Chương 1: Tổng quan – Trình bày tổng quan về hệ thống, từ tính cấp thiết của đề tài, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu. Chương 2: Cơ sở lý thuyết – Trình bày về những lý thuyết, khái niệm liên quan đến hệ thống. Một số giao tiếp truyền thông cơ bản như UART, I2C, SPI, RTSP. Các công nghệ liên quan như RFID và vân tay.
Mô hình nhận diện người. Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống – Trình bày về quá trình xây dựng hệ thống từ sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý đến chọn linh kiện cho hệ thống và vẽ PCB cho hệ thống. Chương này cũng trình bày quá trình viết chương trình cho hệ thống và những phần mềm liên quan trong quá trình đó. Chương 4: Kết quả, nhận xét và đánh giá – Trình bày về kết quả của đề tài thu được sau khi xây dựng.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển – Đưa ra những kết luận rút ra được từ chương 4 và hướng phát triển cho đề tài sau này. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 Chương 2. Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu về các chuẩn giao tiếp 2.
Tổng quan UART (Universal Asynchronous Receiver – Transmitter) là một giao thức truyền thông phổ biến giữa thiết bị với thiết bị đơn giản và lâu đời nhất. Là một giao thức truyền nhận nối tiếp không đồng bộ. Là một giao thức đơn giản chỉ gồm 2 dây dữ liệu là TX(Transmitter) và RX (Receiver). Tùy vào nhu cầu và mục đích mà tốc độ của truyền của UART có thể cấu hình được tốc độ truyền thường phổ biến từ 9600 baud đến 115200 baud.
Tốc độ này sẽ tương đương với số lượng bit truyền được trong một giây. 1: Giao tiếp UART 2. Nguyên lý hoạt động Dữ liệu truyền qua UART được tổ chức thành các gói. Mỗi gói bao gồm một bit bắt đầu, 5 đến 9 bit dữ liệu (phụ thuộc vào cấu hình của UART), một bit kiểm tra chẵn lẻ tùy chọn, và 1 hoặc 2 bit dừng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 Chương 2. Cơ sở lý thuyết Hình 2. 2: Gói dữ liệu của giao thức UART Start-bit: Còn gọi lại bit đồng bộ hóa, được đặt trước dữ liệu thực tế. Để bắt đầu truyền dữ liệu, nó sẽ thay đổi đường dữ liệu từ mức cao xuống mức thấp.
Điều này tạo ra một chuyển đổi từ mức cao sang mức thấp trên đường dữ liệu, và cũng là dấu hiệu cho thiết bị nhận UART rằng dữ liệu thực sự sắp được truyền đi. Khung dữ liệu: Trong giao tiếp UART, các bit dữ liệu chứa thông tin thực được truyền từ người gửi đến người nhận. Chiều dài của khung dữ liệu này có thể là từ 5 đến 8 bit. Nếu không sử dụng khung kiểm tra chẵn lẻ thì có thể lớn hơn, thường là 9 bit.
Thông thường LSB (Least Significant Bit) của dữ liệu sẽ được truyền trước có nghĩa là bit có giá trị nhỏ nhất sẽ được gửi trước tiên sau đó đến các bit lớn hơn. Điều này giúp đảm bảo người nhận có thể đọc dữ liệu một cách chính xác. Bit chẵn lẻ: Bit kiểm tra chẵn lẻ giúp người nhận kiểm tra tính chính xác của dữ liệu nhận được. Nó hoạt động như một hệ thống kiểm tra lỗi, cho phép người nhận xác định xem dữ liệu nhận được có bị lỗi hay không.
Bit chẵn lẻ có thể được sử dụng trong hai phương pháp kiểm tra lỗi là kiểm tra chẵn và kiểm tra lẻ. Tóm lại bit chẵn lẻ giúp đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu trong quá trình truyền/nhận nhưng không phải lúc nào cũng được ứng dụng trong thực tế. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 Chương 2. Cơ sở lý thuyết Bit dừng: Thường được đặt ở cuối mỗi gói giao tiếp.
