DO AN TOT NGHEP DAI HOC NGUYENVIETDUC (1)

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG THÔNG MINH

Giảng viên hƣớng dẫn

: Th.s NGUYỄN THỊ HƢƠNG THẢO

Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN VIỆT ĐỨC

Lớp

: D11XLTH

Hệ

: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

HÀ NỘI -2015


Đồ án tốt nghiệp đại học

Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................

Hà nội, ngày....tháng.…năm 2015.
Giáo viên hƣớng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

Page ii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Nhận xét của giáo viên chấm
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................

......................................................................................................................
......................................................................................................................

Hà nội, ngày....tháng….năm 2015
Giáo viên hƣớng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

Page iii


Đồ án tốt nghiệp đại học
LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế, không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ
trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong quá
trình làm đồ án em đã gặp rất nhiều khó khăn do kiến thức về chuyên môn và thực tế
còn hạn chế. Tuy nhiên nhờ có sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn
bè là động lực giúp em hoàn thành đồ án này.
Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Ths.Nguyễn Thị Hƣơng Thảo đã
tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án. Cùng với kiến thức chuyên môn và
kinh nghiệm thực tế cô đã giúp em hoàn thành đồ án trong thời gian sớm nhất và
hoàn chỉnh nhất.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy, Cô trong khoa Kĩ Thuật
Điện Tử I nói riêng và các thầy cô trong trƣờng Học Viện Công Nghệ Bƣu Chính
Viễn Thông nói chung đã dạy em trong suốt 4 năm rƣỡi qua. Các Thầy, Cô đã truyền
dạy cho em những kiến thức quý báu, những bài học sâu sắc và cả định hƣớng cho
em về công việc tƣơng lai sau này của mình.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các bạn trong lớp D11XLTH-những
ngƣời đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

Page iv


Đồ án tốt nghiệp đại học
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................iv
MỤC LỤC.....................................................................................................................v
THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾTTẮT ......................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH .....................................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................x
LỜI MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ..................................................2
1.1 Tình trạng giao thông của nƣớc ta hiện nay .......................................................2
1.2 Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................2
1.3 Mục tiêu đề tài ....................................................................................................3
1.4 Các hệ thống đèn giao thông hiện nay ................................................................4
1.4.1 Mạch xử dụng IC số ....................................................................................4
1.4.2 Điều khiển bằng vi xử lý .............................................................................5
1.4.3 Điều khiển bằng vi điều khiển .....................................................................5
1.4.4 Điều khiển bằng PLC ..................................................................................5
1.5 Phạm vi của đề tài ...............................................................................................6
1.6 Kết luận chƣơng ..................................................................................................6
CHƢƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...........................................7
ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG ............................................................................7
2.1 Sơ đồ tổng quát ...................................................................................................7
2.1.1Thiết bị ngoại vi ...........................................................................................7

2.1.1.2 Khối nhận biết chuyển động .................................................................10
2.1.2 Khối điều khiển trung tâm .........................................................................11
2.1.3 Khối bàn phím ...........................................................................................12
2.1.4 Khối hiển thị ..............................................................................................13
2.1.5 Khối nguồn ................................................................................................13
2.2 Giải pháp công nghệ .........................................................................................14
2.2.1 Vi điều khiển ARM ...................................................................................14
2.2.1.1 Các cổng I/O đa dụng ...........................................................................16
2.1.1.2 Timer (Bộ định thời đa nhiệm và nâng cao).........................................17
2.1.1.3 Tìm hiểu về chuẩn giao tiếp SPI...........................................................19
2.2.2 Module RIFD ............................................................................................22
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

Page v


Đồ án tốt nghiệp đại học
2.2.2.1 Thẻ RFID ..............................................................................................22
2.2.2.2 Bộ đọc (Reader) ....................................................................................25
2.2.2.3 Tần số hoạt động của RFID ..................................................................27
2.2.3 Khối nhận biết chuyển động ......................................................................28
2.2.4 Khối hiển thị ..............................................................................................28
2.2.5 Khối nguồn ................................................................................................28
2.3 Linh kiện sử dụng .............................................................................................28
2.3.1 ARM STM32F103RBT6 ...........................................................................28
2.3.1.1 Giới thiệu chung về dòng STM32F103xx ............................................28
2.3.1.2 Tổng quan về thiết bị ............................................................................29
2.3.1.3 Tính năng chính ....................................................................................31
2.3.2 IC7805 .......................................................................................................31
2.3.3 LCD16x2 ...................................................................................................32

2.3.4 IC LM358 ..................................................................................................34
2.3.5 IC LM1117 ................................................................................................35
2.3.6 Module RC522 ..........................................................................................36
2.3.7 LED 7 đoạn................................................................................................37
2.3.8 Diot phát quang (LED) ..............................................................................38
2.3.9 Tranzitor C1815 ........................................................................................39
2.3.10 Cảm biến hồng ngoại ...............................................................................39
2.3.11 Tụ điện .....................................................................................................39
2.3.12 Thạch anh ................................................................................................39
2.3.13 Nút bấm (Button): ...................................................................................40
2.3.14 Điện trở ....................................................................................................40
2.4 Kết luận chƣơng ................................................................................................40
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ...................................................................41
3.1 Sơ đồ nguyên lý ................................................................................................41
3.1.1 Mạch nguyên lý .........................................................................................41
3.1.2 Nguyên lý hoạt động .................................................................................41
3.2 Lƣu đồ thuật toán ..............................................................................................42
3.3 Mạch in .............................................................................................................43
3.4 Sản phẩm hoàn thiện .........................................................................................44
3.5 Kết quả thực hiện và hƣớng phát triển .............................................................44
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

Page vi


Đồ án tốt nghiệp đại học
3.5.1 Kết quả thực hiện.......................................................................................44
3.5.2 Nhận xét và đánh giá kết quả đạt đƣợc .....................................................45
3.5.3 Hƣớng phát triển ........................................................................................45
3.6 Kết luận chƣơng ................................................................................................45

KẾT LUẬN .................................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................47

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

Page vii


Đồ án tốt nghiệp đại học
THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾTTẮT
TỪ
VIẾT
TẮT
ADC
ARM

Analog Digital Convert
Advanced RISC Machine

I2 C

Inter-Intergrated Cirtuit

CPU
CAN
DC
DMA
GPIO
IC
RIFD

Central Processing Unit
Controller Area Network
Direct Current
Direct Memory Access
General Purpose Input/Output
Intergrated Circuit
Radio Frequency Identification

PIR

Passive Infra-Red

IR

Detector

RTC
UART

Real Timer Clock

Đồng hồ thời gian thực

Universalasynchronous
receiver/transmitter

Chuẩn truyền thông nối tiếp không đồng
bộ.

