Chương 1: Tổng Quan. Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền, giao thức.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống. Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống. Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá. Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu ra hướng phát triển cho hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIFI WiFi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio.Hệ thống này đã hoạt động ở một số sân bay, quán cafe, thư viện hoặc khách sạn. Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối công cộng (hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802. Sóng WiFi: Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại. Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ: Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.5 GHz hoặc 5GHz.
Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường. Đây là chuẩn chậm nhất và rẻ tiền nhất, và nó trở thành ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác.11b phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11 megabit/giây, và nó sử dụng mã CCK (complimentary code keying).11g cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn 802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 megabit/giây.11g nhanh hơn vì nó sử dụng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quả hơn.11a phát ở tần số 5 GHz và có thể đạt đến 54 megabit/ giây. Nó cũng sử dụng mã OFDM.
Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số khác nhau một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc.
Adapter: Các máy tính nằm trong vùng phủ sóng WiFi cần có các bộ thu không dây, adapter, để có thể kết nối vào mạng. Các bộ này có thể được tích hợp vào các máy tính xách tay hay để bàn hiện đại. Hoặc được thiết kế ở dạng để cắm vào khe PC card hoặc cổng USB, hay khe PCI. Khi đã được cài đặt adapter không dây và phần mềm điều khiển (driver), máy tính có thể tự động nhận diện và hiển thị các mạng không dây đang tồn tại trong khu vực.
Nguồn phát sóng WiFi là máy tính với: - Một cổng để nối cáp hoặc modem ADSL. - Một hub Ethernet. - Một access point không dây. Hầu hết các router có độ phủ sóng trong khoảng bán kính 30,5 m về mọi hướng.
Có các thiết bị gia tăng hoặc lặp lại độ phủ sóng để làm tăng diện tích phủ sóng của router. Nhiều router có có thể sử dụng hơn một chuẩn 802. Hầu hết các router đều có một giao diện sử dụng dạng web cho phép thay đổi cấu hình như: tên của hệ thống mạng, kênh router sử dụng (hầu hết các router mặc định sử dụng kênh 6, tuy nhiên có thể chuyển kênh để tránh nhiễu với nguồn phát sóng lân cận nằm cùng kênh), các chế độ bảo mật router (tên truy cập và mật khẩu cho mạng).2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Tổng quan về ARM a. Giới thiệu về vi xử lý 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 Harvard, có tập lệnh rút gọn) được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng.
Do đó 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. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ngày nay ARM được ứng dụng và rộng rãi trên mọi lĩnh vực của đời sống: Robot, máy tính, điện thoại, xe hơi, máy giặt… Hình 2.1 Các ứng dụng của vi điều khiển ARM b. Giới thiệu về ARM Cortex M3 ARM Cortex M3 được thiết kế đặc biệt để nâng cao hiệu suất hệ thống kết hợp với tiêu thụ năng lượng thấp.
ARM Cortex M3 được thiết kế dựa trên nền kiến trúc mới do đó chi phí sản xuất đủ thấp để cạnh tranh với các dòng vi điều khiển 8 và 16 bit truyền thống. ARM Cortex M3 có những đặc điểm sau: - ARM Cortex M3 được xây dựng dựa trên kiến trúc ARMv7-M 32 bit. - Kiến trúc Harvard tách biệt Bus dữ liệu và lệnh. - Đơn vị bảo vệ bộ nhớ (MPU - Memory Protection Unit): hỗ trợ bảo vệ bộ nhớ thông qua việc phân quyền thực thi và truy xuất.
- Bộ vi xử lý Cortex-M3 hỗ trợ kiến trúc tập lệnh Thumb-2. - Hỗ trợ kỹ thuật Bit Band giúp cho phép truy xuất dữ liệu theo bit đồng thời giảm thời gian truy xuất. - Cho phép truy cập dữ liệu không xếp hàng (unaligned data accesses) đặc điểm này cho phép sử dụng hiệu quả SRAM nội. - SysTick timer 24 bit hỗ trợ cho việc chạy hệ điều hành thời gian thực.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Hỗ trợ lập trình và gỡ rối qua cổng JTAG truyền thống cũng như chuẩn 2 dây nhỏ gọn SWD (Serial Wire Debug). - Khối quản lý vector ngắt lồng nhau (NVIC – Nested Vectored Interrupt Controller) cho phép rút ngắn thời gian đáp ứng yêu cầu ngắt.2 Sơ đồ khối ARM Cortex M3 c. ARM STM32F1X Giới thiệu dòng ARM STM32F1: Dòng ARM STM32F1 được chia ra làm 5 nhóm nhỏ, mỗi nhóm sẽ có số dung lượng bộ nhớ Flash, SRAM và số lượng ngoại vi khác nhau.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Low density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx, STM32F102xx và STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 16 đến 32 Kbytes. - Medium density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx, STM32F102xx và STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 64 đến 128 Kbytes. - High density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx và STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 256 đến 512 Kbytes.
