HCMUTE: Thiết kế và thi công bộ truyền nhận theo giao thức SPI Wishbone

Kiến trúc hệ thống được thiết kế dựa trên chuẩn Wishbone giao tiếp. Bộ truyền nhận SPI Wishbone được chia thành các module con rõ ràng, bao gồm module truyền dữ liệu TX và module nhận dữ liệu RX. Mỗi module có thể hoạt động độc lập ở chế độ Master hoặc Slave, cho phép linh hoạt trong cấu hình hệ thống. Vi điều khiển sẽ tương tác với bộ truyền nhận SPI thông qua Wishbone bus. IP core SPI được tích hợp vào hệ thống để tối ưu hiệu suất. Mạch số được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy cao. Thiết kế mạch tổng hợp kết hợp cả phần cứng và phần mềm, cho phép kiểm soát và giám sát quá trình truyền nhận dữ liệu một cách hiệu quả. Hệ thống nhúng này được thiết kế để có thể mở rộng và tích hợp với các module khác trong tương lai. Mạch nhận và mạch phát được thiết kế riêng biệt nhưng hoạt động đồng bộ. Mạch điều khiển chịu trách nhiệm quản lý toàn bộ quá trình truyền nhận dữ liệu, bao gồm chọn chế độ hoạt động (Master/Slave), quản lý tín hiệu đồng hồ (clock), và xử lý tín hiệu ngắt. Vi xử lý sẽ gửi và nhận dữ liệu qua các thanh ghi điều khiển. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống được mô tả chi tiết trong báo cáo.

Quá trình thiết kế mạch điện tử bắt đầu với việc phân tích yêu cầu và thiết kế kiến trúc hệ thống. Verilog được sử dụng để mô tả hành vi của các module. Môi trường mô phỏng Questasim 10 được sử dụng để kiểm tra chức năng và hiệu suất của thiết kế. Mô phỏng mạch được thực hiện với nhiều test case khác nhau, bao gồm cả các trường hợp biên để đảm bảo tính ổn định. Kết quả mô phỏng mạch cho thấy thiết kế hoạt động chính xác và hiệu quả. Tối ưu hóa mạch được thực hiện để giảm thiểu tài nguyên sử dụng trên FPGA. Kiểm thử mạch được thực hiện kỹ lưỡng, đảm bảo chất lượng của thiết kế trước khi triển khai. Quartus Prime Lite được sử dụng để tổng hợp và lập trình mạch lên FPGA. HDL (Hardware Description Language) cho phép mô tả mạch một cách chính xác và hiệu quả. Mạch nhúng được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu về thời gian thực. Tài nguyên sử dụng trên FPGA được đánh giá và phân tích. Dự án tốt nghiệp HCMUTE này tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế về cả hiệu suất và tài nguyên.

Thiết kế đã được tổng hợp và lập trình lên FPGA sử dụng phần mềm Quartus Prime Lite. Quá trình này bao gồm việc ánh xạ thiết kế vào cấu trúc của FPGA, tổng hợp mã HDL thành cấu trúc phần cứng, và lập trình cấu hình vào FPGA. Tối ưu hóa mạch được thực hiện để giảm thiểu sử dụng tài nguyên trên FPGA, bao gồm cả logic và bộ nhớ. Kiến trúc FPGA đã được lựa chọn một cách cẩn thận để phù hợp với yêu cầu của dự án. Mạch số được tổng hợp và kiểm tra các thông số thời gian để đảm bảo hoạt động đúng như mong muốn. Giải pháp điện tử này được triển khai trên một mạch in được thiết kế riêng biệt. Module được tích hợp vào một hệ thống lớn hơn. Phân tích tài nguyên của FPGA đã được thực hiện sau khi tổng hợp. Báo cáo chi tiết về quá trình triển khai đã được ghi lại đầy đủ.

Hiệu suất của bộ truyền nhận SPI Wishbone được đánh giá dựa trên các chỉ số quan trọng như tốc độ truyền dữ liệu, độ trễ, và sử dụng tài nguyên trên FPGA. Kết quả cho thấy hệ thống đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao và độ trễ thấp, đáp ứng yêu cầu của ứng dụng. Việc sử dụng tài nguyên trên FPGA cũng được tối ưu hóa. Nghiên cứu bộ truyền nhận SPI này đã đóng góp vào sự phát triển của công nghệ mạch số và hệ thống nhúng. Dự án tốt nghiệp này cho thấy khả năng thiết kế và triển khai các hệ thống mạch điện tử phức tạp. Ứng dụng bộ truyền nhận SPI có thể được mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác nhau. Kết luận của dự án nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng các kỹ thuật thiết kế hiện đại và tối ưu hóa để tạo ra các hệ thống hiệu quả và đáng tin cậy. Nghiên cứu khoa học này có tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao.