Hiện nay các kit phát triển FPGA/CPLD của các hãng Altera và Xilinx đang được sử dụng làm các giáo vụ trực quan trong giảng dạy đồng thời cũng là các thiết bị không thể thiếu trong việc
Trang 1NGUYỄN QUỐC BẢO
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KIT PHÁT TRIỂN PHỤC
VỤ CHO ĐÀO TẠO NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Hà Nội – 2016
Trang 2NGUYỄN QUỐC BẢO
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KIT PHÁT TRIỂN PHỤC
VỤ CHO ĐÀO TẠO NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Hoàng Dũng
Hà Nội – 2016
Trang 3CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Quốc Bảo
Đề tài luận văn: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo kit phát triển phục
vụ cho đào tạo ngành điện tử viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số SV: CB140231
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 22/4/2016 với các nội dung sau:
(Không có các nội dung cần sửa chữa, bổ sung)
Ngày tháng 5 năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
PGS.TS Nguyễn Tiến Dũng
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Hoàng Dũng
Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình
Học viên
Nguyễn Quốc Bảo
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT iv
DANH SÁCH BẢNG BIỂU v
DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 4
1.1 Giới thiệu chung về các kit phát triển trên thế giới và Việt Nam 4
1.2 Lựa chọn đề xuất và giải pháp xây dựng kit phát triển 7
1.3 Quy trình chế tạo kit phát triển 8
1.3.1 Yêu cầu thiết kế 8
1.3.2 Thiết kế hệ thống 9
1.3.3 Thiết kế chức năng 9
1.3.4 Thiết kế nguyên lý và mô phỏng 9
1.3.5 Thiết kế mạch in 10
1.3.6 Chế tạo kit 10
1.3.7 Đo đạc, kiểm tra và đánh giá 10
1.4 Quy trình xây dựng các bài thực hành 11
1.4.1 Xây dựng yêu cầu các bài thực hành 12
1.4.2 Tổng hợp các mạch điện điển hình của các bài thực hành 12
1.4.3 Xây dựng các bước thực hiện cho từng mạch điện 12
1.4.4 Nạp tệp (file) cấu hình xuống kit 13
1.4.5 Đánh giá, so sánh thực tế trên kit với lý thuyết 13
1.5 Tổng kết 13
CHƯƠNG 2: CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CỦA KIT PHÁT TRIỂN 14
2.1 Các khối chức năng của kit phát triển 14
2.2 Khối hiển thị 15
2.2.1 LED đơn 15
2.2.2 LED 7 thanh 16
2.2.3 LED Matrix 21
2.2.4 Text LCD 20x4 25
Trang 62.3 Khối nhập dữ liệu 33
2.3.1 Button, KeyPad và Switch 33
2.3.2 PS/2 37
2.4 Truyền thông không đồng bộ UART 43
2.4.1 Giao tiếp máy tính thông qua USB 45
2.4.2 Giao tiếp Module SIM 900A 45
2.5 Truyền thông đồng bộ I2C 46
2.5.1 Giao tiếp module thời gian thực RTC 48
2.5.2 Giao tiếp EEPROM 49
2.5.3 Khối SD Card 50
2.5.4 Khối giao tiếp mạng LAN 50
2.5.5 Khối VGA 51
2.6 Tổng kết 53
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ VÀ THẢO LUẬN 54
3.1 Thiết kế, chế tạo kit 54
3.1.1 Yêu cầu thiết kế 54
3.1.2 Thiết kế hệ thống 54
3.1.3 Thiết kế chức năng 55
3.1.4 Thiết kế nguyên lý và mô phỏng 55
3.1.6 Chế tạo kit 70
3.1.7 Đo đạc, kiểm tra và đánh giá 72
3.2 Xây dựng các bài thực hành 72
3.2.1 Các bài thực hành cho chip FPGA EP2C5T144C8 72
3.2.2 Các bài thực hành cho chip AVR Atmega128 73
3.3 Đánh giá kết quả 75
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
Trang 7DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
PLA Programmable Logic Array
PAL Programable Array Logic
SRAM Static Random Access Memory
CPLD Complex Programble Logic Device FPGA Field Programable Gate Array
VHDL VHSIC Hardware Description Language EEPROM Electrically Erasable Programmable ROM HDL Hardware Description Language
RTL Register Transfer Level
SPLD Simple Programmable Logic Device
Trang 8DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Bảng so sánh giữa chế tạo thủ công và chế tạo chuyên nghiệp 10
Bảng 2-2: Gán chân LED đơn 16
Bảng 2-3: Gán chân LED 7 thanh 4 18
Bảng 2-4: Tín hiệu điều khiển hiển thị cho LED 7 thanh 19
Bảng 2-5: Giải mã LED 7 thanh Anode chung 20
Bảng 2-6: Gán chân LED Matrix 22
Bảng 2-7: Giải mã LED Matrix 24
Bảng 2-8: Gán chân LCD 26
Bảng 2-9: Sơ đồ chức năng từng chân text LCD 27
Bảng 2-10: Tập lệnh LCD 29
Bảng 2-11: Function Set 30
Bảng 2-12: Display Control 31
Bảng 2-13: Entry Mode Set 31
Bảng 2-14: Write to CGRAM or DDRAM 33
Bảng 2-15: Gán chân KeyPad Switch 34
Bảng 2-16: Gán chân PS/2 38
Bảng 2-17: Keyboard scancode set 2 40
Bảng 2-18: Trạng thái bus giao thức PS/2 41
Bảng 2-19: Baud rate 44
Bảng 2-20: Gán chân USB 45
Bảng 2-21: Gán chân Module Sim 46
Bảng 2-22: Gán chân RTC 49
Bảng 2-23: Gán chân EEPROM 49
Bảng 2-24: Gán chân SD Card 50
Bảng 2-25: Gán chân LAN 51
Bảng 2-26: Gán chân VGA 52
Trang 9DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1-1: Kit Xilinx Spartan-3 FPGA Starter Kit Board 5
Hình 1-2: Kit Altera Cyclone III FPGA Starter Kit 5