PLC

Programmable Logic Controller

SPI
RAM
ROM

Serial Peripheral Interface
Random Access Memory
Read-Only Memory

Thiết bị điều khiển lập trình
đƣợc
Chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao.
Bộ nhớ đọc và ghi.

USB

Univeral Serial Bus

CỤM TỪ ĐẦY ĐỦ TIẾNG
ANH

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

NGHĨA TIẾNG VIỆT
Bộ chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự sang số.
Vi điều khiển sử dụng cấu trúc vi xử lý
32bit kiểu RISC.

Chuẩn truyền thông dữ liệu theo quan hệ
chủ tớ
Bộ xử lý trung tâm.
Mạng điều khiển.
Dòng một chiều.
Truy cập bộ nhớ trực tiếp.
Chân vào/ra dữ liệu.
Mạch tích hợp.
Công nghệ nhận dạng đối tƣợng bằng
sóng vô tuyến.
Cảm biến thụ động dùng nguồn kích là
tia hồng ngoại.
cảm biến phát hiện vật cản bằng cách sử
dụng ánh sáng hồng ngoại.

Bộ nhớ chỉ đọc.
Là một chuẩn truyền thông nối tiếp dùng
để kết nối các thiết bị điện tử.

Page viii


Đồ án tốt nghiệp đại học
DANH MỤC HÌNH
Hinh 1. 1 Tình hình giao thông ở một ngã tƣ ..................................................................2
Hinh 1. 2 Các đơn tham gia điều hành giao thông ..........................................................3
Hinh 1. 3 Sơ đồ mô phỏng hoạt động của một hệ thống đèn giao thông ........................4
Hình 2. 1 Sơ đồ khối hệ thống. ........................................................................................7
Hình 2. 2 Barcode ............................................................................................................8
Hình 2. 3 Các phím điều khiển ......................................................................................13

Hình 2. 4 Khối hiển thị ..................................................................................................13
Hình 2. 5 Mạch nguồn ...................................................................................................13
Hình 2. 6 Khối định thời với các thanh ghi 16-bit Prescaler .........................................17
Hình 2. 7 Mỗi khối Timer có đầu vào là các xung sự kiện ...........................................18
Hình 2. 8 Cấu hình các khối Timer kết hợp lại tạo thành mảng các Timer ..................18
Hình 2. 9 Giao tiếp 1 master - 1 slave ...........................................................................19
Hình 2. 10 Truyền dữ liệu SPI.......................................................................................20
Hình 2. 11 Kết nối song song nhiều slave ....................................................................20
Hình 2. 12 Kết nối Daisy chain .....................................................................................21
Hình 2. 13 Giao tiếp SPI................................................................................................21
Hình 2. 14 Dạng của 1 số loại Transponder tiêu biểu ...................................................22
Hình 2. 15 Reader ..........................................................................................................25
Hình 2. 16 Tƣơng tác giữa Application-Reader và Reader-Transponder .....................26
Hình 2. 17 Các khối chức năng của một bộ đọc ............................................................26
Hình 2. 18 Cấu trúc của giao diện HF ...........................................................................27
Hình 2. 19 Sơ đồ phần phần HF của chip reader em 4095 ............................................27
Hình 2. 20 ARM STM32F103RBT6 .............................................................................28
Hình 2. 21 Sơ đồ khối kiến trúc của dòng STM32F103xx ...........................................30
Hình 2. 22 Hình ảnh IC 7805 ........................................................................................31
Hình 2. 23 Hình ảnh LCD 16x2 ....................................................................................32
Hình 2. 24 Các chân của LCD .......................................................................................33
Hình 2. 25 Sơ đồ chân LM358 ......................................................................................35
Hình 2. 26 IC LM1117 ..................................................................................................35
Hình 2. 27 Module RC522 ............................................................................................36
Hình 2. 28 Dạng led 7 thanh ..........................................................................................37
Hình 2. 29 Sơ đồ cấu tạo của led 7 thanh ......................................................................38
Hình 2. 30 Led phát quang ............................................................................................38
Hình 2. 31 Tranzistor C1815 .........................................................................................39
Hình 3. 1 Sơ đồ nguyên lý .............................................................................................41
Hình 3. 2 Sơ đồ thuật toán .............................................................................................42

Hình 3. 3 Sơ đồ mạch in ................................................................................................43
Hình 3. 4 Sản phẩm hoàn thiện .....................................................................................44

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

Page ix


Đồ án tốt nghiệp đại học
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 So sánh đặc điểm một số hệ thống nhận dạng ................................................9
Bảng 2. 2 So sánh thẻ thụ động và thẻ tích cực. ............................................................24
Bảng 2. 3 Tính năng STM32F103xx và số lƣợng thiết bị ngoại vi ...............................29
Bảng 2. 4 Sự tƣơng thích trong họ STM32F103xx .......................................................30
Bảng 2. 5 Các đặc điểm chính của dòng STM32F103xx ..............................................31
Bảng 2. 6 Một số thông số kĩ thuật IC7805 ...................................................................32
Bảng 2. 7 Ý nghĩa các chân của LCD. ..........................................................................33
Bảng 2. 8 Bảng mã cho Led Cathode chung .................................................................38

