Thiết kế game mini trên kit STM32F746G discovery

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ GAME MINI TRÊN KIT
STM32F746G_DISCOVERY

GVHD: Ths Phan Vân Hoàn
SVTH: Võ Phương Duy
MSSV:14141044

TP Hồ Chí Minh – 06/2018


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ GAME MINI TRÊN KIT
STM32F746G_DISCOVERY

GVHD: Ths Phan Vân Hoàn
SVTH: Võ Phương Duy
MSSV:14141044

TP Hồ Chí Minh – 06/2018


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, tháng 03 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Võ Phương Duy

Chuyên ngành:

CNKT Điện Tử Truyền Thơng

Mã ngành: 41

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

Khóa:

2014

Lớp:

I. TÊN ĐỀ TÀI:

MSSV:

14141044

1
14141DT1A

THIẾT KẾ GAME MINI TRÊN KIT STM32F746G_DISCOVERY

II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:


Khảo sát các loại vi điều khiển, lựa chọn màn hình cảm ứng, tay cầm PS2, module âm thanh.



Tìm hiểu và thu thập các số liệu từ các trang mạng và sách về lập trình vi điều khiển ARM.



Tìm hiểu các tài liệu hướng dẫn sử dụng tay cầm PS2, module giải mã âm thanh.

2. Nội dung thực hiện:


NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về module VS1003, tay cầm PS2, KIT STM32F746
DISCOVERY.



NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, lựa chọn giải pháp thiết kế và thi cơng
mơ hình kết nối các module với KIT điều khiển.



NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển,
thiết kế giao diện màn hình chơi game.



NỘI DUNG 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm cũng như phần cứng để mô hình được
tối ưu, sử dụng dễ dàng. Đánh giá các thông số của mơ hình so với thơng số thực tế.



NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/03/2018

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/06/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

ThS. Phan Vân Hoàn

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iv


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP –
Y SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 28 tháng 6 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Võ Phương Duy
Lớp: 14141DT1A
MSSV:14141044
Tên đề tài: THIẾT KẾ GAME MINI TRÊN KIT STM32F746G_DISCOVERY

Tuần/ngày
Tuần 1

Nội dung

Xác nhận
GVHD

Gặp GVHD nhận đề tài
Nhận tài liệu hướng dẫn từ GVHD

Tuần 2

Viết báo cáo Chương 1
Đọc tài liệu kĩ thuật KIT STM32, PS2

Tuần 3

Viết báo cáo Chương 1
Lập trình Game Cờ Caro

Tuần 4

Viết báo cáo Chương 2
Lập trình Game Cờ Caro
Lập trình Game Ball Bing Ball

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

v


Lập trình giao tiếp tay cầm PS2
Tuần 5

Viết báo cáo Chương 2
Lập trình, chỉnh sửa game Ball Bing Bong
Tìm hiểu phương pháp giao tiếp module
VS1003

Tuần 6

Viết báo cáo Chương 3
Lập trình Game Flappy Bird
Giao tiếp thẻ nhớ nhưng lỗi

Tuần 7

Viết báo cáo Chương 3
Lập trình, chỉnh sửa Game Flappy Bird
Giao tiếp được với thẻ nhớ

Tuần 8

Viết báo cáo Chương 4
Lập trình Game Stick Hero
Giao tiếp thành cơng module VS1003
Thi cơng mạch kết nối

Tuần 9

Viết báo cáo Chương 4
Tạo file nhạc cho các Game
Lập trình Game Ai Là Triệu Phú

Tuần 10

Viết báo cáo Chương 5
Lập trình Game Ai Là Triệu Phú

Tuần 11

Viết báo cáo Chương 5
Lập trình Game Vịng Quay Sát Phạt

Tuần 12

Viết báo cáo Chương 6

Lập trình Game Vịng Quay Sát Phạt

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

vi


Lập trình Game Pika Pika
Tuần 13

Chỉnh sửa báo cáo
Chỉnh sửa code
Làm hộp cho mạch

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

vii


CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài được thực hiện dựa trên các tài liệu có trước. Khơng sao
chép từ bất kỳ nguồn tài liệu hay cơng trình nào khác.
Tơi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan này.
Người thực hiện
Võ Phương Duy