Hình 1-3: Altera DE1 - Development and Education Board 6
Hình 1-4: Altera DE2 - Development and Education Board 6
Hình 1-5: Kit phát triển và giáo dục DE-SG8V1 7
Hình 1-6: Quy trình chế tạo kit phát triển 8
Hình 1-7: Quy trình xây dựng các bài thực hành 11
Hình 2-8: Sơ đồ khối kit phát triển 14
Hình 2-9: Sơ đồ khối LED đơn 15
Hình 2-10: Sơ đồ khối LED 7 thanh 4 17
Hình 2-11: Sơ đồ cấu tạo LED 7 thanh đơn 18
Hình 2-12: Sơ đồ cấu tạo LED 7 thanh 4 19
Hình 2-13: Kết quả hiển thị LED 7 thanh 4 20
Hình 2-14: Sơ đồ khối LED Matrix 21
Hình 2-15: Sơ đồ cấu tạo LED Matrix 8x8 23
Hình 2-16: Kết quả hiển thị thị LED Matrix 8x8 24
Hình 2-17: Sơ đồ khối LCD 25
Hình 2-18: Hình ảnh LCD 20x4 26
Hình 2-19: Sơ đồ trình tự giao tiếp Text LCD 30
Hình 2-20: Sơ đồ khối Button, Keypad và Switch 33
Hình 2-21: Sơ đồ cấu tạo bàn phím KEYPAD 34
Hình 2-22: Sơ đồ khối PS/2 38
Hình 2-23: Sơ đồ cấu tạo PS/2 38
Hình 2-24: Khung truyền dữ liệu từ device đến host 42
Hình 2-25: Khung truyền dữ liệu từ host đến device 43
Hình 2-26: Định dạng khung truyền UART 44
Hình 2-27: Sơ đồ khối USB 45
Hình 2-28: Sơ đồ khối SIM 900A 46
Trang 10Hình 2-29: Start and Stop condition 47
Hình 2-30: Sơ đồ khối RTC 48
Hình 2-31: Sơ đồ khối EEPROM 49
Hình 2-32: Sơ đồ khối SD Card 50
Hình 2-33: Sơ đồ khối giao tiếp mạng LAN 50
Hình 2-34: Sơ đồ khối VGA 51
Hình 2-35: Giản đồ thời gian chu kỳ quét dòng 52
Hình 2-36: Giản đồ thời gian chu kỳ quét mành 53
Hình 3-37: Sơ đồ khối hệ thống 54
Hình 3-38: Sơ đồ nguyên lí hệ thống 56
Hình 3-39: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 57
Hình 3-40: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển rơ le 57
Hình 3-41: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển loa báo 58
Hình 3-42: Sơ đồ nguyên lý khối LED 7 thanh 58
Hình 3-43: Sơ đồ nguyên lý khối LCD 20x4 59
Hình 3-44: Sơ đồ nguyên lý khối LED đơn 59
Hình 3-45: Sơ đồ nguyên lý khối LED ma trận 8x8 60
Hình 3-46: Sơ đồ nguyên lý khối VGA 60
Hình 3-47: Sơ đồ nguyên lý khối PS/2 61
Hình 3-48: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp I2C sử dụng EEPROM 61
Hình 3-49: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp thẻ nhớ micro SD 61
Hình 3-50: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp mạng LAN 62
Hình 3-51: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp GSM/GPRS 62
Hình 3-52: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp USB – UART 63
Hình 3-53: Sơ đồ nguyên lý khối tạo xung vuông và ADC 63
Hình 3-54: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động cơ DC 64
Hình 3-55: Sơ đồ nguyên lý khối bàn phím ma trận và công tắc gạt 64
Hình 3-56: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp đồng hồ thời gian thực 65
Hình 3-57: Sơ đồ nguyên lý khối chuyển mạch nạp chương trình 65
Trang 11Hình 3-58: Sơ đồ nguyên lý khối mạch nạp PIC – AVR 66
Hình 3-59: Sơ đồ nguyên lý khối mạch nạp FPGA 66
Hình 3-60: Sơ đồ nguyên lý khối mạch nạp ARM 67
Hình 3-61: Sơ đồ nguyên lý khối mở rộng I/O 67
Hình 3-62: Sơ đồ nguyên lý khối socket nhân chip 68
Hình 3-63: Sơ đồ nguyên lý nhân chip AVR 68
Hình 3-64: Sơ đồ nguyên lý nhân chip ARM 69
Hình 3-65: Sơ đồ nguyên lý nhân chip FPGA cyclone II 69
Hình 3-66: Sơ đồ layout toàn hệ thống 70
Hình 3-67: Sơ đồ chức năng các khối 71
Hình 3-68: Thành phẩm hoàn chỉnh 71
Hình 3-69: Vali đựng kit 72
Trang 12
MỞ ĐẦU
Ngày nay khái niệm SoC (System on Chip) đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật điện tử Trong thực tế có rất nhiều các dòng chip thuộc các hãng khác nhau có thể dùng để lập trình điều khiển Các hãng này đều xây dựng các kit phát triển cho các dòng chip riêng biệt phục vụ cho việc nghiên cứu, đào tạo Muốn tìm hiểu và làm chủ các tính năng của các dòng, loại chip một các khoa học và hiệu quả thì người nghiên cứu phải tiếp cận và làm quen với tất cả các loại, dòng kit đó Việc làm này gây khó khăn trong nghiên cứu, học tập và tốn kém về thời gian, tiền bạc
Hiện nay các kit phát triển FPGA/CPLD của các hãng Altera và Xilinx đang được sử dụng làm các giáo vụ trực quan trong giảng dạy đồng thời cũng là các thiết
bị không thể thiếu trong việc thực hành các môn học như Lập trình vi mạch, Thiết
kế hệ thống số, Điện tử số, Thiết kế hệ thống nhúng Tuy nhiên chi phí để sử dụng một kit phát triển của hãng Altera hay hãng Xillinx bao gồm cả chi phí cho các thủ tục vận chuyển về Việt Nam còn khá cao Bài toán đầu tư xây dựng phòng thí nghiệm với số lượng lớn kit phát triển sẽ gặp khó khăn và chiếm một khoản kinh
phí không hề nhỏ
Công nghệ FPGA (Field Programable Gate Array) không những có thể rút ngắn thời gian so với khi thực hiện bằng công nghệ ASIC (Application Specific Integrated Circuit) mà còn giảm chi phí nghiên cứu tối đa do quá trình kiểm tra thiết