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

Page x


Đồ án tốt nghiệp đại học
LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển đi lên của xã hội, các phƣơng tiện tham gia
giao thông cũng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp.
Vì vậy để đảm bảo giao thông đƣợc an toàn và thông suốt thì việc sử dụng các hệ

thống tín hiệu để điều khiển và phân luồng tại các nút giao thông là rất cần thiết.
Nhận thấy đây là vấn đề rất sát thực, với những kiến thức đã đƣợc trang bị trong
quá trình học tập và nghiên cứu tại trƣờng Học viện Công Nghệ Bƣu Chính Viễn
Thông em đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển đèn giao
thông thông minh”.
Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận đƣợc sự chỉ bảo, hƣớng dẫn tận
tình của các thầy cô trong khoa đặc biệt đó là sự chỉ bảo của cô ThS.Nguyễn Thị
Hƣơng Thảo. Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo của các thầy cô!
Trong khi thực hiện đồ án do kiến thức còn hạn chế cũng nhƣ em chƣa có nhiều
điều kiện để đi khảo sát thực tế, với một khoảng thời gian ngắn thực hiện, do vậy mà
đồ án của em còn nhiều thiếu sót mong các thầy cô đóng góp và bổ sung ý kiến để đồ
án của em đƣợc hoàn thiện hơn!
Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

1


Đồ án tốt nghiệp đại học
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
1.1 Tình trạng giao thông của nƣớc ta hiện nay
Nƣớc ta đang trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, cùng với sự phát
triển của văn hóa, kinh tế và xã hội thì nhu cầu về đi lại của ngƣời dân ngày càng
gia tăng nhất là trong các khu vực thành thị, các loại phƣơng tiện giao thông đã
tăng một cách chóng mặt. Riêng tại Hà nội, số lƣợng xe máy và ô tô trong những
năm qua tăng một cách đột biến, mật độ xe lƣu thông trên đƣờng ngày một nhiều,
trong khi đó hệ thống đƣờng xá tại Việt Nam còn quá nhiều hạn chế nên thƣờng
gây ra các hiện tƣợng nhƣ kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt là tai nạn giao thông
ngày càng phổ biến trở thành mối hiểm họa cho nhiều ngƣời và nhiều hệ lụy không

tốt cho môi trƣờng xung quanh.
Vì lý do đó các luật giao thông lần lƣợt ra đời và đƣợc đƣa vào sử dụng một
cách lặng lẽ rồi dần trở nên phổ biến nhƣ hiện nay. Trong đó hệ thống đèn giao thông
là công cụ điều khiển giao thông công cộng thực tế và hiệu quả có vai trò rất lớn trong
việc đảm bảo an toàn và giảm thiểu tai nạn giao thông.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Hinh 1. 1 Tình hình giao thông ở một ngã tƣ
Ở hình 1.1 là thực trạng tham gia giao thông ở một ngã tƣ, các phƣơng tiện
tham gia giao thông đi về nhiều hƣớng khác nhau dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông
kéo dài, thậm chí là tai nạn giao thông có thể đến bất cứ lúc nào ảnh hƣởng xấu đến
ngƣời tham gia giao thông.

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Hinh 1. 2 Các đơn tham gia điều hành giao thông
Trên đây chỉ là hai hình ảnh nhỏ nhƣng lại phản ánh một cách khá chính xác về
tình trạng giao thông hiện nay; đó là sự tắc nghẽn giao thông, là sự phung phí quá
nhiều sức ngƣời vào việc điều hành giao thông trên các tuyến đƣờng và tại các ngã tƣ.
Vậy tại sao chúng ta không để máy móc, các hệ thống - thiết bị kĩ thuật điện tử
tiên tiến hỗ trợ chúng ta quản lý một cách tốt hơn.
Vì những lý do trên em đã quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế mô hình hệ
thống điều khiển đèn giao thông thông minh tại ngã tƣ”. Một hệ thống thông minh có
thể điều khiển đèn tín hiệu dựa vào lƣu lƣợng ngƣời tham gia giao thông, phân luồng
và giảm ùn tắc.

1.3 Mục tiêu đề tài
Trƣớc tình hình phƣơng tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng không
ngừng và hệ thống giao thông nƣớc ta ngày càng phức tạp. Dẫn đến tình trạng ùn tắc
và tai nạn giao thông ngày càng gia tăng. Vì vậy để đảm bảo giao thông đƣợc an toàn
và thông suốt thì việc sử dụng các hệ thống tín hiệu để điều khiển và phân luồng tại
các nút giao thông là rất cần thiết. Nhận biết tầm quan trọng của hệ thống điều khiển
đèn giao thông em nên khi thiết kế em đặt ra một số mục tiêu cho đề tài nhƣ sau :
 Xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh bao gồm chức năng
điều khiển các đèn tín hiệu (xanh, đỏ, vàng) và led 7 đoạn đếm ngƣợc thời
gian các đèn tín hiệu cho các đƣờng tại một ngã tƣ. Ngoài ra hệ thống có tích
hợp màn hình hiển thị phía trƣớc cho ngƣời tham gia giao thông tham khảo
thông tin, đồng thời hỗ trợ việc thu phí đƣờng bộ trên đƣờng.
 Hệ thống có thể thay đổi đƣợc thời gian hoạt động của các đèn tín hiệu tùy
vào mật độ lƣu lƣợng tại các thời điểm khác nhau ở các ngã tƣ khác nhau.
 Hệ thống tích hợp module RFID trong việc bật tắt barie tự động nhằm ứng
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

3


Đồ án tốt nghiệp đại học
dụng cho việc thu phí đƣờng bộ.
 Thiết kế các cảm biến nhận biết chuyển động tại các đƣờng nhằm phát hiện
lƣu lƣợng ngƣời tham gia giao thông qua đó tự chuyển chế độ đèn ƣu tiên
nhằm giải quyết tình trạng ùn tắc; cùng với đó lắp đặt màn hình hiển thị tuyến
đƣờng tắc nghẽn cũng nhƣ thông thoáng qua đó giúp mọi ngƣời có thể lựa
chọn đƣờng đi cho hợp lý.
 Đảm bảo hệ thống hoạt động trong thời gian dài, tiết kiệm năng lƣợng và chi
phí thấp .

Hinh 1. 3 Sơ đồ mô phỏng hoạt động của một hệ thống đèn giao thông
Có chu kỳ đèn tín hiệu T= TĐỏ + TXanh + TVàng
Trong đó :
TĐỏ : Là thời gian đèn đỏ sáng.
TXanh : Là thời gian đèn xanh sáng.
TVàng: Là thời gian đèn vàng sáng.
TĐỏ = TXanh + TVàng.
1.4 Các hệ thống đèn giao thông hiện nay
1.4.1 Mạch xử dụng IC số
Với mạch dùng IC số có các ƣu điểm sau:
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

4


Đồ án tốt nghiệp đại học


Tổn hao công suất bé, mạch có thể dùng pin hoặc acquy.



