Thiết kế máy tính đơn giản, sử dụng ma trận phím 4x4 thực hiện các phép cộng, trừ, nhân, chia hiển thị kết quả lên led 7 thanh, nếu kết quả 9999 thì hiển thị chữ “FULL”

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN HỆ THỐNG NHÚNG Giảng viên TS Nguyễn Ngọc Minh Hà Nội – 2021 ⁃⁃⁃⁃‹‹‹﴾֍﴿›››⁃⁃⁃⁃ LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta đang sống.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: HỆ THỐNG NHÚNG

Giảng viên : TS Nguyễn Ngọc Minh

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên mà khoa học và công nghệ đều xuất hiện một cách hết sức mau lẹ và cũng được đổi mới một cách cực kỳ nhanh chóng Ngày nay, hệ thống nhúng là một trong những hoạt động có tốc độ phát triển nhanh Các ứng dụng của hệ thống nhúng đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống Một trong số đó phải kể đến là: Các máy móc thiết bị y tế; các thiết bị trong dân dụng; các thiết bị kết nối internet, thiết bị điện tử Trong công nghiệp thì chúng được sử dụng cho hầu hết các dây chuyền sản xuất tự động và các robot,… Các hệ thống dẫn đường trong không lưu, hệ thống định vị,

…Chính vì vậy mà hệ thống nhúng đã gắn liền với hoạt động có ý thức của con người, là một trong những yếu tố quan trọng trong phát triển và hội nhập với thế giới.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1: Chọn 1 hệ thống nhúng trong thực tế, nêu thành phần và chức năng của hệ thống nhúng đó 3

1.1 Các tính năng 3

1.2 Các thành phần của hệ thống 3

PHẦN 2: Thiết kế máy tính đơn giản, sử dụng ma trận phím 4x4 thực hiện các phép cộng, trừ, nhân, chia hiển thị kết quả lên led 7 thanh, nếu kết quả >9999 thì hiển thị chữ “FULL” 4

I Tổng quan đề tài 4

II Phân tích bài toán 4

1.Vai trò của máy tính điện tử 4

2.Ý tưởng thiết kế……… 5

3.Xác định bài toán……… ….5

III Thành phần và chức năng từng khối trong mạch 6

1.Khối nguồn: ……….…… 6

2.Khối nhập dữ liệu:……… 6

3.Khối hiển thị: ……….7

4.Khối Vi xử lý: ……….7

IV Code và mô phỏng 8

LỜI CẢM ƠN 14

PHẦN 1: Chọn 1 hệ thống nhúng trong thực tế, nêu thành phần

và chức năng của hệ thống nhúng đó.

Hệ thống: Khóa cửa thông minh Xiaomi Smart Door Lock Pro

Hình 1 Khóa cửa thông minh Xiaomi Smart Door Lock Pro

1.1 Các tính năng

- Cho phép người dùng mở khóa của bằng vân tay nhận dạng dấu vân tay 3D và thuật toán phát hiện dấu vân tay PB hiện đại bậc nhất của Thụy Điển

- Tính năng cảm biến nhận diện: Nếu có người đứng trước cả nhà bạn quá lâu thì camera sẽ tự động ghi lại, tiếp theo đó sẽ truyền thông tin về điện thoại của bạn như một cảnh báo

- 6 cách mở khóa khác nhau khác như mở khóa bằng chìa,thẻ NFC, mật khẩu số trên cửa, bằng bluetooth hay bằng điện thoại thông minh qua App HomeKit

- Kết nối thông minh: Đối với khóa cửa Xiaomi Pro, bạn có thể dễ dàng kết nối với cả điện thoại Android hay Iphone với 2 app kết nối là Mijia và Apple Homekit Trên điện thoại của bạn, bạn hoàn toàn có thể dễ dàng thực hiện các thao tác như thêm, xóa người dùng hay xem lại các lịch sử khóa cửa, và một số tính năng hay khó khác như cài đặt báo thức, chuông cửa

- Hoạt động ổn định với nguồn độc lập: Không cần lo lắng rằng tòa nhà hay nhà bạn bị mất điện đột ngột, khóa cửa thông minh Xiaomi được cấp nguồn độc lập bởi 4 pin khô có thể sử dụng đến 10 tháng, khi mức pin xuống dưới 20% thì bạn

sẽ nhận được cảnh báo

1.2 Các thành phần của hệ thống

 Phần mềm ứng dụng: Là phần mềm cài đặt trên điện thoại để người sử dụng

tác động điều khiển đến hệ thống

 Phần mềm hệ thống: chương trình nạp cho Vi xử lý, vi điều khiển: Là phần

nhận các tác động,thông số từ cảm biến, từ phần mềm ứng dụng để tính toán,

xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển đầu ra cho hệ thống

 Phần cứng:

- Các module cảm biến: vân tay, thẻ NFC, keypad

- CPU

- hệ thống hiển thị và thông báo: màn hình LCD, chuông báo

PHẦN 2: Thiết kế máy tính đơn giản, sử dụng ma trận phím 4x4 thực hiện các phép cộng, trừ, nhân, chia hiển thị kết quả lên led 7

thanh, nếu kết quả >9999 thì hiển thị chữ “FULL”.

