THIẾT kế bộ VI xử lý SOCP (SYSTEM ON CHIP PROCESSOR) TRÊN nền FPGA (có code)

THIẾT kế bộ VI xử lý SOCP (SYSTEM ON CHIP PROCESSOR) TRÊN nền FPGA (có code) THIẾT kế bộ VI xử lý SOCP (SYSTEM ON CHIP PROCESSOR) TRÊN nền FPGA (có code) THIẾT kế bộ VI xử lý SOCP (SYSTEM ON CHIP PROCESSOR) TRÊN nền FPGA (có code) THIẾT kế bộ VI xử lý SOCP (SYSTEM ON CHIP PROCESSOR) TRÊN nền FPGA (có code) THIẾT kế bộ VI xử lý SOCP (SYSTEM ON CHIP PROCESSOR) TRÊN nền FPGA (có code)

THIẾT KẾ BỘ VI XỬ LÝ SOCP (SYSTEM-ON-CHIP PROCESSOR)

TRÊN NỀN FPGA

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VIII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.2 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN 1

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 2

2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ FPGA 2

2.1.1 Cấu trúc của một FPGA 3

2.1.2 Phân loại FPGA 4

2.1.3 Các đặc tính của công nghệ lập trình 6

2.1.4 So sánh FPGA với các công nghệ khác 8

2.2 MÔ HÌNH BỘ VI XỬ LÝ HIỆN ĐẠI 9

2.2.1 Khái niệm về bộ vi xử lý (CPU) 9

2.2.2 Bộ vi xử lý SoCP 10

2.2.3 Các vi xử lý tiên tiến dựa trên kiến trúc INTEL IA-32 1

2.2.4 Các vi xử lí tiên tiến dựa trên kiến trúc INTEL IA-64 4

2.2.5 Các vi xử lí tiên tiến của Sun Microsystems 6

2.3 KHÁI QUÁT VỀ LED 8

2.3.1 Khái niệm LED 8

2.3.2 Cấu tạo 8

2.3.3 Nguyên lý hoạt động 10

2.3.4 Tính chất 10

2.3.5 Ứng dụng 11

2.3.6 LED 7 đoạn 12

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 15

3.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SOCP 17

3.5 CẤU TRÚC SOCP 18

3.6 THIẾT KẾ BỘ VI XỬ LÝ SOCP TRÊN NỀN FPGA 19

3.6.1 Mô hình thiết kế 19

3.6.2 Cách thực hiện 19

CHƯƠNG 4 KẾT QUÀ 42

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 44

5.1 KẾT LUẬN 44

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

HÌNH 2-2: CẤU TRÚC CỦA MỘT FPGA [1] 3

HÌNH 2-3: LOGIC BLOCK [1] 3

HÌNH 2-4: PHÂN LOẠI FPGA [1] 4

HÌNH 2-5: SOC CỦA GALAXY S4 CŨ [4] 11

HÌNH 2-6: MÔ HÌNH SOC TỪ SNAPDRAGON 410 QUALCOMM [4] 11

HÌNH 2-7: MÔ HÌNH SOC BCM5862X TỪ BROADCOM [4] 12

HÌNH 2-8: LED [7] 8

HÌNH 2-9: CẤU TẠO LED [7] 9

HÌNH 2-10: LED 7 ĐOẠN [8] 12

HÌNH 2-11: MÔ HÌNH LED 7 ĐOẠN [8] 12

HÌNH 3-1: SƠ ĐỒ KHỐI 15

HÌNH 3-2: MÔ HÌNH THIẾT KẾ TỔNG QUÁT 15

HÌNH 3-3: MÔ HÌNH SOCP CỔ ĐIỂN 16

HÌNH 3-4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SOCP 17

HÌNH 3-5: CẤU TRÚC SOCP [9] 18

HÌNH 3-6: MÔ HÌNH THIẾT KẾ SOCP TRÊN NỀN FPGA 19

BẢNG 2-2: SO SÁNH FPGA VÀ CPLD [3] 8

BẢNG 2-3: SO SÁNH FPGA VÀ ASIC [3] 9

BÀNG 2-4: ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA SOC 12

BẢNG 2-5: CÁC CHẾ ĐỘ CỦA IA-32 [5] 1

BẢNG 2-6: CÁC TÀI NGUYÊN TẠO NÊN MÔI TRƯỜNG THỰC THI CHƯƠNG TRÌNH [5] 2

BẢNG 2-7: VI XỬ LÝ HỖ TRỢ IA-32 [5] 3

BẢNG 2-8: CÁC CHẾ ĐỘ MỚI CỦA IA-64 [6] 4

BẢNG 2-9: VI XỬ LÝ HỖ TRỢ IA-64 [6] 5

BÀNG 2-10: TÍNH NĂNG CỦA MỘT SỐ VI XỬ LÝ SPRAC [6] 7

BẢNG 2-11: MÃ HIỂN THỊ ANOT CHUNG 13

BÀNG 2-12: MÃ HIỂN THỊ KATOT CHUNG 14

BẢNG 3-1: CÁC HỌ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 21

BẢNG 3-2: DATA SHEET 27

BẢNG 3-3: DATA SHEET 2 28

BẢNG 3-4: CẤU HÌNH CHÂN 37

FPGA Field programmable Gate Array

ADC Analog to Digital Converter

AMBA Advanced Microcontroller Bus ArchitectureASIC Application Specific Integrated Circuit

CLB Configurable Logic Blocks

CPU Central Processing Unit

INTC Interrupt Controller

IOPL I/O Privilege Level

LUT Look-Up Table

SMD LED Surface-Mount Device LED

SoCP System-on-Chip Processor

SPRAC Scalable Processor Architecture

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chung

Thiết kế bộ vi xử lý SOCP (system-on-chip Processor) trên nền FPGA

- Tìm hiểu công nghệ FPGA

- Tìm hiểu mô hình bộ vi xử lý hiện đại

- Sau đó ghép 3 khối lại thành một khối thống nhất

- Cả 3 bộ này sẽ hoạt động như một bộ vi xử lý SOCP trên nền FPGA

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

1.3 Khái quát về công nghệ FPGA

FPGA (“Field programmable Gate Array”, nghĩa là mảng cổng lập trình được dạngtrường, thuộc họ ASIC lập trình được) là 1 chip silicon chứa trong nó rất nhiều

“khối logic” có thể tái cấu hình CLB (Configurable Logic Blocks) được liên kết vớinhau thành bằng các liên kết khả trình (Programmable Interconnect) Các khối vào

ra được phân bố xung quanh chip tạo thành các liên kết với bên ngoài Bên trongkhối logic CLB có bảng LUT (Look-Up Table) và các phần tử nhớ (FlipFlop hoặc

bộ chốt) Bảng LUT với nhiều đầu vào và 1 đầu ra tạo thành 1 mạch logic tổ hợpnhỏ, còn các phần tử nhớ dành cho logic synchronous (đồng bộ) và sequential (tuầntự)

Hình 2-1: LUT (Look-Up Table) [1]

1.1.1 Cấu trúc của một FPGA

Hình 2-2: Cấu trúc của một FPGA [1]

- LUT là khối logic thực hiện bất kì cổng logic nào với ngõ vào là 4 và ngõ ratùy vào mục đích sử dụng.

 Programmable Interconnect

- Khối chuyển mạch được cấu thành từ các đường kết nối theo các phươngngang và đứng

- Các kết nối được nối với nhau thông qua khối chuyển mạch lập trình được vì

nó chứa một lượng nút chuyển lập trình được để có thể liên kết phức tạpđược

 I/O blcok

- Là các phần tử tích hợp sẵn

- Là bộ nhân tốc độ cao

1.1.2 Phân loại FPGA

FPGA có nhiều loại khác nhau có cấu trúc và đặc tính riêng tuỳ theo từng hãng sảnxuất, tuy nhiên chúng có bốn loại chính sau: cấu trúc mảng đối xứng (SymmetricalArray), cấu trúc PLD phân cấp (hierachircal PLD), cấu trúc hàng (Row base) và cấutrúc đa cổng (Sea of Gate) mô tả dưới đây

Hình 2-4: Phân loại FPGA [1]

Về mặt chế tạo, các phần tử lập trình nếu có thể chế tạo theo công nghệCMOS chuẩn là tốt nhất Dưới đây sẽ trình bày chi tiết các công nghệ lậptrình FPGA

kết nối hay tắt (Off) để ngắt kết nối

- Trong các FPGA sử dụng công nghệ lập trình SRAM, các khối logic có thểđược kết hợp với nhau qua cách kết hợp cả bộ dồn kênh (Multiplexer) và

cổng truyền dẫn (pass-gate)

- Vì SRAM là bộ nhớ bay hơi, các FPGA này phải được tái cấu hình mỗi khi

cấp nguồn cho chip

- Điều này có nghĩa là hệ thống sử dụng các chip này phải có một số cơ chếlưu trữ thường trực cho các bit của RAM Cell, chẳng hạn ROM hay đĩa từ.Các bit của RAM Cell có thể được nạp vào FPGA một cách tuần tự hay định

địa chỉ như một phần tử của mảng (theo cách thông thường của một RAM)

- Các chip được thực hiện theo công nghệ SRAM có diện tích khá lớn, bởi vìcần ít nhất 5 transistor cho mỗi RAM Cell cũng như các transistor cần thêmcho cổng truyền dẫn hay bộ dồn kênh Ưu điểm của kỹ thuật này là cho phépFPGA có thể được tái cấu hình ngay trên mạch rất nhanh và nó có thể được

chế tạo bằng công nghệ CMOS chuẩn

 Các thiết bị lập trình cầu chì nghịch (Anti-fuse):

- Công nghệ lập trình anti-fuse được sử dụng trong các FPGA của Actel-Corp,Quick Logic và Cross Point Solution

- Tuy anti-fuse được sử dụng trong các loại FPGA này có cấu tạo khác nhau,

Có thể lậptrình Diện tích chíp

R(Kohm

PLICE Anti-fuse Không Không Anti-fuse nhỏ

Ứng dụng của công nghệ FPGA là thế hệ sau của IC khả trình nên chúng có thể ứngdụng trong hầu hết các ứng dụng hiện nay đang dùng MPGA, PLD và các mạch tíchhợp loại nhỏ (SSI)