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

viii


LỜI CÁM ƠN
Tôi xin cám ơn sâu sắc đến thầy Phan Vân Hoàn đã trực tiếp hướng dẫn và tận
tình giúp đỡ, tạo điều kiện để tơi hồn thành đề tài.
Tôi xin gửi lời chân thành cám ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã giúp
đỡ tôi hồn thành đề tài. Tơi cũng gửi lời đồng cám ơn đến các bạn lớp 14141DT1A đã
chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực
hiện đề tài.
Xin cảm ơn đến cha mẹ.
Xin chân thành cám ơn!
Người thực hiện đề tài

Võ Phương Duy

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ix


MỤC LỤC
BÌA NGỒI ..................................................................................................................... i
BÌA TRONG ................................................................................................................... ii
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.............................................................................. iii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..................................................... v
CAM ĐOAN ................................................................................................................ viii
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................ ix
MỤC LỤC ...................................................................................................................... x

DANH SÁCH HÌNH .................................................................................................... xii
DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................. xiii
TÓM TẮT ..................................................................................................................... xv
Chương 1:

TỔNG QUAN ......................................................................................... 1

1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................................... 1

1.2.

MỤC TIÊU .............................................................................................................................. 1

1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................................... 2

1.4.

GIỚI HẠN ............................................................................................................................... 2

1.5.

BỐ CỤC .................................................................................................................................. 3

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 4

2.1.

MƠ TẢ Q TRÌNH HOẠT ĐỘNG ..................................................................................... 4

2.2.

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .................................................................................................. 4

2.2.1

Tổng quan ARM .............................................................................................................. 4

2.2.2

Giới thiệu về ARM-M7- STM32F746G-DISCOVERY ................................................. 6

2.2.3

Module giải mã âm thanh VS1003-v2............................................................................. 8

2.2.4

Tay cầm game Dualshock 2 .......................................................................................... 10

2.2.5

Chuẩn truyền nhận SPI .................................................................................................. 13

2.2.6

Chuẩn giao tiếp SDMMC .............................................................................................. 15

Chương 3:

TÍNH TỐN_THIẾT KẾ ..................................................................... 18

3.1.

GIỚI THIỆU.......................................................................................................................... 18

3.2.

TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .......................................................................... 18

3.3.1

Thiết kế sơ đồ khối ............................................................................................................ 18

3.3.2

Tính tốn và thiết kế mạch ................................................................................................ 19

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

x


a.

Khối điều khiển, cảm ứng và hiển thị.................................................................................... 19

b.

Khối tay cầm ......................................................................................................................... 23

c.

Khối âm thanh ....................................................................................................................... 24

d.

Khối nguồn ............................................................................................................................ 26

3.3.3

Sơ đồ ngun lý tồn mạch ............................................................................................... 27

Chương 4:

THI CƠNG HỆ THỐNG ...................................................................... 28

4.1.

GIỚI THIỆU.......................................................................................................................... 28

4.2.

THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................................................................... 28

4.2.1

Thi công bo mạch .......................................................................................................... 28

4.2.2

Lắp ráp, hàn linh kiện và kiểm tra ................................................................................. 30

4.2.3

Đóng gói sản phẩm ........................................................................................................ 31

4.3.

LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ..................................................................................................... 31

4.3.1

Lưu đồ giải thuật ........................................................................................................... 31

a.

Game Cờ Caro ....................................................................................................................... 33

b.

Game Ball Bing Bong ........................................................................................................... 35

c.

Game Flappy Bird: ................................................................................................................ 39

d.