I Tổng quan đề tài.

Ngày nay, hệ thống Nhúng được ứng dụng và lắp đặt hầu hết trên các thiết bị điện tử, nhất là những thiết bị điện tử thông minh, các thiết bị điện tử ngày càng đa dạng và dần thay thế các công việc hàng ngày của con người Những sản phẩm điện tử này được tạo ra giúp năng suất công việc cao hơn, hiệu quả hơn trong công việc, tiết kiệm được thời gian cũng như công sức của con người hơn

Ý tưởng đề tài xuất phát từ bài toán thực tế Một sản phẩm điện tử có nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống, có thể cho phép tính toán các số liệu với các phép tính cơ bản Trong phạm vi môn học Hệ thống nhúng, với mục tiêu thiết kế ra một sản phẩm nhúng đơn giản, hiệu quả, nhóm chúng em đã chọn sản phẩm này làm đề tài Một sản phẩm nhúng đơn giản, hiệu quả, tiết kiệm chi phí thiết kế Mục đích chính là để hiểu sâu hơn về cấu trúc và cách thiết kế một hệ thống nhúng, qua

đó nắm được kiến thức về lập trình và vi điều khiển, vi xử lý…

II Phân tích bài toán.

1 Vai trò của máy tính điện tử.

Trước đây, để tính toán trên những con số người ta thường tính nhẩm, viết tay, dùng giấy, bút hoặc bảng tính cơ học,…Việc làm đó sẽ làm chúng ta mất rất nhiều thời gian để tính toán mà vẫn những rất nhiều những lỗi trong tính toán Các em học sinh vẫn thường sử dụng những máy tính cầm tay đơn giản để thực hiện những phép tính cơ bản trong môn học, làm cho việc tính toán trở nên nhanh gọn và hiệu quả hơn rất nhiều

Hình 2 Một chiếc máy tính điện tử thực tế.

Từ xưa con người đã biết chế tạo ra: bàn phím số ở Trung Quốc phục vụ công việc tính toán Đặc biệt trong nền sản xuất hiện đại, máy tính được coi là thiết bị quan trọng trong nhiều lĩnh vực như: trong các đơn vị hành chính, các nhà máy, phân xưởng sản xuất, các khu công nghiệp, … Khả năng của máy tính ngày càng

đa dạng, thông minh và tích hợp nên máy tính dần thay thế con người và trong tương lại sự phụ thuộc vào máy tính điện tử là không thể thay thế Một cách tổng quát, máy tính giúp con người tính toán đơn giản đồng thời làm cho năng suất tăng lên, tiết kiệm thời gian và chi phí, sức lao động

2 Ý tưởng thiết kế.

Xuất phát từ vai trò cần thiết của một chiếc máy tính số, nhóm em đã ứng dụng

hệ thống nhúng để thiết kế một sản phẩm điện tử có chức năng tính toán cơ bản như một chiếc máy tính cầm tay Sản phẩm tạo ra sẽ đơn giản, thân thiện, hiệu quả

và tiết kiệm chi phí

Mục đích: ứng dụng kiến thức đã học về hệ thống nhúng vào thực tế để hiểu sâu

hơn về hệ thống nhúng cũng như các kiến thức về lập trình, về các VĐK ARM… qua đó phát triển lên những sản phẩm thông minh hơn, tích hợp nhiều hơn và có thể tạo ra sản phẩm điện tử hoàn thiện

Mục tiêu:

- Sản phẩm tạo ra đơn giản tiết kiệm chi phí.

- Sản phẩm ổn định, chính xác.

- Có lập trình ARM.

3 Xác định bài toán.

a Chức năng sản phẩm.

- Tính toán các phép tính đơn giản như: +, -, *, / 2 số nguyên nhỏ.

- Có báo FULL khi giá trị tính toán vượt mức 9999.

b Sơ đồ khối.

Hình 3 Sơ đồ khối của mạch

c Sơ đồ thuật toán.

Hình 4 Sơ đồ thuật toán của mạch

III Thành phần và chức năng từng khối trong mạch.

1 Khối nguồn:

- Cung cấp điện áp 3.3 – 5V cho ARM hoạt động.

- Thiết bị sử dụng: mạch nạp ST LinkV2.

Hình 5 Mạch nạp ST LINKV2

2 Khối nhập dữ liệu:

- Thiết bị sử dụng: Keypad4x4.

Hình 6 Bàn phím 4x4.

Hình 7 Sơ đồ nói dây bàn phím 4x4

Nguyên lý quét phím: cho các cột bằng 0 và lần lượt các chân nối với các hàng

mức 1 Rồi kiểm tra xem có cột nào bằng 0 hay không, nếu cột nào bằng 0 trong thời điểm một hàng bằng 0 thì ta sẽ phát hiện được tọa độ phím được nhấn

3 Khối hiển thị:

- Thiết bị sử dụng: Led 7 thanh 4 số.

