
ph n full-duplex (hai chi u, hai phía).
ôi khi SPI còn đ
ch đ song công toƠn
c g i lƠ giao di n b n dây.
Hình 2.4: Mô hình truy n d li u chu n SPI
c đi m: Giao ti p SPI đ
c th c hi n thông qua BUS 4 dơy MISO, MOSI,
SCK, SS
- MISO: th
ng đ
c kí hi u lƠ SDO, dùng đ truy n d li u ra kh i module
SPI khi đ t c u hình lƠ thi t b t vƠ nh n d li u khi đ t c u hình lƠ thi t b ch .
- MOSI: th
ng đ
c kí hi u lƠ SDI, dùng đ truy n d li u ra kh i module SPI
khi đ t c u hình lƠ thi t b ch vƠ nh n d li u khi đ t c u hình lƠ thi t b t .
- SCK: c p xung đ ng b đ truy n nh n d li u v i m t thi t b t nƠo đó.
- SS: c p tín hi u ch n
ngõ ra c a module SPI đ n m t ngo i vi khác n u c u
hình là thi t b ch vƠ lƠ ngõ vƠo nh n tín hi u ch n n u c u hình lƠ thi t b t .
Quá trình ho t đ ng c a chu n SPI:
Thi t b ch t o tín hi u đ ng h SCK vƠ cung c p cho ngõ vào xung SCK c a
thi t b t . Xung nƠy có ch c n ng gi nh p cho giao ti p SPI, vì SPI lƠ chu n truy n
đ ng b nên c n 1 đ
ng gi nh p, m i nh p trên chơn SCK báo 1 bit d li u đ n
ho c đi. S t n t i c a xung SCK giúp quá trình tuy n ít b l i vƠ vì th t c đ truy n
c a SPI có th đ t r t cao.
Slave Select (SS) đ
c s d ng đ ch n m t thi t b t c th b i thi t b
ch . N u thi t b ch kéo đ
ng SS c a m t thi t b t nƠo đó xu ng m c th p thì
vi c giao ti p s x y ra gi a thi t b ch vƠ thi t b t đó.
Vì tín hi u SCK đ
c t o ra b i thi t b ch , lu ng d li u đ
thi t b ch . V i m i chu k xung SCK, m t bit d li u đ
đ n thi t b t vƠ m t bit d li u đ
c đi u khi n b i
c truy n t thi t b ch
c truy n t thi t b t đ n thi t b ch .
Quá trình nƠy x y ra đ ng th i vƠ sau 8 chu k xung SCK, m t byte d li u
đ
c truy n theo c hai h
B
MÔN I N T
ng [10].
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
8
CH
NG 2. C
S
2.4
TRUY N D
LÝ THUY T
LI U CHU N 1-WIRE
LƠ chu n giao ti p không đ ng b và bán song công (half-duplex). Giao ti p
nƠy tuơn theo m i liên h ch t m t cách ch t ch . Trên m t bus có th g n 1 ho c
nhi u thi t b t nh ng ch có m t thi t b ch có th k t n i đ n bus nƠy.
Hình 2.5: Mô hình truy n d li u chu n 1-Wire
c đi m: chu n giao ti p nƠy ch c n 1 dơy đ truy n tín hi u vƠ lƠm ngu n
nuôi (n u không tính dây mass).
Quá trình truy n nh n d li u chu n 1-wire:
B nb
c truy n nh n d li u c b n c a bus 1-wire là reset/presence, g i bit
1, g i bit 0, vƠ đ c bit . Thao tác byte nh g i byte vƠ đ c byte d a trên thao tác t ng
bit.
B
c 1: G i bit 1 (ắWrite 1” signal)
Thi t b ch kéo bus xu ng m c th p trong kho ng 1 đ n 15µs. Sau đó nh bus
ra cho đ n h t ph n còn l i c a khe th i gian
B
c 2: G i bit 0 (ắWrite 0” signal)
Kéo bus xu ng m c th p trong ít nh t 60µs, vƠ t i đa lƠ 120 µs.
L u ý: gi a các l n g i bit (0 ho c 1), ph i có kho ng th i gian ph c h i bus t i
thi u 1 µs.
B
c 3:
c bit
Thi t b ch kéo bus xu ng m c th p t 0 -15µs. Khi đó thi t b t s gi bus
m c th p n u mu n g i bit 0, n u mu n g i bit 1 đ n gi n lƠ nh bus. Bus nên l y
m u 15 µs sau khi bus kéo xu ng m c th p.
B
c 4: Reset/Presence
Thi t b ch kéo bus xu ng th p ít nh t 8 khe th i gian (t c lƠ 480 µs) vƠ sau
đó nh bus. Kho ng th i gian bus
B
MÔN I N T
m c th p đó g i lƠ tín hi u reset. N u có thi t b
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
9
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
t g n trên bus nó s tr l i b ng tín hi u Presence t c lƠ thi t b t s kéo bus xu ng
m c th p trong kho ng th i gian 60µs. N u không có tín hi u Presence, thi t b ch
s hi u r ng không có thi t b t nƠo trên bus, vƠ các giao ti p ti p theo s không th
di n ra [11].
Hình 2.6: D ng sóng quá trình truy n nh n d li u chu n 1 -Wire
2.5
PH N M M ARDUINO
Hình 2.7: Bi u t
ng ph n m m Arduino
Ph n m m Arduino cung c p môi tr
ng
ng l p trình tích h p mư ngu n m h tr
i dùng vi t code vƠ t i nó lên bo m ch Arduino.
ơy lƠ môi tr
ng đa n n t ng,
h tr m t lo t các bo m ch Arduino cùng r t nhi u tính n ng đ c đáo. ng d ng l p
trình nƠy có giao di n đ
c s p x p h p lý, phù h p v i c nh ng ng
i dùng chuyên
nghi p l n không chuyên.
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
10
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
Arduino có các ch c n ng h u ích nh
đ ng... trên giao di n đ h a đ
lƠm n i b t cú pháp, th t đ u dòng t
c s p x p h p lý. Ph n m m nƠy còn tích h p các
b s u t p ví d m u tr giúp cho nh ng ng
i l n đ u tiên s d ng cùng v i m t
m ng th vi n phong phú nh EEPROM, Firmata, GSM, Servo, TFT, WiFi...
Truy c p vƠo trang ch Arduino đ t i ph n m m vƠ cƠi đ t.
Ph n m m đ
Arduino 1.8.8.
c h tr mi n phí cho ng
i dùng, v i b n c p nh t m i nh t lƠ
phiên b n m i nh t nƠy thì đư tích h p cho dòng kit Intel Galileo.
Hình 2.8: Giao di n ph n m m Arduino
2.6
GI I THI U PH N C NG
2.6.1 B x lý trung tâm - Intel Galileo Gen 2
Vi c l a ch n m t dòng vi đi u khi n, dòng chip, hay m t board m ch nƠo đó
đ lƠm kh i x lý trung tâm thông th
ng có r t nhi u l a ch n, có th k ra m t s
tên nh : Raspberry Pi, các dòng Arduino, Intel Edison, các dòng ARM, các dòng
PICầ Nh ng chúng tôi quy t đ nh ch n kit Intel Galileo Gen 2 vì nh ng nguyên
nhơn sau đơy:
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
11
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
Hình 2.9: M t trên kit Intel Galileo Gen 2
Hình 2.10: M t d
i kit Intel Galileo Gen 2
Intel Galileo Gen 2 lƠ s n ph m đ
c ph bi n r ng rưi trong gi i h c sinh, sinh
viên Vi t Nam hi n nay. C i ti n l n nh t c a Gen 2 lƠ vi c Intel đư thi t k l i m t
ph n board m ch đ nơng t c đ lƠm vi c c a các chơn giao ti p lên. Intel Galileo
Gen 2 đ
c trang b b x lý trung tơm Intel Quark X1000 - SoC v i kh n ng ti t
ki m n ng l
ng v t tr i, đ ng th i kit c ng t
Arduino lƠ hai u đi m l n nh t giúp ng
ng thích v i chu n ph n m m
i s d ng có th lƠm vô s các ng d ng
khác nhau: robot, IoT, h th ng đi u khi n t đ ng,...
V i kích th
c nh g n nh ng bo m ch có Ethernet tích h p v i h tr Power
Over Ethernet ( PoE ), c ng USB 2.0, khe c m micrso-SD, khe c m th mini PCI
Express, 20 ngõ vƠo/ra k thu t s (trong đó có th s d ng 6 ngõ nh PWM xu t ra
v i đ phơn gi i 8/12 bit vƠ 6 ngõ vƠo t
ng t v i đ phơn gi i 12 bit), k t n i micro
USB, c ng ICSP, c ng JTAG vƠ 2 nút reset.
B
MÔN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
12