Game Stick Hero: .................................................................................................................. 42

e.

Game Ai Là Triệu Phú: ......................................................................................................... 46

f.

Game Vòng Quay Sát Phạt:................................................................................................... 47

g.

Game Pika Pika: .................................................................................................................... 50

4.3.2
4.4.

Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ........................................................................... 52

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC: ........................................................... 55

Chương 5:

KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................................. 61

5.1.

KẾT QUẢ ............................................................................................................................. 61

5.2.

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................................... 62

Chương 6:

KẾT LUẬN_HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 66

6.1.

KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 66

6.2.

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................................................ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 67
PHỤ LỤC...................................................................................................................... 68

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

xi


DANH SÁCH HÌNH
Hình 1-1. Một số game nổi tiếng. ................................................................................... 1
Hình 2-1. Kiến trúc của vi xử lí ARM Cotex-M7. ......................................................... 6

Hình 2-2. KIT STM32F746 Discovery........................................................................... 7
Hình 2-3. Sơ đồ cấu trúc và sơ đồ chân VS1003. ........................................................... 8
Hình 2-4. Tay cầm PS2. ................................................................................................ 10
Hình 2-5. Màu và sơ đồ dây đầu cắm PS2. ................................................................... 12
Hình 2-6. Sơ đồ kết nối chuẩn SPI Master-Slave ......................................................... 14
Hình 2-7 Quá trình truyền nhận SPI. ............................................................................ 15
Hình 2-8. Quá trình đọc dữ hiệu. .................................................................................. 16
Hình 2-9. Quá trình ghi dữ liệu. .................................................................................... 16
Hình 2-10. Sơ đồ khối SDMMC. .................................................................................. 17
Hình 3-1 Sơ đồ khối hệ thống. ...................................................................................... 18
Hình 3-2. Mặt trên của KIT. ......................................................................................... 20
Hình 3-3. Sơ đồ bố trí Arduino Connectors, SD card adapter. ..................................... 22
Hình 3-4. Tay cầm PS2. ................................................................................................ 23
Hình 3-5. Sơ đồ khối nối STM32F746 với PS2. .......................................................... 24
Hình 3-6. Module VS1003. ........................................................................................... 25
Hình 3-7. Sơ đồ kết nối STM32F746 với VS1003. ...................................................... 26
Hình 3-8. Sơ đồ kết nối nguồn ngồi cho STM32F746. ............................................... 27
Hình 3-9. Sơ đồ ngun lý chung của hệ thống. ........................................................... 27
Hình 4-1. Sơ đồ PCB mạch kết nối STM với PS2 và VS1003. .................................... 28
Hình 4-2. Sơ đồ PCB 3D mạch kết nối STM với PS2 và VS1003. .............................. 29
Hình 4-3. Sơ đồ bố trí linh kiện mạch kết nối STM với PS2 và VS1003..................... 29
Hình 4-4. Khung của mạch. .......................................................................................... 31
Hình 4-5. Lưu đồ chương trình chính. .......................................................................... 32
Hình 4-6. Lưu đồ đọc/phát nhạc. .................................................................................. 32
Hình 4-7. Lưu đồ chính game Cờ Caro. ....................................................................... 33
Hình 4-8. Lưu đồ xử lý nước đi. ................................................................................... 34
Hình 4-9. Lưu đồ vẽ nước đi......................................................................................... 34
Hình 4-10. Lưu đồ chính của game. ............................................................................. 35
Hình 4-11. Lưu đồ chọn chế độ chơi. ........................................................................... 36
Hình 4-12. Lưu đồ xử lý 1 người chơi. ........................................................................ 37