kế không những được thực hiện bằng các phần mềm mô phỏng mà giờ đây còn có thể chạy trên các chip thực trong môi trường có thể nói là gần với môi trường ASIC thực nhất Bên cạnh đó, khả năng tái cấu hình cũng cho phép việc chỉnh sửa thiết kế cho đến khi đạt yêu cầu mà không tốn quá nhiều kinh phí, nó còn giúp các chức năng của thiết bị có thể được thay đổi nhanh chóng
Đề tài luận văn tập trung vào nghiên cứu, thiết kế và chế tạo kit phát triển phục vụ cho đào tạo có chức năng tương đương với các kit của các hãng sản xuất chuyên nghiệp nhưng với giá thành thấp hơn mang thương hiệu Việt Nam Bên cạnh đó cũng thực hiện xây dựng các bài thí nghiệm và thực hành dựa trên kit phát
Trang 13triển đã chế tạo cho một số môn học như Điện tử số, Kiến trúc máy tính, Kỹ thuật vi
xử lý, Lập trình vi mạch, thiết kế hệ thống nhúng, ghép nối mạng máy tính và thông tin di động phù hợp với sinh viên bậc đại học, học viên bậc cao học Kết quả nghiên cứu sẽ mang lại cho Viện Điện tử - Viễn thông nói riêng, Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung những lợi ích quan trọng như: (1) ứng dụng công nghệ hiện đại để chủ động xây dựng trang thiết bị phục vụ giảng dạy với chi phí thấp, (2) tạo điều kiện cho học viên/sinh viên có nhiều cơ hội được thực hành và tiếp xúc các công nghệ tiên tiến, do đó sẽ nâng cao được chất lượng cho các bài giảng và từ đó nâng cao chất lượng đào tạo, (3) nâng cao hơn nữa vị thế của Đại học Bách khoa Hà Nội trong lĩnh vực Điện tử Viễn thông và (4) phù hợp với định hướng phát triển của nhà trường trong việc nội địa hóa các sản phẩm thí nghiệm thực hành
Chính vì những lý do trên, luận văn thực hiện đề tài nghiên cứu thiết kế kit phát triển đa năng có tính di động cho các phòng thí nghiệm và xây dựng các bài thực hành cho các môn học Điện tử số, Kỹ thuật vi xử lý, thiết kế hệ thống nhúng, thiết kế tổng hợp hệ thống số và IC số
Luận văn được thực hiện dưới sự định hướng và hướng dẫn của TS Nguyễn Hoàng Dũng, cùng phối hợp với nhóm gồm các bạn Nguyễn Thế Trường, Trần Văn Đức và Lương Cẩm Khang - sinh viên Viện Điện tử - Viễn thông, Đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện
Xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô thuộc Viện Điện tử - Viễn thông đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn
Nội dung luận văn “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo kit phát triển phục vụ cho đào tạo ngành điện tử viễn thông” bao gồm:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan
Chương này giới thiệu tổng quan về các kit phát triển trên thế giới và Việt Nam Lựa chọn đề xuất và giải pháp xây dựng kit phát triển cũng như quy trình thiết
kế chế tạo kit phát triển và quy trình xây dựng các bài thực hành
Chương 2: Các khối chức năng của kit phát triển
Trang 14Chương 2 cung cấp cho người đọc chi tiết các khối chức năng cũng như nhiệm
vụ của từng khối, đưa ra các thông số của linh kiện và sơ đồ kết nối chân các linh kiện phục vụ cho quá trình chế tạo kit
Chương 3: Kết quả, đánh giá và thảo luận
Từ quy trình chế tạo ở chương 1 và chi tiết các khối chức năng ở chương 2, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công 01 kit phát triển đa năng Chương này trình bày cụ thể các kết quả đã đạt được, đồng thời cũng đưa ra những đánh giá về kết
quả của quá trình thiết kế chế tạo kit phát triển
Trang 15CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Chương 1 giới thiệu về các dòng kit phát triển của các hãng lớn như Altera, Xilinx, Lab-Volt… đang được sử dụng nhiều trong các phòng thí nghiệm của ngành điện tử viễn thông của các trường đại học trong khối kỹ thuật đồng thời đánh giá về
ưu nhược điểm của các dòng kit này và đưa ra giải pháp thiết kế một kit phát triển
đa năng để khai thác các tính năng của các dòng vi điều khiển phổ biến hiện nay Ngoài ra, chương này cũng nghiên cứu và đưa ra quy trình chế tạo kit phát triển và xây dựng các bài thực hành
1.1 Giới thiệu chung về các kit phát triển trên thế giới và Việt Nam
Thuật ngữ CPLD (Complex Programable Logic Device) và FPGA (Field Programable Gate Array) không còn xa lạ với những người làm kỹ thuật trong lĩnh vực Điện tử - Viễn thông tại Việt Nam Các kit phát triển dựa trên nền tảng các công nghệ trên được sử dụng rộng rãi khắp mọi nơi với nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả các trường đại học có đào tạo về chuyên ngành Điện tử - Viễn thông Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt nam sử dụng chủ yếu các kit phát triển của hãng Altera, Xilinx, Lab-Volt Có thể kể ra các kit phát triển của các hãng hiện nay như sau:
- Các kit phát triển của hãng Xilinx [8]: Spartan family, Artix family, Kintex family…
