HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNGBÁO CÁO MÔN HỌC HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG THỜI GIAN THỰC Đề tài: “Thiết kế đồng hồ thời gian thực có LED nháy theo nhạc sử dụng hệ điều hành FRE
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, các loại đồng hồ ra đời nhằm xác định thời gian chính xác và rõ ràng hơn Đồng hồ số nổi bật với những tính năng vượt trội so với đồng hồ cơ và các loại đồng hồ cổ điển, đặc biệt về mặt chi phí, độ chính xác và nhiều tiện ích tích hợp Sự xuất hiện của đồng hồ số đã đem lại những đột phá công nghệ giúp người dùng dễ dàng theo dõi thời gian chính xác hơn trong cuộc sống hàng ngày.
Lý do chọn đề tài
Hiện nay, thị trường chỉ có một số loại đồng hồ kim và đồng hồ số đơn giản để xem giờ, phù hợp với nhu cầu hàng ngày Thiết kế đồng hồ thời gian thực tích hợp LED nháy theo nhạc giúp người dùng dễ dàng theo dõi thời gian một cách trực quan và sinh động Sản phẩm này không chỉ mang tính tiện dụng mà còn có tính thẩm mỹ cao, gần gũi, mới lạ, đẹp mắt và dễ sử dụng, phù hợp với xu hướng công nghệ hiện đại.
Thiết bị hoạt động dựa trên vi điều khiển, giúp đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình xử lý dữ liệu Thiết bị còn có khả năng giao tiếp trực tiếp với các module thông dụng, tạo thành hệ thống thống nhất và dễ dàng tích hợp Nhờ đó, thiết bị hỗ trợ gia đình trong việc sắp xếp và quản lý thời gian hiệu quả, chính xác hơn, đồng thời nâng cao độ tin cậy trong các hoạt động hàng ngày.
Mục đích nghiên cứu đề tài
Thiết kế và thi công đồng hồ thời gian thực với tính năng hiển thị thời gian chính xác, đảm bảo mang lại trải nghiệm rõ ràng và tiện lợi cho người dùng Đồng hồ được trang bị đèn LED có thể nháy theo nhạc, tạo hiệu ứng trực quan sống động và hấp dẫn Giao diện của đồng hồ thiết kế đẹp mắt, thân thiện, phù hợp với mọi không gian sử dụng Sản phẩm không chỉ đảm bảo tính năng chính xác về thời gian mà còn mang lại vẻ thẩm mỹ cao cho không gian của bạn.
Giải pháp thiết kế
Hệ thống được thiết kế gồm 6 khối: Khối nguồn, khối thời gian, khối vi điều khiển, khối hiển thị, khối điều khiển, khối cảm biến âm thanh.
Hình 1: Sơ đồ khối Chức năng của các khối:
- Khối nguồn: cung cấp nguồn hoạt động cho hệ thống vi điều khiển.
Khối xử lý trung tâm là trung tâm điều khiển của hệ thống, đảm nhận nhiệm vụ xử lý các tín hiệu nhận được từ khối cảm biến âm thanh và khối thời gian thực Nó truyền tải thông tin đã xử lý đến khối hiển thị để người dùng dễ dàng quan sát Ngoài ra, khối xử lý trung tâm còn nhận các tín hiệu điều khiển để điều chỉnh trạng thái hoạt động của hệ thống, đóng vai trò là đầu não điều khiển toàn bộ quá trình vận hành.
- Khối hiển thị: Hiển thị các thông số thời gian như giờ, phút, giây và
Khối RTC là một chip thời gian thực (Real Time Clock) dùng để cung cấp thời gian chính xác theo chuẩn tuyệt đối mà con người sử dụng hàng ngày Trong sơ đồ mạch, RTC đảm nhiệm vai trò cấp phát thời gian chính xác cho vi điều khiển xử lý, giúp hệ thống đồng bộ thời gian hiệu quả và đáng tin cậy.
- Khối điều khiển: Sử dụng nút bấm Thực hiện chức năng nhập các dữ liệu đưa đến vi điều khiển và bao gồm thao tác thay đổi hiển thị.
- Khối cảm biến âm thanh: Cảm biến âm thanh có chức nặng nhận biết được âm thanh giúp LED nháy theo điệu nhạc.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tìm hiểu về hệ điều hành nhúng thời gian thực FreeRTOS
Hệ điều hành thời gian thực (RTOS) là loại hệ điều hành chuyên dùng cho các hệ thống nhúng, được thiết kế nhằm tối ưu tài nguyên và đảm bảo độ tin cậy cao Các hệ thống nhúng chạy RTOS thường có phần cứng với giới hạn về RAM và ROM, đòi hỏi hệ điều hành phải có phạm vi hoạt động hẹp phù hợp với mục đích ứng dụng để đáp ứng các yêu cầu về thời gian thực Để khai thác tối đa sức mạnh xử lý của CPU, các nhà phát triển phần mềm thường viết mã quan trọng trực tiếp bằng ngôn ngữ máy hoặc sử dụng các ngôn ngữ di động như C để nâng cao hiệu suất, chi phí và khả năng bảo trì của hệ thống.
Trong các hệ điều hành nhúng phổ biến như QNX, PDOS, pSOS, VxWorks, Nucleus, ERCOS, EMERALDS và Windows CE, chúng tôi chọn sử dụng hệ điều hành thời gian thực FreeRTOS cho đồ án môn học của mình FreeRTOS phù hợp cho nghiên cứu và học tập về các kỹ thuật, công nghệ trong phát triển hệ điều hành nói chung và hệ điều hành nhúng thời gian thực nói riêng Ngoài ra, FreeRTOS còn hỗ trợ dễ dàng trong việc mở rộng hệ thống, như bổ sung mô-đun, trình điều khiển, hay chuyển đổi môi trường thực hiện, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình phát triển và tùy biến hệ điều hành nhúng.