Hình 4-13. Lưu đồ xử lý 2 người chơi. ......................................................................... 38
Hình 4-14. Lưu đồ xử lý thua. ...................................................................................... 39
Hình 4-15. Lưu đồ chính game Flappy Bird. ................................................................ 40
Hình 4-16. Lưu đồ di chuyển trụ. ................................................................................. 41
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

xii


Hình 4-17. Kiểm tra thua. ............................................................................................. 41
Hình 4-18. Lưu đồ di chủn Bird lên. ......................................................................... 42
Hình 4-19. Lưu đồ chính game Stick Hero. .................................................................. 43
Hình 4-20. Lưu đồ bước 1............................................................................................. 43
Hình 4-21. Lưu đồ bước 2............................................................................................. 44
Hình 4-22. Lưu đồ bước 3............................................................................................. 44
Hình 4-23. Lưu đồ bước 4............................................................................................. 45
Hình 4-24. Lưu đồ bước 5............................................................................................. 45
Hình 4-25. Lưu đồ game Ai là triệu phú. ...................................................................... 46
Hình 4-26. Lưu đồ chính Game Vịng Quay Sát Phạt. ................................................. 47
Hình 4-27. Lưu đồ xử lý góc và tốc độ quay. ............................................................... 48
Hình 4-28. Lưu đồ thơng báo kết quả. .......................................................................... 49
Hình 4-29. Lưu đồ chính game Pika Pika. .................................................................... 50
Hình 4-30. Lưu đồ xử lý pikachu nhảy lên. .................................................................. 51
Hình 4-31.Lưu đồ di chuyển CNV. .............................................................................. 51
Hình 4-32. Lưu đồ kiểm tra pika có đụng CNV hay khơng. ........................................ 51
Hình 4-33. Giao diện phần mềm Keil C. ...................................................................... 52
Hình 4-34.Giao diện phần mềm STM32CubeMX. ...................................................... 53
Hình 4-35. Thao tác chọn game .................................................................................... 57
Hình 4-36. Thao tác Game Cờ Caro. ............................................................................ 58
Hình 4-37. Thao tác chọn chế độ Game BBB. ............................................................. 58

Hình 4-38. Nút nhấn điều khiển game BBB. ................................................................ 59
Hình 4-39. Thao tác game Flappy Bird. ....................................................................... 59
Hình 4-40. Thao tác game Stick Hero. ......................................................................... 60
Hình 5-1. Kết quả phần cứng. ....................................................................................... 61
Hình 5-2. Giao diện chọn Game. .................................................................................. 62
Hình 5-3. Game Cờ Caro. ............................................................................................. 62
Hình 5-4. Chọn chế độ Game BBB. ............................................................................. 62
Hình 5-5. Game Ball Bing Bong. ................................................................................. 63
Hình 5-6. Game Flappy Bird. ....................................................................................... 63
Hình 5-7. Game Stick Hero. ......................................................................................... 64
Hình 5-8. Game Vịng Quay Sát Phạt. .......................................................................... 64
Hình 5-9. Game Ai Là Triệu Phú. ................................................................................ 65
Hình 5-10. Game Pika Pika. ......................................................................................... 65

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1. Mô tả sơ đồ chức năng các chân của VS1003. ............................................... 9
Bảng 2.2. Mô tả sơ đồ chức năng các chân của PS2. ................................................... 10

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

xiii


Bảng 2.3. Bảng giá trị các nút nhấn PS2 trả về. ........................................................... 13
Bảng 2.4 :Chức năng các chân của SDMMC. .............................................................. 17
Bảng 3.1: Arduino Connectors. .................................................................................... 20
Bảng 3.2: Mô tả chân kết nối của PS2 với Arduino Connectors. ................................. 23
Bảng 3.3 :Mô tả chân kết nối của VS1003 với Arduino Connectors. .......................... 25
Bảng 4.1: Bảng linh kiện sử dụng. ................................................................................ 29
Bảng 4.2: Các bước lắp ráp linh kiện. .......................................................................... 30