- Các kit phát triển của hãng Altera [7]: MAX II micro kit, DE0, DE1, DE2, DE3, DE4
Các dòng kit của các hãng được chia thành nhiều chủng loại, từ những loại đơn giản với ít chức năng cho đến những loại rất mạnh với nhiều chức năng khác nhau phù hợp với từng yêu cầu cụ thể
Hình 1-1 và 1-2 là các Starter Kit của Xilinx và Altera Trên hình 1-3 và 1-4 là các kit giáo dục rất mạnh của Altera (DE1, DE2) đã được dùng phổ biến ở nhiều trường đại học trên thế giới
Trang 16Hình 1-1: Kit Xilinx Spartan-3 FPGA Starter Kit Board
Hình 1-2: Kit Altera Cyclone III FPGA Starter Kit
Đặc điểm chung của kit phát triển do các hãng nổi tiếng như Altera hay Xilinx sản xuất là sự thuận tiện trong sử dụng, hiện đại về mặt công nghệ nhưng trở ngại chính là chi phí khá cao nếu chỉ đáp ứng riêng cho nhu cầu học tập của sinh viên (bao gồm cả chi phí mua và chi phí vận chuyển về Việt Nam) Bên cạnh đó, do việc tích hợp nhiều tài nguyên phần cứng vào bên trong hệ thống nên các kit thường
Trang 17được dùng nhiều cho các yêu cầu kỹ thuật ứng dụng cụ thể Ở Việt Nam, rất nhiều trường đại học hoặc cơ sở nghiên cứu sử dụng các kit phát triển của hai hãng này cho các mục tiêu về đào tạo hoặc nghiên cứu khoa học
Hình 1-3: Altera DE1 - Development and Education Board
Hình 1-4: Altera DE2 - Development and Education Board
Trang 18Ở Việt Nam, hiện nay cũng có rất nhiều đơn vị đang thực hiện nghiên cứu, thiết kế, chế tạo kit phát triển phục vụ nhu cầu thực hành cho sinh viên ngành điện
tử viễn thông Một trong số đó là kit phát triển và giáo dục DE-SG8V1 của Trung tâm nghiên cứu và đào tạo thiết kế vi mạch – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ICDREC) Kit phát triển này sử dụng Chip SG8V1 do Việt Nam nghiên cứu
và phát triển
Hình 1-5: Kit phát triển và giáo dục DE-SG8V1
Ưu điểm lớn nhất của các kit phát triển chính là việc sử dụng chúng làm các giáo vụ trực quan trong giảng dạy cũng như là các thiết bị không thể thiếu trong việc thực hành các môn học như Lập trình vi mạch, Thiết kế hệ thống số, Điện tử
số, Thiết kế hệ thống nhúng Tuy nhiên, bên cạnh đó chi phí để mua một kit phát triển của hãng Altera hay hãng Xilinx kèm với chi phí cho các thủ tục vận chuyển
về Việt Nam còn khá cao Bài toán đầu tư xây dựng phòng thí nghiệm với số lượng lớn kit phát triển sẽ gặp khó khăn và chiếm một khoản kinh phí không hề nhỏ
1.2 Lựa chọn đề xuất và giải pháp xây dựng kit phát triển
Để khắc phục và khai thác một cách hiệu quả các loại dòng chip này, nhóm nghiên cứu đã đưa ra ý tưởng thực hiện đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo kit phát triển đa năng có thể đáp ứng được phần lớn các dòng, loại chip có trên thị trường
Trang 19hiện nay như AVR/PIC, ARM, CPLD/FPGA bằng cách thay đổi các nhân khác nhau
Bên cạnh đó nhóm nghiên cứu còn thiết kế các khối chức năng của kit phù hợp cho các môn học như Điện tử số, Kỹ thuật vi xử lý, Thiết kế tổng hợp hệ thống số Hơn thế nữa, nhóm còn xây dựng các tài liệu hướng dẫn sử dụng và tài liệu thí nghiệm bài bản chuyên nghiệp cho từng dòng, loại chip trên kit phát triển đa năng
đó (ARM, AVR, PIC, CPLD, FPGA ) Việc làm này giúp cho người sử dụng có thể nắm bắt được nhanh chóng các tính năng của từng loại chip thao tác trên kit
1.3 Quy trình chế tạo kit phát triển
Quy trình xây dựng kit phát triển phục vụ cho mục đích ứng dụng vào thực hành di động được thể hiện như sau:
Hình 1-6: Quy trình chế tạo kit phát triển
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn mong muốn xây dựng được một quy trình chế tạo chuẩn để có thể ứng dụng vào các mục đích khác nhau nên nhóm nghiên cứu đã
đề xuất một quy trình chế tạo bao gồm có bẩy bước cơ bản như sau: (1) yêu cầu thiết kế, (2) thiết kế hệ thống, (3) thiết kế chức năng, (4) thiết kế nguyên lý và mô phỏng, (5) thiết kế mạch in, (6) chế tạo kit và (7) đo đạc kiểm tra đánh giá Các bước cơ bản này được xây dựng theo một trình tự xác định và có liên quan chặt chẽ với nhau Nội dung cụ thể của từng bước sẽ được đề cập chi tiết trong các phần tiếp theo
1.3.1 Yêu cầu thiết kế
Bước đầu tiên của quy trình chế tạo đó là yêu cầu thiết kế Ngay ở bước đầu tiên này người thiết kế phải hiểu rõ và nắm chắc các nhiệm vụ của thiết kế để từ đó
Trang 20có thể phân tích đánh giá mức độ cụ thể của yêu cầu cũng như lấy đó làm tiền đề để xây dựng sơ đồ khối ở bước tiếp theo
1.3.2 Thiết kế hệ thống
Thiết kế hệ thống là bước thứ hai của quy trình chế tạo Sau khi đã phân tích
