CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này giới thiệu các lý thuyết liên quan, các linh kiện, phần cứng sử dụng trong thiết kế. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này tính toán thiết kế hệ thống, thiết kế sơ đồ khối, chức năng từng khối và nguyên lý hoạt động từng khối.
• Chương 4: Thi công hệ thống Chương này trình bày lưu đồ giải thuật chính, lưu đồ giải thuật con và giải thích, thi công mạch, sơ đồ mạch layout, lắp ráp, kiểm tra đóng gói sản phẩm, thi công mô hình, lập trình code hệ thống. • Chương 5: Kết quả, Nhận xét, Đánh giá Chương này trình bày kết quả mô hình, ứng dụng máy tính từ đó đưa ra đánh giá, nhận xét. • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này nêu lên kết luận chung về những gì đã thực hiện, đồng thời đưa ra ưu khuyết điểm để đưa ra hướng phát triển cho đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ARM 2.1 Tổng quan về ARM Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32bit kiểu RISC (thuộc kiến trúc Hardvard, có tập lệnh rút gọn) được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do 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. Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của công ty máy tính Acorn. Nhóm thiết kế hoàn thành việc phát triển mẫu gọi là ARM1 vào năm 1985, và vào năm sau nhóm hoàn thành sản phẩm “thực’’ gọi là ARM2 với thiết kế đơn giản chỉ gồm 30.
ARM2 có tuyến dữ liệu 32 bit, không gian địa chỉ 26bit tức cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa chỉ và 16 thanh ghi 32 bit. Thế hệ sau, ARM3, được tạo ra với 4KB cache và có chức năng được cải thiện tốt hơn nữa. Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như không thay đổi kích thước.000 transistors trong khi ARM6 chỉ tăng lên đến 35. Ý tưởng của nhà sản xuất lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi ARM với một số bộ phận tùy chọn nào đó để tạo ra một CPU hoàn chỉnh, một loại CPU mà có thể tạo ra trên những nhà máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp tục tạo ra được sản phẩm với nhiều tính năng mà giá thành vẫn thấp.
Ngày nay ARM được ứng dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vưc của đời sống: Robot, máy tính, điện thoại, xe hơi, máy giặt… ARM Cortex được chia làm 3 dòng: • Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2. • Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời gian thực. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb và thumb-2.
• Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được thiết kế để tối BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ưu về giá thành. Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2. Giá trị số nằm cuối tên của 1 dòng ARM cho biết về mưc độ hiệu suất tương đối của dòng đó.
Theo đó dòng ARM mang số 0 sẽ có hiệu suất thấp nhất. Tập đoàn ST Microelectronic đã cho ra mắt dòng STM32, vi điều khiển đầu tiên dựa trên nền lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế, lõi ARM Cortex-M3 là sự cải tiến của lõi ARMv7-M 32bit truyền thống, từng mang lại sự thành công vang dội cho công ty ARM. Dòng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất, chi phí, cũng như khả năng đáp ứng các ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và tính điều khiển thời gian thực khắt khe.2 Vi điều khiển STM32F407VET6 Dòng STM32 tiêu thụ năng lượng cực thấp trong khi đó hiệu suất cực cao và việc lập trình cũng rất dễ dàng. Với sư đồ sộ về ngoại vi (GPIO, I2C, SPI, ADC, USB, Ethernet, CAN.1 Chip STM32F407VET6 STM32F407VET6 sử dụng dòng ARM Cortex-M4 hoạt động với tần số lên đến 168Mhz với các thông số: Lõi ARM 32-bit Cortex M4 với clock max là 168Mhz.
Bộ nhớ: • 512 Kbytes bộ nhớ Flash. Clock, reset và quản lý nguồn. • Điện áp hoạt động 1. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Power on reset (POR), Power down reset (PDR) và programmable voltage detector (PVD). • Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz đến 16Mhz. • Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz. • Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC.
• Trong trường hợp điện áp thấp: • Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ. • Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi mất nguồn cấp chính. ADC: 2 bộ ADC 12bit với 10 kênh cho mỗi bộ. • Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.
• Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh. • Có cảm biến nhiệt độ nội. DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu của CPU. • Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART.
