CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trong chương này, nhóm sẽ giới thiệu tổng quan về các kiến thức cơ bản được áp dụng để xây dựng hệ thống này, bao gồm lý thuyết, giao thức truyền thông dữ liệu và phương pháp điều khiển LED. Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế Trong chương này, nhóm sẽ trình bày về thiết kế sơ đồ khối của hệ thống, giải thích chức năng của từng khối, thực hiện các tính toán, so sánh và lựa chọn linh kiện phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Từ đó, chúng em sẽ chốt lại sơ đồ nguyên lý của hệ thống và tiến hành thiết kế mạch in PCB. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Và Kết Quả Thực Hiện Trong chương này, quá trình thi công và kết quả sau khi hoàn thành sẽ được trình bày chi tiết.
Chúng em cũng sẽ diễn giải lưu đồ giải thuật chính và lưu đồ giải thuật con của hệ thống. Cuối cùng, kết quả thực hiện hệ thống sẽ được trình bày. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh giá Trong chương này, nhóm sẽ đưa kết quả mà nhóm đạt được, so sánh với những mục tiêu ban đầu được đề ra. Nhận xét các số liệu, chất lượng hình ảnh hiển thị,… từ đó đưa ra nhận xét, đánh giá.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Trong chương này, nhóm trình bày về kết luận chung về những gì đã thực hiện, đánh giá mức độ hoàn thiện các mục tiêu của đề tài và đưa ra nhận xét về những ưu điểm và khuyết điểm. Từ đó, nhóm đề xuất hướng phát triển nhằm ứng dụng đề tài hiệu quả trong thực tế. NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG 3 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong lĩnh vực thiết kế và thi công các hệ thống quang báo, đã có nhiều nhóm thực hiện đồ án tốt nghiệp nghiên cứu và thực hiện đặc biệt tập trung vào việc sử dụng LED MATRIX. Một số đề tài đã hoàn thành trước đó như "Thiết kế và thi công bảng quang báo", "Thiết kế và thi công hệ thống bảng báo giá", và "Thiết kế và thi công bảng LED MATRIX điều khiển bằng APP ANDROID".
Đề tài "Thiết kế và thi công bảng quang báo" đã tiến hành nghiên cứu và phát triển một bảng thông báo sử dụng LED MATRIX để hiển thị thông tin. Hệ thống này cho phép hiển thị các ký tự và hình ảnh đơn giản, mang lại hiệu quả cao trong việc truyền đạt thông tin. Đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống bảng báo giá" đã ứng dụng công nghệ LED MATRIX để tạo ra các bảng giá điện tử, giúp thay đổi giá sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác. Hệ thống này đặc biệt hữu ích trong các siêu thị, cửa hàng bán lẻ, nơi mà giá cả thường xuyên thay đổi.
Đề tài "Thiết kế và thi công bảng LED MATRIX điều khiển bằng APP ANDROID" đã phát triển một bảng LED MATRIX có thể điều khiển từ xa bằng ứng dụng trên điện thoại Android. Điều này mang lại sự tiện lợi và linh hoạt trong việc quản lý và cập nhật thông tin hiển thị trên bảng. Cả ba đề tài trên đều sử dụng LED MATRIX và đã đạt được những kết quả đáng kể, vẫn còn những hạn chế và có thể thay đổi thêm. Ví dụ, việc sử dụng LED dây thay vì LED MATRIX có thể mang lại những lợi ích nhất định như tính linh hoạt cao hơn trong thiết kế hình dạng và kích thước của bảng quang báo.
Dựa trên nền tảng của các nghiên cứu trước đó, đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống quang báo sử dụng LED dây" sẽ tập trung vào việc khai thác ưu điểm của LED dây, nhằm tạo ra một hệ thống quang báo với thiết kế linh hoạt hơn, dễ dàng di chuyển và lắp đặt. Nghiên cứu này sẽ mở rộng và hoàn thiện hơn các ứng dụng của công nghệ LED trong lĩnh vực quang báo. NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG 4 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong chương này, nhóm xin được trình bày những nền tảng kiến thức giúp tính toán, thiết kế và lập trình cho hệ thống này.1 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ PWM ❖ Định nghĩa: PWM, viết tắt của Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung), là một kỹ thuật điều khiển rất phổ biến trong điện tử và tự động hóa. Việc sử dụng chính của phương pháp này là cho phép điều chỉnh điện áp ra tải.
Chúng ta có thể hiểu cách khác rằng đây là phương pháp điều chế dựa vào sự thay đổi độ rộng chuỗi xung vuông làm cho điện áp ra bị thay đổi. Trong nguyên lý điều chế độ rộng xung, các xung vuông có chu kỳ là hằng số chỉ có độ rộng xung thay đổi dẫn đến hệ số công tác (còn gọi là hệ số chu kỳ - duty cycle) thay đổi. Hệ số công tác là tỷ lệ giữa thời gian mà tín hiệu xung ở mức cao so với thời gian một chu kỳ. Hệ số này thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm.
Độ rộng xung(t) Công thức tính hệ số chu kỳ: Duty Cycle = ∗ 100% Chu kỳ xung (T) NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG 5 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1: Các ví dụ về xung PWM với các mức duty cycle khác nhau. Từ đó có thể tính được điện áp trung bình với các hệ số chu kỳ khác nhau như sau: Ở cấp độ 25%, điện áp trung bình của 5V là 5 x 25% = 1. Ở cấp độ 50%, điện áp trung bình của 5V là 5 x 50% = 2. Ở cấp độ 75%, điện áp trung bình của 5V là 5 x 75% = 3.
