I. Thiết kế bộ truyền nhận I2C Khái quát và mục tiêu
Đề tài nghiên cứu tập trung vào thiết kế và thi công bộ truyền nhận I2C tại HCMUTE. Thiết kế bộ truyền nhận I2C này nhắm đến việc tạo ra một module có khả năng hoạt động linh hoạt ở cả chế độ Master và Slave, hỗ trợ nhiều tốc độ truyền (100 kbps, 400 kbps, 1 Mbps và 3.4 Mbps), và có thể giao tiếp với tối đa 128 thiết bị. Mục tiêu chính là tạo ra một giải pháp giao tiếp I2C hiệu quả, đáp ứng được các yêu cầu về tốc độ và độ tin cậy trong các hệ thống nhúng. Việc sử dụng giao thức APB của AMBA bus giúp tích hợp dễ dàng với vi xử lý. Đây là một dự án I2C HCMUTE điển hình, phản ánh nỗ lực của sinh viên trong việc ứng dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn.
1.1 Lý do chọn đề tài
Sự phổ biến của chuẩn I2C communication trong các hệ thống nhúng hiện đại là lý do chính. I2C protocol được ưa chuộng vì sự đơn giản, tiêu thụ điện năng thấp và khả năng kết nối nhiều thiết bị ngoại vi. Việc nghiên cứu I2C giúp sinh viên nắm vững nguyên lý hoạt động của chuẩn truyền này, cũng như kỹ thuật thiết kế mạch điện tử nhúng. Đề tài cũng đóng góp vào việc phát triển các giải pháp ứng dụng I2C trong tự động hóa và ứng dụng I2C trong IoT. Nghiên cứu này cung cấp một hướng dẫn thiết kế I2C, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình thiết kế và thi công điện tử. Đề tài nằm trong bối cảnh phát triển các dự án tốt nghiệp HCMUTE, đặc biệt là các dự án tốt nghiệp điện tử HCMUTE.
1.2 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế mạch I2C, bao gồm cả phần cứng và phần mềm. Thiết kế phần cứng I2C được thực hiện dựa trên ngôn ngữ Verilog, mô phỏng và kiểm tra trên FPGA. Thiết kế phần mềm I2C bao gồm việc lập trình các hàm điều khiển giao tiếp. Kiểm thử I2C được thực hiện để đảm bảo hoạt động chính xác của module. Mạch I2C được thiết kế để hoạt động như một I2C master hoặc I2C slave. Đề tài cũng bao gồm việc thiết kế PCB I2C và mô phỏng I2C. Nghiên cứu này góp phần vào việc hiểu rõ hơn về I2C bus và cách thức hoạt động của nó. Tài liệu I2C liên quan được tham khảo để đảm bảo tính chính xác của thiết kế. Đây là một phần của bài tập lớn I2C HCMUTE, nhằm giúp sinh viên thực hành kiến thức đã học.
II. Cơ sở lý thuyết và thiết kế chi tiết
Chương này trình bày chi tiết về chuẩn giao tiếp I2C , bao gồm đặc điểm giao tiếp I2C, định dạng khung dữ liệu I2C, điều kiện START/STOP I2C, và chế độ Master-Slave I2C. Thiết kế mạch điện tử I2C được trình bày một cách hệ thống, bao gồm thiết kế mạch điều khiển I2C, thiết kế mạch giao tiếp APB I2C, và thiết kế FIFO I2C. Việc sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog giúp cho quá trình thiết kế phần cứng I2C trở nên hiệu quả hơn. Quá trình lập trình I2C được mô tả cụ thể. Học thiết kế I2C đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về kiến thức điện tử cơ bản.
2.1 Giao thức I2C
Phần này tập trung vào việc phân tích kỹ lưỡng I2C communication. Mô tả chi tiết về hai đường truyền SDA và SCL, định dạng dữ liệu I2C, và các trạng thái hoạt động của thiết bị. I2C master và I2C slave được phân biệt rõ ràng về chức năng và vai trò trong quá trình truyền nhận. I2C bus được mô tả là một hệ thống truyền dữ liệu hiệu quả, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nhúng. Protocal I2C được phân tích để đảm bảo sự hiểu biết toàn diện về chuẩn giao tiếp này. Các thuật toán vi điều khiển I2C cũng được đề cập đến. Phần này cũng bao gồm tài liệu I2C cần thiết cho việc hiểu rõ hơn về chuẩn giao tiếp này. Nghiên cứu này góp phần vào việc hiểu rõ hơn về mạch I2C.
2.2 Thiết kế module
Phần này tập trung vào thiết kế mạch điện tử I2C. Thiết kế phần cứng I2C được thực hiện dựa trên các nguyên tắc thiết kế điện tử cơ bản. Thiết kế phần mềm I2C bao gồm việc viết code điều khiển cho module. Thiết kế PCB I2C được thực hiện để đảm bảo khả năng sản xuất. Các ứng dụng I2C trong các hệ thống nhúng được đề cập đến. Thiết kế mô phỏng I2C được sử dụng để kiểm tra hoạt động của module trước khi sản xuất. Thiết kế mô hình I2C được mô tả chi tiết. Thiết kế mạch in I2C được tối ưu cho kích thước và hiệu năng. Mạch I2C được phân tích để đảm bảo tính hoạt động ổn định. Đây là một phần quan trọng của bài tập lớn I2C HCMUTE.
III. Kết quả và đánh giá
Kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu quả của bộ truyền nhận I2C. Phần này trình bày các kết quả mô phỏng hoạt động của từng khối chức năng cũng như hệ thống tổng thể. Các kết quả mô phỏng được phân tích và đánh giá dựa trên các thông số kỹ thuật của I2C protocol. Việc kiểm thử I2C cho thấy module hoạt động đúng như thiết kế. Ứng dụng I2C trong thực tiễn cũng được đề cập đến. Công trình này đóng góp vào kho tàng dữ liệu I2C HCMUTE
3.1 Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng I2C được trình bày dưới dạng đồ thị và bảng biểu. Các thông số kỹ thuật quan trọng như tốc độ truyền, tỉ lệ lỗi, và tiêu thụ điện năng được đo đạc và phân tích. Mô phỏng hoạt động I2C được thực hiện trong nhiều điều kiện khác nhau để đánh giá độ ổn định của hệ thống. Mục tiêu kiểm thử I2C được đặt ra ban đầu đã được đáp ứng. Phần này cho thấy thiết kế và thi công điện tử đạt hiệu quả cao. Các ứng dụng I2C được đánh giá. Kết quả mô phỏng I2C cho thấy thiết kế hoạt động ổn định và đáng tin cậy. Mô phỏng I2C đã thành công.
3.2 Đánh giá
Đánh giá tổng quan về thiết kế và thi công bộ truyền nhận I2C. Luận văn I2C này đã đạt được các mục tiêu đề ra ban đầu. Thiết kế bộ truyền nhận I2C được đánh giá là hiệu quả và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật. Ứng dụng I2C trong thực tiễn sẽ mở ra nhiều cơ hội phát triển. Thiết kế mạch I2C được tối ưu về kích thước và hiệu suất. Việc sử dụng I2C trong các dự án điện tử ngày càng phổ biến. Thiết kế điện tử nhúng đóng vai trò quan trọng trong công trình này. Sinh viên HCMUTE đã hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu.