Giá thành rẻ.



Mạch đơn giản dễ thực hiện.

Song với việc sử dụng kỹ thuật số rất khó khăn trong việc thay đổi chƣơng
trình. Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của chƣơng trình thì buộc lòng phải thay đổi

phần cứng. Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi
yêu cầu đó không thực hiện đƣợc nhờ phƣơng pháp này. Với sự phát triển mạnh mẽ
của ngành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ vi xử lý, vi điều khiển hay PLC đã
giải quyết đƣợc những bế tắc và kinh tế hơn mà phƣơng pháp dùng IC số kết nối lại
không thực hiện đƣợc.
1.4.2 Điều khiển bằng vi xử lý
Ngoài những ƣu điểm nhƣ đã liệt kê trong phƣơng pháp dùng IC số thì phƣơng
pháp dùng kỹ thuật vi xử lý con có những ƣu điểm sau:

Ta có thể thay đổi chƣơng trình một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần
mềm trong khi đó phần cứng không thay đổi mà mạch dùng IC số không thể thực hiện
đƣợc mà nếu có thể thực hiện đƣợc thì cũng cứng nhắc mà ngƣời công nhân cũng khó
tiếp cận, dễ nhầm.


Số linh kiện để sử dụng trong mạch ít hơn.


Mạch đơn giản hơn so với mạch dùng IC số. Song do phần cứng của vi xử lý
chỉ sử dụng CPU đơn chíp mà không có các bộ nhớ Ram, Rom, các bộ timer, hệ thống
ngắt nên việc viết chƣơng trình gặp nhiều khó khăn. Do vậy, để khắc phục những
nhƣợc điểm trên hiện nay ngƣời ta thƣờng dùng bộ vi điều khiển.
1.4.3 Điều khiển bằng vi điều khiển
Ngoài những ƣu điểm đã có của hai phƣơng pháp trên, phƣơng pháp này còn có
những ƣu điểm sau:

Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với chƣơng trình có quy mô
nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lý không thực hiện đƣợc.

Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý cũng giao tiếp

đƣợc nhƣng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song
song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính.

Do trong vi điều khiển có sử dụng các bộ timer, các hệ thống ngắt, câu lệnh đơn
giản nên việc lập trình đơn giản, dễ thực hiện.
1.4.4 Điều khiển bằng PLC
Với phƣơng pháp điều khiển bằng PLC có những ƣu điểm sau:


Làm việc chắc chắn, liên tục và có tuổi thọ cao.


Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn
hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

5


Đồ án tốt nghiệp đại học
xuất nhập. Có thể làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau; hƣớng dẫn ngƣời sử dụng
đơn giản thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms).
Tuy phƣơng pháp này có nhiều ƣu điểm hơn vi xử lý nhƣng việc áp dụng trong
các hệ thống nhỏ là không thích hợp bởi giá thành rất cao.
1.5 Phạm vi của đề tài
Đề tài thực hiện với phạm vi là một mô hình đèn giao thông thu nhỏ tƣơng ứng
với một hệ thống đèn giao thông trong thực tế nên chỉ thực hiện đƣợc một số những
công việc sau :

Xây dựng một mô hình đèn giao thông tại ngã tƣ với kích thƣớc nhỏ, với các

đèn tín hiệu và led hiển thị thời gian đếm ngƣợc.

Thực hiện mô phỏng cách thức điều khiển, hoạt động của các đèn ở các chế độ
tự động và cài đặt thời gian.

Mô hình đèn giao thông có khả năng nhận biết chuyển động của vật trong phạm
vi nhỏ để tự động điều khiển thời gian sáng của các đèn tín hiệu ở các tuyến đƣờng và
hiển thị tuyến đƣờng bị tắc lên màn hình LCD.

Module RIFD nhận biết và cho phép các phƣơng tiện tham gia giao thông khi đi
qua trạm thu phí.
1.6 Kết luận chƣơng
Qua chƣơng I ta biết đƣợc thực trạng về tình hình giao thông trên các tuyến
đƣờng, ngã tƣ của nƣớc ta hiện nay và các ƣu nhƣợc điểm của các hệ thống điều khiển
đèn giao thông hiện hành qua đó biết đƣợc tính cấp thiết của đề tài. Với tầm quan
trong của hệ thống ta đặt ra đƣợc những mục tiêu khi thiết kế và phạm vi đề tài từ đó
xác định đƣợc phƣơng hƣớng để lựa chọn giải pháp điều khiển cho mô mình sao cho
hợp lý. Trên cơ sở đó tiến hành xây dựng sơ đồ khối của hệ thống.

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

6


Đồ án tốt nghiệp đại học
CHƢƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG
2.1 Sơ đồ tổng quát

THIẾT BỊ NGOẠI VI

KHỐI
NGUỒN

KHỐI ĐIỀU KHIỂN
TRUNG TÂM

KHỐI
BÀN
PHÍM

KHỐI HIỂN THỊ
Hình 2. 1 Sơ đồ khối hệ thống.

2.1.1Thiết bị ngoại vi
 Thiết bị nhận dạng vé xe lƣu thông trên đƣờng.
 Bộ cảm biến nhận biết chuyển động.
2.1.1.1 Thiết bị nhận dạng vé xe lƣu thông trên đƣờng
Thế giới đang trong giai đoạn đổi mới và phát triển mà trong đó nền công
nghiệp hóa, tự động hóa ngày càng đƣợc ứng dụng nhiều và đặc biệt nền công nghệ tự
động hóa nhận dạng (Auto-ID) đang trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp
dịch vụ, công nghiệp thƣơng mại và trong nhiều nhà máy sản xuất. Công nghệ nhận
dạng tồn tại giúp cho chúng ta có thể nhận đƣợc các thông tin về đối tƣợng nhận dạng:
con ngƣời, tài sản,vật nuôi…Công nghệ mã vạch (Barcode) đã mang lại sự thay đổi
đáng kể, nhƣng nó chỉ mang là bƣớc đầu của một ngành công nghệ và còn có nhiều
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