Hình 8 Led 7 thanh 4 số

Nguyên lý quét led:

Kỹ thuật Quét LED thực hiện theo nguyên tắc một thời điểm chỉ bật một LED 7 thanh với dữ liệu nó cần hiển thị, các LED còn lại được tắt Việc quét LED thực hiện luôn phiên sáng các LED với yêu cầu trên Có một hiện tượng hay xảy ra với những người mới thực hiện lập trình quét LED là hiện tượng

“bóng ma” đó là hiện tượng xuất hiện các bóng mờ LED không mong muốn do quá trình điều khiển Quá trình quét LED chuẩn được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Xuất ra mã hiển thị.

Bước 2: Cấp nguồn cho LED muốn hiển thị.

Bước 3: Trễ 1 khoảng thời gian để duy trì sáng.

Bước 4: Cắt nguồn LED vừa hiển thị.

4 Khối Vi xử lý:

- Thiết bị sử dụng: Kit STM32f103c6t8.

Hình 9 Kit STM32f103c6t8

IV Code và mô phỏng.

- Khởi tạo mảng số led

- khởi tạo mảng só bàn phím

Phím 15: phép chia

- Khởi tạo time2

Chọn bộ chia là 72-1 để tạo tần số 1mhz

- Tạo delay ms bằng time2

Khi có tần số là 1mhz vậy khi đếm đến 1000 là đc 1 ms

- Cấu hình các chân là output

Chân a0 đến a11: từ a0 đến a7 nối với từ a đến f của led, từ a8 đến a11 nối với các chân để điều khiển led là d1 d2 d3 d4

Cấu hình chân b8 đến b11 là các chân của bàn phím ứng với các hàng của keypad

- Cấu hình các chân là input

Chân b4 đến b7 là các chân input có trở kéo lên nguồn là các chân của bàn phím ứng với các cột (mặc định ở mức 1 do pull-up)

- Hàm hiển thị led

Hiển thị các số từ 0000 đến 9999: ví dụ khi số là 3456 thì sẽ tách từng số và hiển thị

Các số từ -9 đến -1 thì led 1 hiển thị là 0, led 2 hiển thị 0, led 3 hiển thị dấu trừ và led 4 hiện số từ -9 đến -1

Tương tự các số từ -10 đến -99 và từ -100 đến -999 nếu nhỏ hơn -999 màn hình hiện full

- Hàm kiểm tra xem có phím được nhấn hay là không

Nếu được nhấn trả về 1 còn không thì trả về 0

- Hàm kiểm tra xem hàng nào được nhấn

Nếu row bằng 0 thì hàng phím tương ứng với chân b8 là nhấn tương tự 3 hàng còn lại

- Hàm trả về giá trị phím nhấn

Đầu tiên gọi hàm key4x4push xem có phìm nào được nhấn không

Nếu có thì cho và vòng lặp for để kiểm tra xem nó là phím nào thông qua hàm

checkrow

Ví dụ khi i bằng 1 mà (gpiob->idr&0xf0) == 0xe0 tức là cột ứng với phím b7 được nhấn và giao với hàng số 1(row=1) thì sẽ trả về giá trị key [1][0] =7 Tương tự các

Xem giá trị phím nhấn bằng bao nhiêu nếu như từ 0 đến 9 thì sẽ lưu vào biến y với y=y*10+x

Ví dụ: ban đầu thì x và y sẽ có giá trị là 0 khi bấm phím số 7 thì x sẽ bằng 7 và

y=y*10+x=0*10+7=7 nếu tiếp tục ấn phím 3 thì x=3 vào y=7*10+3=73

Các phím từ 10 đến 15 đã nói ở trên

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã đưa bộ môn Hệ thống nhúng vào trong chương trình giảng dạy Đặc biêt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên

Nguyễn Ngọc Minh đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong

suốt thời gian học tập kỳ vừa qua Thầy đã giảng dạy rất nhiệt tình và hỗ trợ chúng em rất nhiều bằng việc gửi tài liệu trực tuyến và tạo các bài thảo luận Vì vậy, trong thời gian tham dự lớp học của thầy, chúng em đã tiếp thu, tích lũy được cho bản thân rất nhiều kiến thức bổ ích, học được thế nào là hệ thống nhúng và ứng dụng của hệ thống nhúng trong đời sống Đây là những điều rất cần thiết cho quá trình rèn luyện, học tập và công tác của chúng em sau này.

Bộ môn Hệ thống nhúng là một môn học bổ ích và gắn liền với nhu cầu thực tiễn trong thực tiễn Tuy nhiên, do thời gian học tập của học phần này rơi vào đúng thời điểm tình hình dịch bệnh Covid-19 đang diễn biến phức tạp, chúng em phải học tập trực tuyến khiến khả năng tiếp thu bài giảng không được cao Do vậy, bài báo cáo của nhóm chúng em khó có thể tránh khỏi những thiếu sót và có những điểm chưa chuẩn xác Kính mong thầy xem xét và góp ý giúp bài báo cáo của chúng em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!