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

xiv


TĨM TẮT
Sau q trình tìm hiểu, nghiên cứu lĩnh vực giải trí trong mảng game di động, tơi
nhận thấy nhu cầu về nguồn game hiện tại là rất lớn cũng như nguồn nhân lực cho mảng
ngành này. Từ đó tơi quyết định chọn đề tài này đầu tiên là để thiết kế ra một số game
đáp ứng nhu cầu giải trí của người chơi, sau đó là để tự hồn thiện khả năng lập trình
của bản thân.
Đề tài này thực hiện lập trình lại những game mà đã có các tác giả viết trước. Ở
đây tôi chỉ mô phỏng lại sao cho giống nhất có thể. Kết hợp thêm 1 số phần cứng rời để
tạo sự khác biệt.
Sau quá trình nghiên cứu thì tôi đã thành công trong việc mô phỏng lại 7 game
mini thao tác đơn giản, đạt độ chính xác khá cao.
Các game được thao tác trên màn hình kết hợp với tay cầm game có phát thêm
nhạc thể hiện khá tốt nội dung game.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

xv



TỔNG QUAN

Chương 1: TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1.

Ngày nay, nhu cầu giải trí của con người bằng các thiết bị tiện lợi ngày càng
cao. Trong đó, thiết bị chơi game phát triển một cách nhanh chóng chỉ trong những
năm gần đây đi theo đó là số lượng game được giới thiệu cũng tăng khơng ngừng.
Nổi bật có thể kể đến những loại game mini chạy trên các thiết bị di động như điện
thoại, ipad, máy chơi game mini...
Với nhu cầu cao như vậy thì ngành nghề thiết kế game đang là một trong số
nghề đang có nhu cầu nhân lực lớn, đem lại lợi nhuận khổng lồ. Có thể kể đến 1
số công ty thiết kế game lớn như Nintendo, Sony, Capcom... với một số tựa game
nổi tiếng như Super Mario, Resident Evil, Contra...Ngồi ra cịn có vơ số những
tựa game của những cá nhân thiết kế độc lập.

Hình 1-1. Một số game nổi tiếng.
Với ý tưởng muốn tiếp cận một lĩnh vực hay, còn khá mới đối với sinh viên
chuyên ngành điện tử cơng nghiệp thì trong đề tài này tôi sẽ thực hiện thiết kế mô
phỏng lại một số game mini được đại đa số người biết tới như Flappy Bird, cờ caro
nhằm đáp ứng nhu cầu giải trí, phát triển tư duy cho người chơi game.

1.2.

MỤC TIÊU
-

Thiết kế và thi công mô hình máy chơi game mini.

-

Thiết kế Game mini chạy trên mơ hình.

-

Sử dụng cảm ứng và tay cầm Dual Shock để điều khiển.

-

Phát được nhạc trong chơi lúc với từng trò.

-

Game đáp ứng nhu cầu giải trí cơ bản, phát triển trí tuệ cho người chơi.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


TỔNG QUAN

1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về module VS1003, tay cầm PS2,
KIT STM32F746 DISCOVERY.
 NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, lựa chọn giải pháp
thiết kế và thi công mô hình kết nối các module với KIT điều khiển.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển
cho vi điều khiển, thiết kế giao diện màn hình chơi game.
 NỘI DUNG 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm cũng như phần cứng

để mô hình được tối ưu, sử dụng dễ dàng. Đánh giá các thơng số của mơ
hình so với thơng số thực tế.
 NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện.

1.4.

GIỚI HẠN
Trong thời gian thực hiện đề tài là hơn 3 tháng, tôi tập trung thực hiện các

công việc bên dưới:
-

Thiết kế, thi công mô hình máy chơi game mini.

-

Sử dụng module âm thanh VS1003.

-

Sử dụng tay cầm Dual Shock Play Station 2(PS2).

-

Sử dụng vi điều khiển ARM STM32F746.

-

Sử dụng màn hình LCD TFT 4.3-inch hiển thị và thao tác.