7

Đồ án tốt nghiệp đại học
thiếu sót khi mà số lƣợng đối tƣợng cần nhận dạng ngày một tăng lên. Ƣu điểm của
công nghệ mã vạch là giá thành thấp, khuyết điểm là khả năng lƣu trữ thấp, không có
khả năng lập trình lại. Các thiết bị mang dữ liệu điện tử phổ biến nhất trong cuộc sống
hàng ngày là loại thẻ thông minh dựa trên một môi trƣờng tiếp xúc (ví dụ: thẻ điện
thoại, thẻ tín dụng, thẻ ngân hàng …). Tuy nhiên thiết bị tiếp xúc với thẻ thông minh
thƣờng không linh hoạt. Hệ thống RFID (RFID: Radio Frequency Identification) ra
đời nhằm khắc phục những nhƣợc điểm trên. Sự truyền dữ liệu không cần phải tiếp
xúc giữa thiết bị mang dữ liệu và đầu đọc của nó trong hệ thống RFID sẽ linh hoạt
hơn.
Hệ thống RFID là hệ thống nhận dạng dữ liệu tự động và không dây, cho phép
việc đọc và ghi dữ liệu và không cần tiếp xúc trực tiếp với hệ thống. Chúng tỏ ra rất
hữu ích trong sản xuất và hoạt động đƣợc trong những điều kiện môi trƣờng mà kỹ
thuật khác không thể làm đƣợc. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng các hệ thống RFID
ngày càng nhiều và mở ra một thị trƣờng đầy tiềm năng cho các nhà nghiên cứu và sản
xuất. Ngày nay, các công nghệ mới đều hƣớng đến sự giản đơn, tiện lợi và một đặc
trƣng quan trọng là khả năng không dây (wireless). Một thiết bị chủ yếu trong hƣớng
phát triển này là “Bộ nhận dạng tần số bằng sóng vô tuyến: RFID” (RFID: Radio
Frequency Identification) làm cho con ngƣời đƣợc giải phóng, tự do và thoải mái hơn
về khả năng tự động của nó.
Phân loại các hệ thống nhận dạng:
a) Hệ thống nhận dạng bằng mã vạch (Barcode system)
Mã vạch là một chuỗi mã nhị phân gồm có các vạch và các khoảng trống đƣợc
sắp xếp song song. Chúng đƣợc sắp xếp theo mẫu định trƣớc và tƣơng ứng với dữ liệu
cơ sở. Dãy các chữ số tạo nên các mã vạch và các khoảng trống lớn nhỏ khác nhau.
Mã vạch đƣợc đọc bởi các thiết bị quang học dựa trên phản xạ của tia laze từ các vạch
đen và các khoảng trắng. Các mã vạch là tƣơng tự nhau nhƣng chúng lại khác nhau về
cách sắp xếp và định nghĩa sẵn của ngƣời chế tạo.
Nội dung mã vạch là các thông tin về sản phẩm đƣợc định nghĩa sẵn nhƣ: tên
nhà sản xuất, nƣớc sản xuất, vị trí để, tiêu chuẩn, thông tin về kích thƣớc sản phẩm,

nơi kiểm tra…

Hình 2. 2 Barcode

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

8


Đồ án tốt nghiệp đại học
b) Nhận dạng bằng công nghệ sinh trắc học
Hệ thống nhận dạng trên thì thuật ngữ sinh trắc học là chỉ chung cho tất cả các
thủ tục để nhận dạng con ngƣời bằng cách so sánh các đặc điểm đặc trƣng nhất của
mỗi ngƣời. Thông thƣờng nhƣ: dấu vân tay, giọng nói, khuôn mặt, hình dáng, võng
mạc mắt, thân nhiệt và thậm chí nhịp đập tim..
Ví dụ nhận dạng dấu vân tay: dấu vân tay là một dạng nhận dạng phổ biến nhất
đƣợc sử dụng và áp dụng trong khoa học hình sự để tìm ra tội phạm thông qua dấu vân
tay để lại hiện trƣờng.Về mặt công nghiệp thì dấu vân tay cũng đƣợc sử dụng nhận
dạng con ngƣời trong quản lý vào ra. Nguyên lý của hệ thống là dùng các photodiode
truyền các tia hồng ngoại tới các ngón tay đặt trên đầu đọc và chúng đƣợc hấp thụ bởi
hồng cầu trong máu.Vùng bị hấp thụ trở thành vùng tối trong hình ảnh và đƣợc chụp
lại bằng camera sau đó đƣợc quét lên máy tính và truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ để tìm
đƣợc đối tƣợng cần tìm.
c) Hệ thống RFID ( Radio Frequency Identification )
Tên thông dụng của công nghệ này là RFID (Radio Frequency Identification).
Thẻ RFID là những tấm thẻ plastic có gắn các microchip bé chỉ bằng một nửa hạt cát.
Chúng bắt đƣợc các tín hiệu sóng radio và đáp ứng bằng cách phát ra mã số nhận diện
tƣơng ứng. Hầu nhƣ tất cả các thẻ RFID không dùng nguồn pin để cung cấp năng
lƣợng hoạt động mà sử dụng năng lƣợng từ sóng radio kích hoạt để hoạt động. Đây là
loại phƣơng tiện để nhận diện ngƣời hoặc vật qua việc truyền sóng vô tuyến. Hệ thống

thu dữ liệu nhận diện tự động không dây này rất chú trọng đến việc đọc và ghi thông
tin mà không cần tiếp xúc và là một lọai công nghệ rất hiệu quả trong môi trƣờng sản
xuất cũng nhƣ các môi trƣờng không thân thiện khác khi mã vạch không còn phát huy
tác dụng đƣợc nữa.
Bảng 2. 1 So sánh đặc điểm một số hệ thống nhận dạng

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

9


Đồ án tốt nghiệp đại học
2.1.1.2 Khối nhận biết chuyển động
Khối nhận biết chuyển động có nhiệm vụ nhận biết chuyển động của vật thể
trong phạm vi nhỏ, từ đó chuyển tín hiệu thu đƣợc về khối điều khiển để điều khiển
thời gian sáng của các đèn tín hiệu.
Khối sử dụng các cảm biến để phát hiện chuyển động của vật thể. Ở trong đồ án
này, các cảm biến chuyển động có nhiệm vụ phát hiện chuyển động của các phƣơng
tiện tham gia giao thông qua đó xác định đƣợc lƣu lƣợng xe đang có mặt trên đƣờng
và điều khiển chế độ đèn giao thông một cách hợp lý, hạn chế tối đa tình trạng ùn tắc.
Các cảm biến chuyển động hiện nay trên thị trƣờng phổ biến rất nhiều; mỗi loại cảm
biến lại có chức năng, hiệu quả sử dụng khác nhau. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng
hay yêu cầu sản phẩm mà ta có thể lựa chọn các loại cảm biến chuyển động phù hợp.

Cảm biến chuyển động PIR (Passive Infra-Red): Là bộ cảm biến thụ động dùng
nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ
các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (thông
thƣờng là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là
các tia hồng ngoại, ngƣời ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín
hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển

động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn
tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn thân nhiệt, đó là thân nhiệt
của các thực thể khác, nhƣ con ngƣời con vật...Các nguồn nhiệt (với ngƣời và con vật
là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia
hồng ngoại, nó đƣợc cho tiêu tụ trên hai cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò và tạo
ra điện áp đƣợc khuếch đại với transistor FET. Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2
cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ đƣợc khuếch đại để có biên
độ đủ cao và đƣa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo
động.

Cảm biến siêu âm: Là thiết bị dùng để xác định vị trí của các vật thông qua việc
phát sóng siêu âm. Cấu tạo chính của cảm biến siêu âm là bộ phận phát và bộ phận
nhận sóng siêu âm. Sóng siêu âm là sóng âm thanh thuộc nhóm sóng cơ học với tốc độ
lan truyền trong không khí không cao, lợi dụng điều này mà ta có thể phát hiện vật cản
và đo đƣợc khoảng cách đến vật cản dựa trên sóng này. Khoảng cách phát hiện vật cản
của cảm biến siêu âm dao động từ 1m-15m, tùy thuộc vào tần số của sóng siêu âm
phát ra. Tần số sóng siêu âm càng lớn thì khoảng cách phát hiện vật cản của cảm biến
càng nhỏ. Khi sóng siêu âm phát ra (theo hình nón) từ bộ phận phát của cảm biến siêu
âm, nếu gặp vật cản trong phạm vi phát sẽ phản xạ trở lại bộ phận thu của cảm biến.
Từ đó cho ta biết vị trí các vật cản theo hƣớng quét của cảm biến. Sóng siêu âm đƣợc
truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s. Nếu một cảm biến phát ra sóng
siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo đƣợc khoảng thời gian từ lúc phát đi
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

10


Đồ án tốt nghiệp đại học
tới lúc thu về, thì ta có thể xác định đƣợc quãng đƣờng mà sóng đã di chuyển trong
không gian. Quãng đƣờng di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến

tới chƣớng ngoại vật, theo hƣớng phát của sóng siêu âm. Hay khoảng cách từ cảm biến
tới chƣớng ngại vật sẽ đƣợc tính theo nguyên lý TOF (Time Of Flight): D=V*T/2.

Cảm biến IR (IR Detector): Là một loại cảm biến phát hiện vật cản bằng cách
sử dụng ánh sáng hồng ngoại. Bộ phận chính của cám biến IR gồm có mắt phát IR-sử
dụng Led phát hồng ngoại và mắt thu IR-sử dụng Led thu hồng ngoại.Về nguyên lí
hoạt động của cảm biến IR, khi hoạt động mắt phát IR sẽ phát ra sóng ánh sáng có
bƣớc sóng hồng ngoại, khi gặp vật cản sẽ phản xạ trở lại phía mắt thu IR. Ở trạng thái
bình thƣờng mắt thu IR sẽ có nội trở rất lớn, khi có tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở
của mắt thu giảm xuống rất nhỏ. Từ đó ta có thể phát hiện đƣợc sự có mặt của vật cản.
Tuy nhiên, khoảng cách phát hiện của cảm biến IR nhỏ-dao động 10cm-80cm và việc
phát hiện vật cản có bề mặt tối khá khó khăn do bề mặt tối sẽ hấp thụ ánh sáng hồng
ngoại từ mắt phát nên sẽ không có ánh sáng phản xạ lại phía mắt thu.
2.1.2 Khối điều khiển trung tâm
Khối vi điều khiển nhƣ là bộ não trung tâm điều khiển mọi hoạt động của hệ
thống. Các tín hiệu từ khối nhận bàn phím, khối nhận biết chuyển động hay nhận dạng
sẽ đƣợc đƣa đến khối vi điều khiển để xử lí.
Hiện nay, trên thị trƣờng có rất nhiều dòng vi điều khiển khác nhau, với yêu cầu
phát triển của khoa học-kĩ thuật thì việc phát triển các dòng vi điều khiển để đáp ứng
nhu cầu cuộc sống cũng nhƣ sản xuất là điều thiết yếu.
a)Vi điều khiển 8051
Là một dòng sản phẩm của hãng Intel. Bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM,
4K byte ROM trên chíp, hai bộ định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng (đều rộng 8 bit)
vào ra tất cả đƣợc đặt trên một chíp. Lúc ấy nó đƣợc coi là một “hệ thống trên chíp”.
Vi điều khiển 8051 là một bộ xử lý 8 bit có nghĩa là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit
dữ liệu tại một thời điểm. Dữ liệu lớn hơn 8 bit đƣợc chia ra thành các dữ liệu 8 bit để
cho xử lý. 8051 có tất cả 4 cổng vào - ra I/O mỗi cổng rộng 8 bit. Mặc dù 8051 có thể
có một ROM trên chíp cực đại là 64 K byte, nhƣng các nhà sản xuất lúc đó đã cho xuất
xƣởng chỉ với 4K byte ROM trên chíp.Vi điều khiển 8051 đã trở nên phổ biến sau khi
Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và bán bất kỳ dạng biến thế nào của

8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã lại tƣơng thích với 8051. Điều này dẫn
đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc độ khác nhau và dung lƣợng ROM
trên chíp khác nhau đƣợc bán bởi hơn nửa các nhà sản xuất. Điều này quan trọng là
mặc dù có nhiều biến thể khác nhau của 8051 về tốc độ và dung lƣợng nhớ ROM trên
chíp, nhƣng tất cả chúng đều tƣơng thích với 8051 ban đầu về các lệnh. Điều này có
nghĩa là nếu ta viết chƣơng trình của mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ
chạy với mọi phiên bản bất kỳ khác mà không phân biệt nó từ hãng sản xuất nào.
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