• Timer: 7 timer • 3 Timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM. • 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input, dead-time… • 2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi. • 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay…. Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm: • 3 bộ I2C(SMBus/PMBus).
• 4 bộ USART, 2UART • 3 SPIs • 1 FSMC • 2 bộ giao tiếp CAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • USB 2.0 full-speed • 1 bộ giao tiếp SDIO/MMC 2.2 MODULE LCD TFT 7 INCH CẢM ỨNG ĐIỆN DUNG Màn hình TFT là viết tắt của bóng bán dẫn phim mỏng (Thin Film Transistor), một phiên bản cao cấp của màn hình LCD sử dụng một ma trận pixel. Ma trận pixel có nghĩa là mỗi pixel được gắn vào một bóng bán dẫn và tụ điện riêng lẻ. Lợi thế của màn hình TFT là tỷ lệ tương phản cao và có chi phí sản xuất thấp, do đó phù hợp cho những thiết bị tầm trung.
Tuy nhiên nhược điểm của màn hình TFT này là không có góc nhìn rộng.2 Các lớp màn hình LCD TFT Cảm ứng điện dung là công nghệ cảm ứng dựa trên những thay đổi của điện tích trên màn hình khi tay người, hoặc các vật có tích điện chạm nhẹ vào. Màn hình cảm ứng điện dung sử dụng một tấm kiếng được phủ ion kim loại giúp cho ánh sáng đi qua nhiều hơn đến 90%. Nhờ đó mà hình ảnh hiển thị rõ ràng hơn. Lớp ion kim loại trên bề mặt kính sẽ tạo ra mạng lưới các tụ điện trên màn hình.
Các tụ điện này sẽ bị mất điện tích khi tay người hay các vật có điện chạm vào, nhờ đó hệ thống chứa màn hình sẽ xác định được sự thay đổi này diễn ra ở đâu và tiến hành cách thao tác theo ý người sử dụng. Nhờ vậy, màn hình cảm ứng dạng này có thể BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT được điều khiển bởi những "cái chạm" rất nhẹ từ ngón tay, tuy nhiên thường thì bạn không thể sử dụng được với đồ cứng hay đeo găng tay.3 Các lớp màn hình cảm ứng điện dung Màn hình cảm ứng điện dung có độ chính xác và tin cậy cao nên được dùng rộng rãi trong loại điện thoại và máy tính bảng hiện nay. Cảm ứng điện dung là không cần lực tác động lên lớp cảm ứng nên rất nhạy và cảm nhận được nhiều điểm cùng tại một thời điểm.
Về bản chất, cảm ứng điện dung có thể chia thành 2 loại: Một là cảm ứng đơn điểm, chỉ nhận được tối đa 1 chạm trong quá trình thao tác. Và hai là đa điểm (multi-touch). Với việc hiển thị hình ảnh thì màn hình là yếu tố vô cùng quan trọng quyết định đến chất lượng hình ảnh, trên thị trường có rất nhiều loại màn hình với kích thước và độ phân giải khác nhau. Để hình ảnh hiển thị rõ rang, sắc nét và kích thước gọn gàng vừa phải thì màn hình 7 inch là sự lựa chọn đúng đắn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4 Màn hình LCD TFT 7inch Waveshare Module sử dụng là màn hình LCD TFT kích thước 7inch của hãng WaveShare, màn hình được trang bị cảm ứng điện dung, độ phân giải màn hình 800x480, drive điều khiển màn hình là IC RA8875 và tấm nền màn hình TFT mang lại hình ảnh sắc nét và góc nhìn rộng. Module hỗ trợ chuẩn giao tiếp song song 8080 8 bit /9 bit/16 bit/18 bit/24bit có lợi thế về mặt tốc độ truyền dữ liệu giữ MCU với màn màn hình một cách nhanh chóng. Tấm cảm ứng được điều khiển bởi IC GT811, là loại IC nhận biết cảm ứng điện dung.
Có thể nhận biết được tối đa 5 điểm. Hoạt động sử dụng nguồn áp thấp từ 3V đến 3.6V và công suất tiêu thụ nhỏ (1W).3 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR PIR là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn phát nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật… Hình 2.