Thông thường chỉ sử dụng một bit. Khi dữ liệu đã được truyền xong, UART sẽ giữ đường dữ liệu ở mức logic ‘1’. Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm: Chỉ sử dụng 2 dây để giao tiếp giúp người dùng có thể dễ dàng sử dụng. Không cần tín hiệu xung clock để có thể giao tiếp.
Độ tin cậy cao của dữ liệu do có một bit chẵn lẻ để kiểm tra lỗi. Nhược điểm: Kích thước tối đa của khung dữ liệu chỉ là 9 bit. Không hỗ trợ hệ thống Master – Slave. Ứng dụng Là một trong chuẩn giao tiếp truyền thông phổ biến trong lĩnh vực điện tử.
Do đó UART được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như kết nối giữa các vi điều khiển với ngoại vi, truyền dữ liệu giữa máy tính tới thiết bị ngoại vi, cũng như trong các ứng dụng nhúng như IoT và robotics. Tổng quan SPI là thiết bị được Motorola phát triển vào những năm 1980, nó là một thiết bị thực hiện giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ. Nó được sử dụng để giao tiếp giữa các thiết bị ngoại vi, tức là thiết bị đầu vào và đầu ra và vi điều khiển và cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao. Phổ biến với các ứng dụng truyền thông kỹ thuật số và hệ thống nhúng.Là một chuẩn truyền thông nối tiếp đông bộ có thể truyền dữ liệu ở chế độ song công toàn phần, SPI có thể truyền và nhận dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác cùng một lúc.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 Chương 2. Cơ sở lý thuyết Hình 2. 3: Các thành phần của SPI Master Device: là thiết bị kiểm soát quá trình chuyển đổi dữ liệu trên cơ sở dữ liệu SPI, kiểm soát luồng dữ liệu và nó tạo ra xung clock để cung cấp cho Slave. Trong hầu hết các ứng dụng, thiết bị chính là bộ vi điều khiển hoặc bộ điều khiển SPI chuyên dụng.
Slave Device: Thiết bị nô lệ: là thiết bị ngoại vi được kết nối với cở sở dữ liệu của SPI và được điều khiển bởi các thiết bị chính. Mỗi Slave có một mã Slave Select khác nhau, cho phép Master Device chọn thiết bị mà nó muốn giao tiếp. Spi Bus: là một kết nối vật lý qua việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị Slave và Master. Nó chứa bốn đường tín hiệu như dưới đây: + Slave Select(SS): Trong Slave Select, mỗi thiết bị Slave sẽ có một chân SS riêng.
Nếu Master muốn giao tiếp với một thiết bị con cụ thể, nó sẽ sử dụng chân SS tương ứng. Khi sử dụng nhiều Slave, các Slave này có thể chia sử dụng chung các chân MOSI, MISO và SCK tuy nhiên đối với chân Slave Select phải riêng biệt. + Master Out Slave In(MOSI): Trong MOSI thiết bị Master có thể chia sẻ dữ liệu hoặc thông tin từ chính nó đến các thiết bị Slave. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 Chương 2.
Cơ sở lý thuyết + Master In Slave Out(MISO): Trong MISO, các thiết bị Slave có thể gửi dữ liệu của bản thân đến với thiết bị Master. + Serial Clock(SCK): Là tún hiệu xung clock được tạo ra bởi thiết bị Master gửi cho các thiết bị con để đồng bộ thời gian truyền dữ liệu. Data Transfer Protocol: SPI được sử dụng như một giao tiếp nối tiếp đồng bộ để truyền dữ liệu đơn giản. Dữ liệu được có thể được truyền và nhận cùng một lúc ở chế độ song công toàn phần.
Bằng cách tạo xung clock, Master và Slave sẽ khởi tạo việc chuyển dữ liệu. Trong mỗi xung clock, một bit dữ liệu sẽ được truyền cả từ Master sang Slave và ngược lại từ Slave sang Master. Data Rate: cơ sở dữ liệu SPI có thể hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu khác nhau tùy thuộc vào khả năng chính của các thiết bị nô lệ và độ dài của đường truyền. Tốc độ dữ liệu được chỉ định bằng bit trên mỗi megahertz (MHz) hoặc second (bps).
CPOL (CPGClock Polarity) và CPHA (Clock Phase): chúng được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa tín hiệu dữ liệu và tín hiệu clock. Các tín hiệu dữ liệu gồm MOSI(Master out slave in) và MISO (Master out slave out) được gọi là tín hiệu dữ liệu. SCK (Serial clock) được gọi là tín hiệu clock. Có sẵn trong bốn kết hợp có thể khác nhau của các thiết lập CPHA và CPOL, nó cho phép người dùng cấu hình linh hoạt giao diện SPI cho công việc với các thiết bị khác nhau.
Nguyên lý hoạt động Trong giao thức SPI, các thiết bị kết nối với mối quan hệ là Master – Slave trong một giao diện đa điểm. Một thiết bị được xác định là Master của bus thường là một vi điều khiển và tất cả các thiết bị khác bao gồm các thiết bị ngoại vi và vi điều khiển còn lại đều được xem là Slave. Xung nhịp: Tín hiệu xung nhịp đồng bộ hóa được sử dụng để định thời việc truyền dữ liệu từ Master và lấy mẫu dữ liệu từ các slave. Mỗi bit dữ liệu được truyền trong mỗi chu kỳ xung nhịp, vì vậy tốc độ truyền dữ liệu phụ thuộc vào tần số của tín hiệu xung nhịp.
Quá trình giao tiếp SPI bắt đầu khi master cấu hình và tạo ra tín hiệu xung nhịp. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 Chương 2. Cơ sở lý thuyết Slave Select: Master có thể chọn slave mà nó muốn giao tiếp bằng cách đặt đường CS/SS của slave ở mức điện áp thấp. Trong trạng thái idle, không truyền tải, dòng slave select được giữ ở mức điện áp cao.
Nhiều chân CS/SS có thể có sẵn trên thiết bị master để cho phép kết nối nhiều slave theo cách song song. Nếu chỉ có một chân CS/SS, nhiều slave có thể được kết nối với master thông qua daisy chain. MOSI và MISO: Master gửi dữ liệu đến Slave qua đường MOSI, từng bit một. Slave nhận dữ liệu từ Master thông qua chân MOSI.
Dữ liệu thường được gửi từ master đến slave với bắt đầu từ MSB (Most Significant Bit) trước. Ngược lại, Slave có thể gửi dữ liệu trở lại Master qua đường MISO, với từng bit một. Dữ liệu từ Slave đến master thường được gửi từ LSB (Least Significant Bit) trước. Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm: Trong SPI không có bit bắt đầu và dừng, vì vậy dữ liệu có thể được truyền liên tục.
Tốc độ truyền dữ liệu cao. Các đường truyền dữ liệu là riêng biệt do đó nó có thể truyền và nhận dữ liệu cùng một thời điểm. Nhược điểm: So với I2C và UART, SPI sử dụng nhiều dây để kết nối hơn. Nếu UART có parity bit giúp kiểm tra dữ liệu gửi có đúng hay không, I2C có ACK/NACK để kiểm tra đã nhận được dữ liệu hay chưa thì SPI lại không có khiến không thể xác nhận dữ liệu có được truyền đi thành công hay chưa.
Chỉ cho phép duy nhất một Master. Ứng dụng Các ứng dụng của SPI bao gồm hệ thống nhúng IoT(Internet of Things), điều khiển robot, truyền dữ liệu nhanh giữa các vi điều khiển với các thiết bị ngoại vi.