11


Đồ án tốt nghiệp đại học
Chính vì lý do hiện nay trên thị trƣờng có nhiều loại VĐK họ 8051 khác nhau nên tên
gọi của nó khi các bạn đi mua hàng cũng khác nhau, nếu đi mua, các bạn có thể lựa
chọn các loại nhƣ: 89S51, 89C51... tùy theo dung lƣợng bộ nhớ cần dùng để lựa chọn
sao cho hợp lý.
b) Vi điều khiển PIC (Programmable Intelligent Computer)
Là một sản phẩm của hãng General Instrument, với dòng sản phẩm đầu tiên là
PIC1650. PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 bit,
ví dụ: PIC12Cxxx) và mid- range (độ dài mã lệnh 14 bit, ví dụ: PIC16Fxxxx), tập lệnh
bao gồm khoảng 35 lệnh và 70 lệnh đối với các dòng PIC high-end (độ dài mã lệnh 16
bit, ví dụ: PIC18Fxxxx). Tập lệnh bao gồm các lệnh tính toán trên các thanh ghi, với
các hằng số, hoặc các vị trí bộ nhớ, cũng nhƣ có các lệnh điều kiện, lệnh nhảy/gọi
hàm, và các lệnh để quay trở về, nó cũng có các tính năng phần cứng khác nhƣ ngắt
hoặc sleep (chế độ hoạt động tiết kiện điện). Microchip cung cấp môi trƣờng lập trình
MPLAB, nó bao gồm phần mềm mô phỏng và trình dịch ASM. Một số công ty khác
xây dựng các trình dịch C, Basic, Pascal cho cũng bán"C18"PIC. Microchiptrình dịch
(cho dòng PIC high-end) và "C30"(cho dòng dsPIC30Fxxx). Họ cũng cung cấp các
bản "student edition/demo" dành cho sinh viên hoặc ngƣời dùng thử, những version

này không có chức năng tối ƣu hoá code và có thời hạn sử dụng giới hạn. Những trình
dịch mã nguồn mở cho C, Pascal, JAL, và Forth, cũng đƣợc cung cấp bởi PicForth.
c) Vi điều khiển ARM (Advanced RISC Machine)
Là một dòng vi điều khiển sử dụng cấu trúc vi xử lý 32bit kiểu RISC, đƣợc sử
dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lƣợng, các bộ
CPU ARM chiếm ƣu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này
việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu. Ngày nay
hơn 70% CPU nhúng 32 bit là thuộc họ ARM, điều này khiến ARM trở thành cấu trúc
32 bit đƣợc sản xuất nhiều nhất trên thế giới. CPU ARM đƣợc tìm thấy khắp nơi trong
các sản phẩm thƣơng mại điện tử, từ thiết bị cầm tay cho đến các thiết bị ngoại vi máy
tính. Một nhánh nổi tiếng của họ ARM là các vi xử lý Xscale của Intel. Để đạt đƣợc
một thiết kế gọn, đơn giản và nhanh, các nhà thiết kế ARM xây dựng nó theo kiểu nối
cứng không có vi chƣơng trình, giống với bộ vi xử lý 8-bit 6502 đã từng đƣợc dùng
trong các máy vi tính trƣớc đó của hãng Acorn.
2.1.3 Khối bàn phím
Sử dụng các nút bấm thiết lập thời gian sáng của các đèn tín hiệu và Reset hệ
thống.

Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

12


Đồ án tốt nghiệp đại học

Hình 2. 3 Các phím điều khiển
2.1.4 Khối hiển thị
Sử dụng màn hình LCD, led 7 đoạn và led đơn để hiển thị tên đoạn đƣờng bị tắc
nghẽn, đƣờng thông thoáng; hiển thị thời gian đếm ngƣợc của các đèn tín hiệu.

Hình 2. 4 Khối hiển thị
2.1.5 Khối nguồn
Cung cấp nguồn cho hoạt động của toàn hệ thống.

Hình 2. 5 Mạch nguồn
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

13


Đồ án tốt nghiệp đại học
2.2 Giải pháp công nghệ
Dựa vào yêu cầu bài toán, cũng nhƣ nghiên cứu sơ đồ tổng quát của hệ thống có
thể đƣa ra những giải pháp công nghệ cho từng khối cụ thể trong hệ thống nhƣ sau.
2.2.1 Vi điều khiển ARM
Khối vi điều khiển sử dụng ARM STM32F103RBT6. ST đã đƣa ra thị trƣờng 4
dòng vi điều khiển dựa trên ARM7 và ARM9, nhƣng STM32 là một bƣớc tiến quan
trọng trên đƣờng cong chi phí và hiệu suất (price/performance), giá chỉ gần 1 Euro với
số lƣợng lớn, STM32 là sự thách thức thật sự với các vi điều khiển 8 và 16 bit truyền
thống. STM32 đầu tiên gồm 14 biến thể khác nhau, đƣợc phân thành hai dòng: dòng
Performance có tần số hoạt động của CPU lên tới 72Mhz và dòng Access có tần số
hoạt động lên tới 36Mhz. Các biến thể STM32 trong hai nhóm này tƣơng thích hoàn
toàn về cách bố trí chân (pin) và phần mềm, đồng thời kích thƣớc bộ nhớ FLASH
ROM có thể lên tới 512K và 64K SRAM. Nhánh Performance hoạt động với xung
nhịp lên đến 72Mhz và có đầy đủ các ngoại vi, nhánh Access hoạt động với xung nhịp
tối đa 36Mhz và có ít ngoại vi hơn so với nhánh Performance. Một vài đặc điểm nổi
bật của STM32:


Sự tinh vi

Thoạt nhìn thì các ngoại vi của STM32 cũng giống nhƣ những vi điều khiển
khác, nhƣ hai bộ chuyển đổi ADC, timer, I2C, SPI, CAN, USB và RTC. Tuy nhiên
mỗi ngoại vi trên đều có rất nhiều đặc điểm thú vị. Ví dụ nhƣ bộ ADC 12-bit có tích
hợp một cảm biến nhiệt độ để tự động hiệu chỉnh khi nhiệt độ thay đổi và hỗ trợ nhiều
chế độ chuyển đổi. Mỗi bộ định thời có 4 khối capture compare (dùng để bắt sự kiện
với tính năng input capture và tạo dạng sóng ở ngõ ra với output compare), mỗi khối
định thời có thể liên kết với các khối định thời khác để tạo ra một mảng các định thời
tinh vi hơn. Một bộ định thời cao cấp chuyên hỗ trợ điều khiển động cơ, với 6 đầu ra
PWM với dead time (khoảng thời gian đƣợc chèn vào giữa hai đầu tín hiệu xuất PWM
bù nhau trong điều khiển mạch cầu H) lập trình đƣợc và một đƣờng break input (khi
phát hiện điều kiện dừng khẩn cấp) sẽ buộc tín hiệu PWM sang một trạng thái an toàn
đã đƣợc cài sẵn. Ngoại vi nối tiếp SPI có một khối kiểm tổng (CRC) bằng phần cứng
cho 8 và 16 word hỗ trợ tích cực cho giao tiếp thẻ nhớ SD hoặc MMC.
STM32 có hỗ trợ thêm tối đa 12 kênh DMA (Direct Memory Access). Mỗi
kênh có thể đƣợc dùng để truyền dữ liệu đến các thanh ghi ngoại vi hoặc từ các thanh
ghi ngoại vi đi với kích thƣớc từ (word) dữ liệu truyền đi có thể là 8/16 hoặc 32-bit.
Mỗi ngoại vi có thể có một bộ điều khiển DMA (DMA controller) đi kèm dùng để gửi
hoặc đòi hỏi dữ liệu nhƣ yêu cầu. Một bộ phân xử bus nội (bus arbiter) và ma trận bus
(bus matrix) tối thiểu hoá sự tranh chấp bus giữa truy cập dữ liệu thông qua CPU
(CPU data access) và các kênh DMA. Điều đó cho phép các đơn vị DMA hoạt động
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

14


Đồ án tốt nghiệp đại học
linh hoạt, dễ dùng và tự động điều khiển các luồng dữ liệu bên trong vi điều khiển.
STM32 là một vi điều khiển tiêu thụ năng lƣợng thấp và đạt hiệu suất cao. Nó
có thể hoạt động ở điện áp 2V, chạy ở tần số 72MHz và dòng tiêu thụ chỉ có 36mA với

tất cả các khối bên trong vi điều khiển đều đƣợc hoạt động. Kết hợp với các chế độ tiết
kiệm năng lƣợng của Cortex, STM32 chỉ tiêu thụ 2μA khi ở chế độ Standby. Một bộ
dao động nội RC 8MHz cho phép chip nhanh chóng thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng
lƣợng trong khi bộ dao động ngoài đang khởi động. Khả năng nhanh đi vào và thoát
khỏi các chế độ tiết kiệm năng lƣợng làm giảm nhiều sự tiêu thụ năng lƣợng tổng thể.


Sự an toàn

Ngày nay các ứng dụng hiện đại thƣờng phải hoạt động trong môi trƣờng khắt
khe, đòi hỏi tính an toàn cao, cũng nhƣ đòi hỏi sức mạnh xử lý và càng nhiều thiết bị
ngoại vi tinh vi. Để đáp ứng các yêu cầu khắc khe đó, STM32 cung cấp một số tính
năng phần cứng hỗ trợ các ứng dụng một cách tốt nhất. Chúng bao gồm một bộ phát
hiện điện áp thấp, một hệ thống bảo vệ xung Clock và hai bộ Watchdogs. Bộ đầu tiên
là một Watchdog cửa sổ (windowed watchdog). Watchdog này phải đƣợc làm tƣơi
trong một khung thời gian xác định. Nếu nhấn nó quá sớm, hoặc quá muộn, thì
Watchdog sẽ kích hoạt. Bộ thứ hai là một Watchdog độc lập (independent watchdog),
có bộ dao động bên ngoài tách biệt với xung nhịp hệ thống chính. Hệ thống bảo vệ
xung nhịp có thể phát hiện lỗi của bộ dao động chính bên ngoài (thƣờng là thạch anh)
và tự động chuyển sang dùng bộ dao động nội RC 8MHz.


Tính bảo mật

Một trong những yêu cầu khắt khe khác của thiết kế hiện đại là nhu cầu bảo mật
mã chƣơng trình để ngăn chặn sao chép trái phép phần mềm. Bộ nhớ Flash của
STM32 có thể đƣợc khóa để chống truy cập đọc Flash thông qua cổng Debug. Khi tính
năng bảo vệ đọc đƣợc kích hoạt, bộ nhớ Flash cũng đƣợc bảo vệ chống ghi để ngăn
chặn mã không tin cậy đƣợc chèn vào bảng vector ngắt. Hơn nữa bảo vệ ghi có thể
đƣợc cho phép trong phần còn lại của bộ nhớ Flash. STM32 cũng có một đồng hồ thời

gian thực và một khu vực nhỏ dữ liệu trên SRAM đƣợc nuôi nhờ nguồn pin. Khu vực
này có một đầu vào chống giả mạo (anti-tamper input), có thể kích hoạt một sự kiện
ngắt khi có sự thay đổi trạng thái ở đầu vào này. Ngoài ra một sự kiện chống giả mạo
sẽ tự động xóa dữ liệu đƣợc lƣu trữ trên SRAM đƣợc nuôi bằng nguồn pin.


Phát triển phần mềm

Nếu bạn đã sử dụng một vi điều khiển dựa trên lõi ARM, thì các công cụ phát
triển cho ARM hiện có đã đƣợc hỗ trợ tập lệnh Thumb-2 và dòng Cortex. Ngoài ra ST
cũng cung cấp một thƣ viện điều khiển thiết bị ngoại vi, một bộ thƣ viện phát triển
USB nhƣ là một thƣ viện ANSI C và mã nguồn đó là tƣơng thích với các thƣ viện
trƣớc đó đƣợc công bố cho vi điều khiển STR7 và STR9. Có rất nhiều RTOS mã
nguồn mở và thƣơng mại và middleware (TCP/IP, hệ thống tập tin, v.v.) hỗ trợ cho họ
Cortex. Dòng Cortex-M3 cũng đi kèm với một hệ thống gỡ lỗi hoàn toàn mới gọi là
Sinh viên: Nguyễn Việt Đức D11XLTH

15