❖ Ứng dụng của PWM: Phương pháp điều chế xung PWM được ứng dụng vào trong các mô hình điều khiển, thường gặp nhất là trong các bộ động cơ, xung áp, điều áp, đèn LED. PWM giúp thiết bị tăng hiệu suất làm việc, ổn định dòng điện tải ra, nên hệ thống hoạt động cũng ổn định hơn, hạn chế tình huống quá dòng. Trong điều khiển động cơ, ví dụ, PWM được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ bằng cách thay đổi điện áp trung bình đến động cơ thông qua việc biến đổi tín hiệu PWM. Từ đó giúp người sử dụng hoàn toàn kiểm soát tốc độ quay và độ ổn định của động cơ.
Trong điều khiển đèn LED, PWM được sử dụng để điều chỉnh độ sáng bằng cách thay đổi thời gian mà LED được bật trong mỗi chu kỳ. Trong viễn thông, PWM được sử dụng như một phương pháp điều chế tín hiệu, các giá trị dữ liệu được mã hóa ở đầu gửi và đầu nhận bằng độ rộng xung tương ứng. NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG 6 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2: Mã hoá dữ liệu dùng phương pháp PWM 2.2 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN DỮ LIỆU DMA Trước khi tìm hiểu rõ về cơ chế DMA, nhóm nghiên cứu xin được trình bày cơ chế hoạt động thông thường của một hệ thống, đó là cơ chế Master – Slave.3: Một số thành phần trong vi xử lý ARM Qua hình ảnh trên, CPU sẽ điều khiển việc giao tiếp dữ liệu với bộ nhớ RAM và các thiết bị ngoại vi qua các đường bus. Peripherals có nghĩa là các thiết bị ngoại vi, và CPU có thể giao tiếp với các thiết bị này bằng các giao thức truyền thông khác nhau, ví dụ như UART, I2C, SPI, USB,… Cơ chế này được gọi là cơ chế Master – Slave.
CPU đóng vai trò là Master, còn các thiết bị ngoại vi và bộ nhớ là Slave. Quá trình giao tiếp giữa hai thiết bị Slave sẽ do CPU (Master) điều khiển. NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG 7 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tuy nhiên, CPU còn phải thực hiện thêm một công việc nữa là giao tiếp với bộ nhớ RAM để đọc và thực hiện các lệnh của chương trình được lưu. Vì vậy, khi phải thực hiện việc truyền dữ liệu liên tục giữa bộ nhớ RAM và các thiết bị ngoại vi, CPU sẽ chiếm dụng tài nguyên hệ thống, dẫn đến làm chậm hệ thống hoặc có thể gây thất thoát dữ liệu trong quá trình truyền.
Để giảm tải cho CPU và đảm bảo hiệu suất hệ thống, một Master khác sẽ đảm nhận công việc truyền dữ liệu này, đó là DMA. DMA, viết tắt của Direct Memory Access (Truy cập bộ nhớ trực tiếp), là một cơ chế trong vi điều khiển cho phép các thành phần ngoại vi truy cập trực tiếp vào bộ nhớ chính (như RAM) mà không cần sự can thiệp của CPU. Nhờ đó, DMA có thể giảm tải công việc cho CPU. Các đặc điểm chính của bộ điều khiển DMA trong STM32F407VET6: ˍ Bộ điều khiển DMA trong STM32F407VET6 bao gồm hai bộ điều khiển DMA chung (DMA1 và DMA2) với mỗi bộ có 8 streams (luồng), mỗi luồng có 8 kênh.
ˍ Chúng có khả năng thực hiện các giao dịch từ bộ nhớ sang bộ nhớ (Memory to Memory), từ thiết bị ngoại vi sang bộ nhớ (Peripheral to Memory) và từ bộ nhớ sang thiết bị ngoại vi (Memory to Peripheral). ˍ Mỗi luồng có một bộ đệm FIFO để tối ưu băng thông của hệ thống. ˍ DMA có hai chế độ: FIFO và Direct (Trực tiếp). ˍ Các kênh có thể lập trình mức độ ưu tiên khác nhau với 4 mức: Cao nhất, cao, vừa và thấp.
DMA có thể được sử dụng với các thiết bị ngoại vi với nhiều giao thức truyền thông khác nhau như: SPI và I2S, I2C, USART, DAC, SDIO, ADC, các timer của vi điều khiển. DMA là một tính năng quan trọng trong các vi điều khiển STM32 của STMicroelectronics. Với DMA, các ứng dụng STM32 có thể thực hiện các tác vụ nặng nề như truyền dữ liệu qua giao tiếp nhanh chóng mà không cần sự can thiệp của CPU, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hệ thống và giảm thiểu thời gian xử lý của CPU. NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG 8 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.3 CHUẨN GIAO TIẾP SDIO SDIO (Secure Digital Input/Output) là một giao diện tiêu chuẩn được dùng để kết nối các thiết bị như thẻ nhớ SD, thẻ nhớ microSD và các thiết bị lưu trữ khác với các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại, vi điều khiển,… Giao diện SDIO kết hợp tín hiệu I/O (Input/Output) với giao thức truyền dữ liệu của thẻ SD, cho phép dữ liệu truyền giữa thiết bị chủ (như vi điều khiển) và các thiết bị lưu trữ SD một cách nhanh chóng và hiệu quả.
SDIO thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu lưu trữ dữ liệu như hệ thống nhúng, điện thoại di động, máy ảnh số, máy nghe nhạc,….4: Sơ đồ khối SDIO ❖ Chuẩn SDIO gồm 2 khối: - Khối chuyển đổi SDIO cung cấp tất cả các chức năng đặc trưng cho thẻ như xung clock, lệnh truyền, dữ liệu.