Trong đề tài này sẽ thiết kế 7 game chạy trên nền vi điều khiển ARM STM32:
 BALL BING BONG.
 Flappy Bird.
 CỜ CARO.
 STICK HERO.
 AI LÀ TRIỆU PHÚ
 Vòng Quay Sát Phạt
 Pika Pika.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


TỔNG QUAN

1.5.

BỐ CỤC

 Chương 1: Tổng quan
Trình bày tổng quan về đề tài, tình hình thực tế, tính cần thiết của đề tài.
 Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương này trình bày lý thuyết liên quan đến các phần cứng, các chuẩn
truyền nhận.
 Chương 3: Tính toán và thiết kế.
Chương này tính toán các thơng số mạch để lựa chọn các linh kiện phù hợp
với hệ thống.
 Chương 4: Thi cơng hệ thống.
Trình bày q trình thi cơng mạch kết nối giữa các phần cứng với nhau.

Thiết kế lưu đồ cho từng nội dung code sẽ làm.
Viết code dựa theo lưu đồ đã thiết kế trên.
 Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá.
Trình bày kết quả thu được của toàn bộ hệ thống, nêu rõ những mặt đã làm
được và chưa làm được so với mục tiêu ban đầu cũng như ưu điểm, hạn chế. Đánh
giá tính ổn định của hệ thống.
 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.
Đưa ra kết luận chung cho hệ thống. So sánh với các hệ thống khác ngoài
thực tế để định được hướng phát triển của đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

MÔ TẢ Q TRÌNH HOẠT ĐỘNG
Khi cấp nguồn hệ thống thì màn hình sẽ hiện lên tên các tựa game. Người

chơi chọn game bằng cách nhấn nút trên tay cầm Dual Shock. Vào từng game tùy
vào hướng dẫn sử dụng sẽ có các thao tác riêng bằng PS2 hoặc cảm ứng. Trong
quá trình hoạt động sẽ có phát nhạc phù hợp với từng game.

2.2.

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.2.1 Tổng quan ARM
Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu
trúc vi xử lý 32 bit kiểu RISC (thuộc kiến trúc Hardvard, có tập lệnh rút gọn) được
sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng,
các bộ CPU ARM chiếm ưu 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.
Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của
cơng ty máy tính Acorn. Nhóm thiết kế hồn thành việc phát triển mẫu gọi là
ARM1 vào năm 1985, và vào năm sau, nhóm hồn thành sản phẩm “thực’’ gọi là
ARM2 với thiết kế đơn giản chỉ gồm 30.000 transistor. ARM2 có tuyến dữ liệu 32
bit, không gian địa chỉ 26 bit tức cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa chỉ và 16
thanh ghi 32 bit. Thế hệ sau, ARM3, được tạo ra với 4KB cache và có chức năng
được cải thiện tốt hơn nữa.
Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như khơng thay đổi kích thước.
ARM2 có 30.000 transistors trong khi ARM6 chỉ tăng lên đến 35.000. Ý tưởng
của nhà sản xuất lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi ARM với một
số bộ phận tùy chọn nào đó để tạo ra một CPU hồn chỉnh, một loại CPU mà có
thể tạo ra trên những nhà máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp tục tạo ra được sản
phẩm với nhiều tính năng mà giá thành vẫn thấp.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ngày nay ARM được ứng dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vực của đời sống:
Robot, máy tính, điện thoại, xe hơi, máy giặt…