rõ các yêu cầu cấp thiết, người thiết kế phải xây dựng được sơ đồ khối của hệ thống Thông qua sơ đồ khối này, toàn bộ bức tranh tổng thể của thiết kế phải được khái quát đầy đủ Các khối được xây dựng dựa trên các tiêu chí như: (1) phải hoàn toàn phù hợp với yêu cầu thiết kế, (2) phân chia theo các chức năng thiết kế hoặc (3) đơn giản chỉ là phân chia nhỏ các yêu cầu phức tạp thành các yêu cầu đơn giản hơn, phù hợp hơn và dễ thiết kế hơn Theo quan điểm của nhóm nghiên cứu thì sự thành công của quy trình thiết kế chính là dựa vào bước xây dựng thiết kế hệ thống này
1.3.3 Thiết kế chức năng
Trong bước này, các khối đã được xây dựng từ bước thiết kế hệ thống sẽ được
đi sâu phân tích cụ thể Mỗi khối đã xây dựng đều có những chức năng riêng biệt Việc phân tích chức năng chính là phân tích các thông số cụ thể của khối đó cũng như nhiệm vụ mà khối đó đảm nhận Ngoài ra sự kết nối trao đổi thông tin của khối
đó với các khối khác lân cận trong hệ thống cũng được đề cập chi tiết trong bước này
1.3.4 Thiết kế nguyên lý và mô phỏng
Bước tiếp theo của quy trình thiết kế đó là bước thiết kế nguyên lý và mô phỏng Ở bước này sơ đồ mạch nguyên lý của các khối cũng như sơ đồ ghép nối toàn mạch sẽ được trình bày thông qua các công cụ vẽ mạch cụ thể như Orcad, Altium Sau khi xây dựng xong và đánh giá tính chính xác của sơ đồ nguyên lý toàn mạch, người thiết kế sẽ tiến hành sử dụng các công cụ mô phỏng để kiểm tra tính đúng đắn của việc xây dựng thiết kế hệ thống và chức năng nhiệm vụ của các khối Nếu người thiết kế thu nhận được các kết quả tốt từ quá trình mô phỏng thì có thể yên tâm chuyển sang bước tiếp theo, ngược lại người thiết kế sẽ phải quay về bước hai để kiểm tra chỉnh sửa và thiết kế lại hệ thống cho hợp lý và logic hơn Do
Trang 21đó nếu người thiết kế không cẩn thận ngay từ những bước đầu khi thiết kế hệ thống
sẽ gây ra mất thời gian, công sức cũng như chi phí sẽ bị tăng lên nhiều
1.3.5 Thiết kế mạch in
Sau khi vượt qua bước thiết kế nguyên lý và mô phỏng, người thiết kế có thể
yên tâm chuyển sang bước thiết kế mạch in Ở bước này toàn bộ sơ đồ mạch nguyên
lý sẽ được chuyển sang sơ đồ mạch in với việc bố trí các linh kiện và đi dây kết nối
hợp lý để mạch trở nên nhỏ gọn, có thẩm mĩ và đặc biệt là tiết kiệm chi phí khi sản
xuất Ở bước này người thiết kế cũng rất cần sự cẩn thận, tỉ mỉ để tránh dẫn đến các
sai sót không mong muốn có thể kéo theo hệ quả của bước tiếp theo
1.3.6 Chế tạo kit
Bước 6 trong quy trình thiết kế là bước chế tạo kit Ở bước này người thiết kế
có thể tự chế tạo kit dưới dạng thủ công để tiết kiệm chi phí Tuy nhiên khi đó chất
lượng của mạch thấp, tính thẩm mĩ không cao, dễ dẫn đến các sai sót gây lỗi Với
những kinh nghiệm đã có, nhóm nghiên cứu đặc biệt quan tâm đề cao tính chuyên
nghiệp trong việc chế tạo kit Mặc dù khi gửi ra các công ty chế tạo mạch, lắp đặt
linh kiện sẽ có chi phí cao nhưng bù lại thì chất lượng và thẩm mĩ của mạch đều đạt
được sự hài lòng và không cần phải chỉnh sửa hay phát sinh những lỗi không mong
muốn Bảng 1 so sánh giữa việc thiết kế thủ công và thiết kế chuyên nghiệp
Chất lượng mạch Thấp Cao
Bảng 1-1: Bảng so sánh giữa chế tạo thủ công và chế tạo chuyên nghiệp
1.3.7 Đo đạc, kiểm tra và đánh giá
Bước cuối cùng của quy trình thiết kế là đo đạc, kiểm tra và đánh giá Đây
cũng là một trong những bước rất quan trọng của quy trình thiết kế Toàn bộ chức
Trang 22năng nhiệm vụ của các khối sẽ được kiểm tra, thực hiện trên kit trong bước này Người thiết kế có thể sử dụng các thiết bị đo lường, các thiết bị nạp chương trình để thực hiện bước này Trong trường hợp khi phát hiện ra các khối của hệ thống không làm việc đúng chức năng đã được thiết kế thì lập tức người thiết kế lại phải quay trở
về bước 3 để thiết kế lại Việc làm này cũng sẽ ảnh hưởng lớn tới chi phí và thời gian thiết kế
Như vậy, phần này đã trình bày toàn bộ nội dung quy trình thiết kế bao gồm 7 bước cơ bản Các bước thiết kế đều có tầm quan trọng nhất định Tuy nhiên để tránh việc phải thiết kế lại thì người thiết kế cần phải thật cẩn thận, tỉ mỉ, phân tích rõ ràng các yêu cầu để việc thực hiện từng bước sẽ an toàn và chính xác
1.4 Quy trình xây dựng các bài thực hành
Sau khi xây dựng xong quy trình thiết kế kit phát triển đa năng cho nhiều môn học liên quan, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu và đưa ra quy trình xây dựng các bài thực hành
Hình 1-7: Quy trình xây dựng các bài thực hành
Hình 1-7 chỉ ra quy trình xây dựng các bài thực hành Quy trình này được chia
ra thành các bước bao gồm: (1) xây dựng yêu cầu các bài thực hành, (2) tổng hợp các mạch điện điển hình của các bài, (3) xây dựng các bước thực hiện cho từng mạch, (4) nạp tệp (file) cấu hình xuống kit và (5) đánh giá so sánh thực tế trên kit và trên lý thuyết
Trang 231.4.1 Xây dựng yêu cầu các bài thực hành