- XL density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx và STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 768 đến 1 Mbytes. - Connectivity line: Gồm các vi điều khiển STM32F105xx và STM32F107xx. Kiến trúc của ARM STM32F1: - Icode bus: Kết nối lõi Cortex-M3 với bộ nhớ Flash để truyền mã lệnh. - Dcode bus: Kết nối lõi Cortex-M3 với bộ nhớ Flash để truyền dữ liệu.
- System bus: Kết nối lõi Cortex-M3 với BusMatrix và BusMatrix sẽ phân quyền sử dụng bus giữa lõi ARM và khối DMA. - DMA bus: Kết nối DMA với BusMatrix Và BusMatrix sẽ quản lý việc truy xuất dữ liệu của CPU, DMA tới SRAM, Flash và các ngoại vi. - BusMatrix: Phân quyền sử dụng bus giữa lõi ARM và khối DMA. Việc phân quyền này dựa trên thuật toán Robin (Các khối sẽ thay phiên nhau truy cập bus trong 1 đơn vị thời gian định sẵn).
- Các cầu AHB/APB: 2 cầu AHB/APB giúp đồng bộ kết nối giữa AHB với 2 bus APB. APB1 có tốc độ tối đa là 36 MHz và APB2 đạt tốc độ tối đa 72 MHz. Sau mỗi lần CPU bị reset thì tất cả các nguồn xung clock cấp cho ngoại vi đều bị tắt hết chỉ trừ clock cấp cho SRAM và FLITF vì vậy trước khi sử dụng ngoại vi thì cần cấu hình cấp xung clock cho chúng thông qua 3 thanh ghi RCC_AHBENR, RCC_APB1ENR, RCC_APB2ENR. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3 Kiến trúc ARM STM32F103 Cấu trúc bộ nhớ: Vùng nhớ dành cho flash được chia nhỏ thành 3 vùng. Vùng thứ nhất gọi là User Flash bắt đầu từ địa chỉ 0x00000000. Kế tiếp là System Memory hay còn gọi là vùng nhớ lớn. Vùng này có độ lớn 4Kbytes thông thường sẽ được nhà sản xuất cài đặt bootloader.
Cuối cùng là vùng nhớ nhỏ bắt đầu từ địa chỉ 0x1FFFFF80 chứa thông tin cấu hình dành cho STM32. Bootloader thường được dùng để tải chương trình thông qua USART1 và chứa ở vùng User Flash. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4 Vùng nhớ Flash trên STM32 Các chế độ tiết kiệm năng lượng: Mặc định sau khi power reset thì vi điều khiển hoạt động ở chế độ Run.
Bên cạnh chế độ Run hãng ST cũng đã thiết kế một vài chế độ tiết kiệm năng lượng nhằm giảm công suất tiêu thụ của CPU khi CPU không cần phải hoạt động, ví dụ như khi CPU đang chờ sự kiện tác động từ bên ngoài. Các chế độ tiết kiệm năng lượng này có thể được lập trình bằng phần mềm. Dòng ARM STM32F1 có 3 chế độ tiết kiệm năng lượng sau: - Chế độ Sleep: Tắt nguồn xung clock của CPU, nhưng tất cả các ngoại vi kể cả các ngoại vi của lõi Cortex-M3 như là NVIC, SysTick, … vẫn hoạt động. - Chế độ Stop: Tắt hết tất cả nguồn xung clock.
- Chế độ Standby: Tắt nguồn 1.8V, làm chậm lại SYSCLK, chặn nguồn xung clock cấp cho các ngoại vi thuộc APB và AHB khi không dùng đến.