ARM Cortex được chia làm 3 dòng:
 Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp.
Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2.
 Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời
gian thực. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb và thumb-2.
 Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được thiết kế để tối
ưu về giá thành. Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2.
Giá trị số nằm cuối tên của 1 dòng ARM cho biết về mức độ hiệu suất tương
đối của dịng đó. Theo đó dịng ARM mang số 0 sẽ có hiệu suất thấp nhất.
Tập đồn ST Microelectronic đã cho ra mắt dòng STM32, vi điều khiển đầu
tiên dựa trên nền lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế, lõi ARM
Cortex-M3 là sự cải tiến của lõi ARMv7-M 32bit truyền thống, từng mang lại sự
thành công vang dội cho cơng ty ARM. Dịng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới
về hiệu suất, chi phí, cũng như khả năng đáp ứng các ứng dụng tiêu thụ năng lượng
thấp và tính điều khiển thời gian thực khắt khe.
Chip ARM Cortex-M7 là một vi điều khiển 32-bit cao cấp nhất trong series
Cortex-M của ARM cho đến hiện nay. Theo ARM, Cortex-M7 có DSP (Digital
Signal Processing: Xử lý tín hiệu số) cao gấp đơi so với Cortex-M4 do đó có thể
xử lý cùng lúc 2 tập lệnh, giúp cho M7 có thể hoạt động ở mức xung nhịp cao hơn.
Đây là dịng chip MCU 32-bit giúp tăng tốc thơng dịch dữ liệu từ các cảm biến
thành thơng tin số. Nó tăng gấp đơi hiệu năng tính toán và DSP trong khi giảm
thiểu mức tiêu thụ điện năng nhờ vào công nghệ sản xuất 28nm. Chip M7 hỗ trợ
các thiết bị nhúng điều khiển giọng nói hoặc giao diện rich OS và còn được sử
dụng trong các smartphone hoặc trên xe hơi để điều khiển các chức năng màn hình
chạm và âm thanh phức tạp hơn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2-1. Kiến trúc của vi xử lí ARM Cotex-M7.

2.2.2 Giới thiệu về ARM-M7- STM32F746G-DISCOVERY
Dịng STM32 tiêu thụ năng lượng cực thấp trong khi đó hiệu suất cực cao và
việc lập trình cũng rất dễ dàng. Với sự đồ sộ về ngoại vi (GPIO, I2C, SPI, ADC,
USB, Ethernet, CAN....). ST cung cấp cho chúng ta các thư viện trực tiếp cho mỗi
dòng ARM (gọi là CMSIS - Cortex Microcontroller Software Interface Standard).
KIT Discovery STM32F7 sử dụng dòng ARM-M7 với vi điều khiển chính
STM32F746NGHx cho phép người dùng phát triển mở rộng các ứng dụng về âm
thanh, đồ họa, cảm biến và các tính năng kết nối tốc độ cao với các ngoại vi khác.
Đây là 1 KIT thực tế cung cấp rất nhiều ngoại vi cũng như có sẵn các jack
cắm để kết nối với các module khác. Các tính năng có sẵn trên KIT như:
 Vi điều khiển STM32F746NGH6 có 1MB bộ nhớ Flash và 340KB
RAM với chuẩn đóng gói BGA216.
 On-board ST-LINK/V2-1 hỗ trợ khả năng đếm lại USB
 Các chức năng USB: cổng COM ảo, lưu trữ khối, cổng debug.
 Màn hình TFT-LCD 4.3-inch 480x272 màu với cảm ứng điện dung.
 Ngõ vào âm thanh line in và line out.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Ngõ ra loa stereo.
 2 ST MEMS microphones.

 Đầu nối SPDIF RCA.
 2 nút nhấn (user and reset).
 128-Mbit Quad-SPI Flash memory.
 128-Mbit SDRAM.
 Có khe cắm microSD card.
 Đầu nối RF-EEPROM.
 USB OTG HS với đầu cắm Micro-AB.
 USB OTG FS với đầu cắm Micro-AB.
 Đầu nối Ethernet IEEE-802.3-2002.
 5 nguồn cấp nguồn:
o ST LINK/V2-1.
o USB FS.
o USB HS.
o VIN từ Arduino.
o Đầu nối 5v ngoại.
 Nguồn cấp cho các ứng dụng bên ngoài: 3.3 V or 5 V.
 Đầu nối Arduino Uno V3.
 Phần mềm miễn phí với các ví dụ đa dạng.