Để xây dựng được các yêu cầu cho các bài thực hành cần dựa trên đề cương và tài liệu tham khảo của từng môn học cụ thể Tùy vào mỗi môn học sẽ đưa ra các yêu cầu phù hợp, bám sát theo nội dung chương trình môn học lý thuyết Ngoài ra các bài thực hành được xây dựng theo một cấu trúc chặt chẽ từ dễ đến khó, từ cơ bản đến nâng cao Do đó học viên/sinh viên có thể tiếp cận các bài thực hành một cách
dễ dàng, hứng thú và quan trọng nhất là hiểu sâu được lý thuyết thông qua các bài thực hành này
1.4.2 Tổng hợp các mạch điện điển hình của các bài thực hành
Sau khi phân tích đề cương và tài liệu tham khảo môn học để đưa ra được các yêu cầu sẽ chuyển sang bước tiếp theo Ở bước này toàn bộ các yêu cầu sẽ được chuyển sang thành các mạch điện điển hình để tổng hợp Trước khi hiện thực ở trên kit phát triển thì học viên/sinh viên phải hiểu rõ cấu trúc, sơ đồ nguyên lý mạch điện của bài thí nghiệm cần thực hiện Bước tổng hợp này chính là bản lề cho cho việc chuyển sang xây dựng, thực hiện các mạch điện bằng các ngôn ngữ lập trình tương ứng
1.4.3 Xây dựng các bước thực hiện cho từng mạch điện
Bước ba trong quy trình xây dựng các bài thực hành chính là xây dựng các bước thực hiện cho từng mạch điện Ở bước này học viên/sinh viên phải cân nhắc chia mạch điện ra thành các module chính hoặc phụ Sau đó học viên/sinh viên phải thiết kế lựa chọn chương trình thực hiện Tùy thuộc vào bài thí nghiệm của môn học
cụ thể mà người thực hiện sẽ biết phải sử dụng chương trình, công cụ nào việc lập trình Ví dụ như thực hành cho các môn học Điện tử số, lập trình vi mạch thì học viên/sinh viên sẽ sử dụng ngôn ngữ Verilog, VHDL thông qua công cụ ISE của hãng Xilinx hay Quartus II của hãng Altera Nếu thực hành cho các môn học kỹ thuật vi xử lý, cấu trúc máy tính, hệ thống nhúng thì học viên/sinh viên sẽ sử dụng ngôn ngữ lập trình C, Assembly thông qua công cụ Code Vision, Keil C
Trang 241.4.4 Nạp tệp (file) cấu hình xuống kit
Sau khi đã thực hiện bước ba chuyển đổi mạch điện cần thực hiện bằng các ngôn ngữ lập trình tương ứng thì học viên/sinh viên sẽ chuyển sang bước thứ tư - nạp tệp (file) cấu hình xuống kit Để thành công ở bước này thì toàn bộ phần code (chương trình) được viết phải đảm bảo chính xác cả về cú pháp lẫn tính logic của yêu cầu Sau đó sẽ sử dụng trình biên dịch có ngay trong các công cụ để biên dịch phần code đã viết ra thành các tệp (file) hexa để nạp xuống các kit thông qua các cáp kết nối giữa máy tinh và kit theo các chuẩn định sẵn
1.4.5 Đánh giá, so sánh thực tế trên kit với lý thuyết
Sau khi đã nạp tệp (file) hexa xuống kit thì việc còn lại của các học viên/sinh viên là đánh giá và so sánh kết quả thực tế trên kit với các yêu cầu lý thuyết Trong trường hợp kết quả không phù hợp, tương thích thì người thực hiện phải quay trở lại bước ba để kiểm tra xem phần thực hiện code (chương trình) đã chính xác chưa, nếu sai thì phải viết và đánh giá so sánh lại Quá trình lặp đi lặp lại cho đến khi đạt kết quả chính xác cuối cùng
đó hoàn thiện quá trình chế tạo kit
Trang 25CHƯƠNG 2: CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CỦA KIT PHÁT TRIỂN
Chương này đưa ra sơ đồ các khối chức năng của kit phát triển đồng thời phân tích chức năng cũng như nguyên lý hoạt động, điều khiển của từng khối
2.1 Các khối chức năng của kit phát triển
Sơ đồ khối của kit phát triển được thể hiện trên hình 2-8 "Bộ não" của kit phát triển chính là khối xử lý trung tâm FPGA/CPLD, ARM CORTEX M3 Tùy vào từng ứng dụng hay bài thực hành cụ thể mà người thiết kế có thể lựa chọn giữa FPGA/CPLD hay ARM CORTEX M3 để thực hiện Việc lựa chọn thay đổi này được thực hiện một cách nhanh gọn do khi thiết kế chế tạo nhóm nghiên cứu đã xây dựng các mạch chuyển đổi chân tín hiệu giữa các IC điều khiển để có thể gắn vào kit phát triển dễ dàng thông qua các socket chân cắm
Hình 2-8: Sơ đồ khối kit phát triển
Được bố trí xung quanh khối xử lý trung tâm là các khối giao tiếp ngoại vi Các khối này có nhiệm vụ chính là nhập/xuất dữ liệu cho khối xử lý trung tâm để xử
lý và được chia thành hai loại chính là các khối ngoại vi có chức năng cơ bản và các khối ngoại vi có chức năng nâng cao Ngoài các khối ngoại vi chính, kit phát triển còn tích hợp khối điều khiển động cơ DC, encoder, PWM và rơ le giúp cho học viên/sinh viên thực hành các bài tập về lập trình điều khiển các thiết bị dân dụng hàng ngày Tất cả các khối trong kit phát triển đều được cung cấp điện áp và dòng điện với các giá trị cụ thể thông qua khối nguồn
Trang 26Các khối ngoại vi cơ bản bao gồm các khối nhập dữ liệu vào như bàn phím, công tắc logic và các khối xuất dữ liệu ra (khối hiển thị) như LED 7 thanh, LED ma trận hay LCD Tất cả các khối ngoại vi đơn giản này đủ giúp cho sinh viên thực hiện các bài thực hành như Kỹ thuật số, Kỹ thuật vi xử lý, Kiến trúc máy tính, thiết