Hình 2-2. KIT STM32F746 Discovery.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.3 Module giải mã âm thanh VS1003-v2
IC VS1003 là IC chuyên dụng giải mã âm thanh của hãng VLSI Solution với

các tập tin âm thanh định dạng MP3/MIDI/WMA/WAV. Nó các đặc tính:
 Giải mã MPEG 1 & 2 audio lớp III (CBR +VBR +ABR); WMA
4.0/4.1/7/8/9 all profiles (5-384kbit/s); WAV (PCM + IMA ADPCM);
General MIDI / SP-MIDI files.
 Mã hóa IMA ADPCM từ microphone hoặc ngõ vào.
 Hỗ trợ truyền trực tuyến cho MP3 và WAV.
 Điều khiển Bass và treble
 Hoạt động với tần số xung lock 12.13Mhz.
 Có bộ nhân tần số nội.
 Hoạt động chế độ tiết kiệm năng lượng.
 Có khả năng sử dụng với tai nghe với bộ tải 30Ω.
 Chia điện áp hoạt động cho tín hiệu analog, tín hiệu số và I/O.
 Có bộ nhớ RAM 5.5Kb dùng cho code/data.
 Giao diện điều khiển và dữ liệu nối tiếp.
 Có thẻ được dùng như 1 thiết bị slave.
 Có chế độ boot flash SPI cho các ứng dụng đặc biệt.
 Có giao tiếp UART cho chế độ debugging.
 Các chức năng mới được thêm vào phần mềm với 4 chân GPIO.

Hình 2-3. Sơ đồ cấu trúc và sơ đồ chân VS1003.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Module giải mã âm thanh VS1003 có IC chính VS1003, 2 jack audio 3.5mm,
1 microphone, IC ổn áp.... Chuyên sử dụng cho việc giải mã các loại âm thanh định
dạng MP3/WMA/MIDI/WAV. Khi giao tiếp với các MCU thơng qua chuẩn SPI
nó đóng vai trị là 1 slave. Module bao gồm 9 chân bao gồm điều khiển, dữ liệu và

cấp nguồn: 5V, GND, XRST, MISO, MOSI, SCLK, DREQ, XCS, XDCS. Chức
năng của từng chân:
Bảng 2.1. Mô tả sơ đồ chức năng các chân của VS1003.
STT

TÊN

CHỨC NĂNG

1

VCC

Nguồn cung cấp dương

2

GND

Nguồn cung cấp âm

3

XRST

Chân tín hiệu yêu cầu Reset

4

MISO

Chân trả dữ liệu từ VS1003 về thiết bị master.

5

MOSI

Chân gửi mã lệnh/dữ liệu từ master tới VS1003.

6

SCLK

Chân tạo xung clock đồng bộ quá trình truyền nhận.

7

DREQ

Chân yêu cầu ngắt của VS1003, chân này sẽ ở mức cao
khi sẵn sàng nhận dữ liệu từ master.

8

XCS

Chân chip select mã lệnh.

9

XDCS

Chân chip select dữ liệu.

Để gửi dữ liệu từ MCU đến VS1003 thông qua SPI thì đầu tiên cần xem xét
chân yêu cầu ngắt DREQ đã sẵn sàng chưa, nếu DREQ đang ở mức cao thì kéo
chân XDCS xuống mức thấp sau đó gửi 1 byte dữ liệu đến chân MOSI. Kết thúc
quá trình gửi sẽ kéo chân XCS và XDCS lên mức cao để sẵn sàng cho lần gửi tiếp
theo.
Trước khi bắt đầu quá trình hoạt động cần reset các giá trị trong các thanh
ghi của VS1003, quá trình này sẽ gửi các mã lệnh đến VS1003 để đặt lại các giá
trị. Để gửi mã lệnh thì trước khi truyền ta kéo chân XCS về mức thấp sau đó bắt

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9