kế hệ nhúng hay lập trình vi mạch
Các khối ngoại vi nâng cao như khối giao tiếp máy tính USB/RS232, khối giao tiếp mạng LAN và khối giao tiếp mạng GPRS Các khối này phục vụ cho sinh viên trong các môn học như ghép nối mạng máy tính, thông tin di động Ngoài ra các khối giao tiếp mạng LAN hay giao tiếp mạng GPRS có thể giúp cho các học viên có thể từ xa thực hành các bài thực hành của các môn học thông qua kit phát triển
Phần tiếp theo sẽ giới thiệu chi tiết một số thành phần cơ bản trong các khối ngoại vi của kit phát triển
2.2 Khối hiển thị
Khối hiển thị nhằm tạo sự khởi đầu thuận lợi cho người mới học, giúp các bạn học biến những tín hiệu từ không nhìn thấy chuyển sang dạng tín hiệu có thể quan sát được bằng mắt thường Khối hiển thị bao gồm hiển thị 8 LED đơn, hiển thị LED
7 thanh, hiển thị LED ma trận và hiển thị trên màn hình LCD 2004
Trang 27Cho phép điều khiển hiển thị tín hiệu tại đầu ra 1 cách đơn giản
Khối gồm 8 LED đơn, mỗi LED được mắc nối tiếp với 1 điện trở 470 ohm, giúp định thiên dòng điện cho LED tạo độ sáng vừa phải tăng tuổi thọ cho việc sử dụng
Ghép nối LED đơn:
Vị trí LED được tính từ trái sang phải Bên trái ngoài cùng là LED0, bên phải ngoài cùng là LED7
Bảng 2-2: Gán chân LED đơn
Nguyên lý điều khiển:
Mạch được mắc Anot chung (chung nguồn: 3.3V) Để đèn LED sáng cần cấp mức logic “0” (0V) trên các chân LED0 – LED7 ngược lại để LED tắt đặt mức logic “1” (3.3V)
Trang 28Ghép nối LED 7 thanh:
Trang 29Tên tín hiệu Chân FPGA Chân AVR Mô tả tính năng
Bảng 2-3: Gán chân LED 7 thanh 4
Nguyên lý điều khiển:
Để có thể điều khiển LED 7 thanh 4, đầu tiên cần biết về cấu tạo và cách điều khiển LED 7 thanh đơn (LED 7 thanh 1)
Cấu tạo LED 7 thanh đơn:
Hình 2-11: Sơ đồ cấu tạo LED 7 thanh đơn Hình bên trái là ảnh 1 LED 7 thanh giống với bên ngoài thị trường
Hình bên phải là cấu tạo bên trong của LED 7 thanh
Thực chất LED 7 thanh được cấu tạo từ 7 LED đơn và được điều khiển bởi các chân A, B, C, D, E, F, G và 1 LED nằm bên cạnh là LED thứ 8 cho phép điều khiển dấu chấm (dp) Có 2 loại LED 7 thanh đó là LED 7 thanh anode chung và LED 7 thanh cathode chung Hình bên tay phải phía trên cathode chung (toàn bộ cực cathode được nối chung trên 1 đường dây và ký hiệu tên đường dây là CC), còn lại hình phía dưới là anode chung (cực anode của LED được nối với nhau ký hiệu CA) Trong KIT phát triển đa năng BKFET sử dụng LED 7 thanh Anode chung nên
ở đây chỉ trình bày về loại này
Phương pháp điều khiển LED 7 thanh đơn
Trang 30LED Anode chung (chung VCC: “3.3V”) Như đã nói phía trên để điều khiển hiển thị chúng ta sẽ điều khiển tín hiệu trên các chân A, B, C, D, E, F, G, dp
Ví dụ hiển thị số 1 lên LED 7 thanh:
Cấp nguồn (mức logic "1”) tại chân CA trên LED 7 thanh
Điều khiển các tín hiệu trên các chân A, B, C,…, G, dp
A B C D E F G dp
1 0 0 1 1 1 1 1
Bảng 2-4: Tín hiệu điều khiển hiển thị cho LED 7 thanh Hàng 1 cho biết tên chân điều khiển
Hàng 2 mức tín hiệu đặt tại chân đó (“1”: 3.3V, “0”: 0V)
Cấu tạo LED 7 thanh 4:
Hình 2-12: Sơ đồ cấu tạo LED 7 thanh 4
Quan sát cấu tạo trên ta thấy LED 7 thanh 4 được đấu chung các cực Anode và chúng được chia làm 4 khối tương ứng với 4 con LED, các cực Cathode của các thanh được đấu chung với nhau: A - A, B – B DP - DP
Phương pháp điều khiển
Yêu cầu hiển thị 4 số khác nhau: 1, 2, 3, 4 lên LED 7 thanh 4
Trang 31Hình 2-13: Kết quả hiển thị LED 7 thanh 4
Lập bảng giải mã cho nội dung cần hiển thị
Tín hiệu LED 7 thanh
Dựa vào thuật toán quét LED và hiện tượng lưu ảnh của mắt người: quan sát vào cấu tạo bên trên nếu như ta tại 1 thời điểm cấp mức logic “1” trên
4 chân Digit 1 (12), Digit 2 (9), Digit 3 (8), Digit 4 (6) và cấp dữ liệu vào các chân A, B, C DP như bảng giải mã trên thì chúng ta sẽ thu được kết quả là cả 4 LED cùng hiển thị 1 nội dung, vậy là không đúng với yêu cầu của đề bài Khi chúng ta quan sát 1 vật mắt chúng ta sẽ lưu giữ hình ảnh của nó trong 1 khoảng thời gian rất ngắn (20ms) dựa vào đó nếu 1 vật có
Trang 32thời gian xuất hiện và biến mất tại 1 vị trí trong khoảng thời gian ngắn hơn 20ms thì ta sẽ nhận thấy vật chưa từng biến mất
Cách thực hiện
- Định nghĩa tên gọi:
o LED1 = Digit 1, LED2 = Digit 2
o LED3 = Digit 3, LED4 = Digit 4
o Data = Dp, G, F, E, D, C, B, A (Data: PORT 8 bit ghép nối với các chân dữ liệu A, B, C, D, E, F, G, Dp)
Với khối câu lệnh đầu tiên chỉ cho phép cấp nguồn cho LED1 vì vậy khi đưa giá trị giả mã vào các thanh A, B, C Dp thì chỉ có LED1 hiển thị nội dung thông tin trong trường hợp này là Số 1 Tương tự sau khi thực hiện các câu lệnh còn lại thì mỗi LED sẽ được hiển thị 1 số khác nhau Cuối cùng ta cho phép cả đoạn chương trình được lặp đi lặp lại thì sẽ hiển thị được số 1234
2.2.3 LED Matrix
Sơ đồ khối:
Hình 2-14: Sơ đồ khối LED Matrix
Trang 33LED Matrix được ứng dụng phổ biến trên thị trường có khả năng hiển thị nội dung mang thông tin văn bản, hình ảnh được dùng nhiều trong lĩnh vực hiển thị như các biển quảng cáo, hiển thị thay thế LCD text, LCD graphic hoặc thậm chí là hiển thị Video
Khối mạch bao gồm:
1 LED Matrix 8x8
8 Điện trở định thiên dòng cho LED
8 Điện trở định cho thiên dòng cực B của Tranzitor
8 Tranzior npn
Ghép nối LED Matrix:
Cot3 PIN_99 PA4 C4 Cot4 PIN_97 PA5 C5 Cot5 PIN_96 PA6 C6 Cot6 PIN_94 PA7 C7 Cot7 PIN_93 PA8 C8
Bảng 2-6: Gán chân LED Matrix
Trang 34Nguyên lý điều khiển:
Cấu tạo LED matrix 8x8:
Hình 2-15: Sơ đồ cấu tạo LED Matrix 8x8
LED Matrix 8x8 được cấu tạo từ 64 Led đơn được bố trí thành dạng ma trận hình vuông Để giảm số lượng các đường điều khiển trong Ma trận Led thì các Led được nối chung với nhau theo hàng và cột Số lượng Led trong Ma trận led là số hàng nhân với số cột trong khi các chân điều khiển chỉ bằng số hàng + số cột
Phương pháp điều khiển:
Từ sơ đồ cấu tạo cho thấy các chân của các cột và các hàng được nối chung với nhau ta có thể nhận thấy LED Matrix giống LED 7 thanh 4 như đã đề cập phía trên do vậy chúng cũng có cùng nguyên lý điều khiển
Để điều khiển LED Matrix có 2 phương pháp được sử dụng quét theo hàng hay quét theo cột
Thực hiện hiển thị chữ cái ‘A’ lên LED Matrix 8x8
Trang 35Hình 2-16: Kết quả hiển thị thị LED Matrix 8x8
Bảng giải mã cho nội dung cần hiển thị:
Cột 7 Cột 6 Cột 5 Cột 4 Cột 3 Cột 2 Cột 1 Cột 0 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 1 Hexa
Như đã để cập phía trên phương pháp điều khiển LED Matrix giống LED 7
thanh 4 Quan sát vào hàng đầu tiên của LED Matrix cần hiển thị chữ “A” ta thấy
các LED đều tắt vì vậy data trong trường hợp này sẽ bằng 0xFF tương đương với tất
cả tín hiệu điều khiển trên cột = “1”, hàng thứ 2 LED C3, C4 sáng (“0”) vậy để thực
hiện chúng ta cho R1 = “1”; C3, C4 = “0”; C còn lại = “1” (data = 0xE7) Tương tự
như vậy cho các trường hợp còn lại
Trang 36số trong bảng mã ASCII Khác với các loại LCD lớn, text LCD được chia sẵn các ô
và mỗi ô chỉ có thể hiển thị 1 ký tự trong mã ASCII Vì lý do chỉ hiển thị được mã ASCII nên nó được gọi là text LCD để phân biệt với graphic LCD có khả năng hiển thị hình ảnh Mỗi ô của text bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp ẩn và hiện các chấm này sẽ tạp thành 1 ký tự cần hiển thị Kích thước của text được định nghĩa bằng số ký tự được hiển thị trên 1 dòng và tổng số dòng mà LCD có LCD 20x4 là loại có 4 dòng và tối đa 20 ký tự trên 1 dòng
Trang 37Tên tín hiệu Chân FPGA Chân AVR Mô tả tính năng
Text LCD được điều khiển bởi chip HD44780U của hãng Hitachi, HD44780U được coi là chuẩn chung cho các loại Text LCD
HD44780U là bộ điều khiển cho các Text LCD theo dạng Ma trận điểm ảnh, chip này có có thể dùng cho các LCD có 1 hoặc 2 dòng HD44780U có 2 mode giao
Trang 38tiếp là 4 bit và 8 bit Nó chứa sẵn 208 ký tự có font 5x8 và 32 ký tự có kích thước
đến bộ điều khiển và 2 chân cho đèn LED nền số thứ tự 15, 16
Điều khiển hiển thị Text LCD:
Các chân điều khiển việc đọc và ghi LCD bao gồm: RS, R/W, E
Trang 39- RS (Register Select): chân lựa chọn thanh ghi, lựa chọn 1 trong 2 thanh ghi
IR hay DR RS = “0” thanh ghi IR được chọn, RS= “1” thanh ghi DR được chọn
IR là thanh ghi chứa mã lệnh cho LCD, vì vậy để gửi 1 mã lệnh đến LCD chúng ta thiêt lập chân RS = “0”
DR cho phép ghi ký tự mã ASCII cần hiển thị lên màn hình, để sử dụng thanh ghi này ta thiết lập chân RS = “1”
- R/W (Read or Write): chân cho phép lựa chọn giữa việc đọc và ghi
R/W = “1” dữ liệu được đọc từ LCD ra ngoài Nội dung đọc bao gồm cờ báo bận BF và địa chỉ của thanh ghi DDRAM
R/W = “0” dữ liệu sẽ được ghi từ bộ điều khiển ngoài vào LCD
- E (Enable): chân cho phép LCD hoạt động Để đọc hoặc ghi dữ liệu chúng ta cần tạo 1 xung cạnh xuống trên chân E
Trang 40Lệnh RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Thời gian
xử lý lệnh address
Mode giao tiếp 4 bit, 8 bit:
Mode 8 bit: là mode yêu cầu kết nối cả 8 chân dữ liệu D0-D7, ưu điểm của mode là dữ liệu được ghi và đọc 1 cách nhanh và đơn giản, nhược điểm tốn kém số lượng chân điều khiển Mặc định LCD khi cấp nguồn làm việc ở mode 8 bit
Mode 4 bit: là mode chỉ kết nối chân D4-D7, ưu điểm tiết kiệm được số lượng chân điều khiển, nhược điểm: việc đọc ghi khó khăn hơn mode 8 bit, thời gian để ghi hoặc đọc 1 câu lệnh chậm hơn Để sử dụng mode 4 bit cần set bit D5 = “1” các bit còn lại = “0” trong 1 khoảng thời gian ngắn ở chế độ ghi lệnh
Trình tự giao tiếp LCD:
Để sử dụng được LCD chúng ta cần khởi động nó thông qua 3 câu lệnh Function set, Display control và Entry mode set Quá trình khởi động chỉ cần thực