- Các mạch tích hợp là ứng dụng đặc biệt FPGA là thiết bị tổng quát nhất đểthực hiện các mạch lôgic số Chúng đặc biệt thích hợp cho các mạch tích hợp

chuyên dụng đặc biệt (ASIC) như bộ cộng, bộ điều khiển logic Flip-Flop

- Thiết kế mạch ngẫu nhiên mạch logic ngẫu nhiên thường được thực hiệnbằng PAL Nếu tốc độ của mạch không đòi hỏi khắt khe (các PAL nhanh hơnhầu hết các FPGA) thì mạch có thể thực hiện bằng FPGA Hiện nay mộtFPGA cần từ 10 đến 20 PAL

- Thay thế các chip SSI cho mạch ngẫu nhiên: các mạch hiện tại trong các sảnphẩm thương mại thường chứa nhiều chíp SSI và ta có thể thay thế bằng

FPGA để giảm diện tích bo mạch

- Giá thành thực hiện thấp và thời gian thiết kế vật lý ngắn, cung cấp các ưuđiểm hơn nhiều so với các phương tiện truyền thống khác để chế tạo mẫuphần cứng Các mẫu ban đầu có thể thực hiện rất nhanh và những thay đổi

sau đó được thực hiện rất nhanh và ít tốn kém

- Một loại máy tính dựa trên FPGA có thể tái lập trình ngay trên FPGA Cácmáy này có một bo mạch chứa các FPGA với các chân nối với các chip lâncận giống như thông thường Ý tưởng là một chương trình phần mềm có thểđược “biên dịch” (sử dụng kỹ thuật tổng hợp mức cao, mức logic và mức sơ

đồ bằng tay) vào ngay phần cứng Phần cứng này sẽ được thực hiện bằngcách lập trình bo mạch FPGA Lợi ích là không cần quá trình lấy lệnh nhưcác bộ xử lý truyền thống vì phần cứng đã gộp cả lệnh nên tốc độ có thể tănglên hàng trăm lần và môi trường tính toán có thể thực hiện song song mức

cao, làm tăng tốc thêm nữa

- Tái cấu hình thành phần trực tiếp FPGA cho phép có thể thay đổi theo mongmuốn cấu trúc của một máy đang hoạt động

1.1.4 So sánh FPGA với các công nghệ khác

 FPGA với CPLD

Bảng 2-2: So sánh FPGA và CPLD [3]

mật độ cell logic lớn vì kích thước các khối logic nhỏ.

grain", nghĩa là mật độ các cell logic rất ít (xét trên cùng diện tích với FPGA) vì kích thước các khối logic lớn

Có nhiều tài nguyên định tuyến đặc biệt để thực hiện các chức năngtoán học như các bộ đếm, bộ cộng, bộ so sánh, v.v…

1.4 Mô hình bộ vi xử lý hiện đại

1.1.5 Khái niệm về bộ vi xử lý (CPU)

- Là các mạch điện tử trong một máy tính, thực hiện các câu lệnh của chươngtrình máy tính bằng cách thực hiện các phép tính số học, logic, so sánh vàcác hoạt động nhập/xuất dữ liệu (I/O) cơ bản do mã lệnh chỉ ra

- Thành phần chủ yếu của CPU bao gồm các bộ phận số học logic (ALU) thựchiện phép tính số học và logic, các thanh ghi lưu các tham số để ALU tínhtoán và lưu trữ các kết quả trả về, và một bộ phận kiểm soát với nhiệm vụ

nạp mã lệnh từ bộ nhớ và "thực hiện" chúng bằng cách chỉ đạo các hoạt độngphối hợp của ALU, các thanh ghi và các thành phần khác.

1.1.6 Bộ vi xử lý SoCP

- Đây là thành phần kết hợp của nhiều thứ như các bộ vi xử lý (CPU), chip xử

lý đồ họa (GPU), RAM và cũng có thể cả ROM, trình điều khiển USB và cáccông nghệ không dây cùng nhiều thứ khác nữa

- Ý tưởng đằng sau SoC là đưa tất cả những thành phần quan trọng của thiết bịvào một diện tích nhỏ trên thiết bị

- Mục tiêu là để giảm kích thước vật lý của chúng trên bo mạch và giúp chothiết bị chạy nhanh hơn, tiêu hao điện năng hiệu quả hơn Ngoài ra, nó còngiúp làm giảm chi phí lắp ráp sản phẩm

 Cấu trúc cơ bản của một SoC

- CPU: Bộ vi xử lý chính, điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống

- Hệ thống BUS (bus system): Là cầu nối phục vụ cho mục đích truy xuất dữliệu đến một thành phần trong hệ thống Trong một SoC phức tạp, sẽ cónhiều hệ thống bus được nối với nhau và với các module khác nhau CácBUS này sẽ có tầng số hoạt động khác nhau ứng với module mà nó kết nối(Giống như việc chạy xe trên đường cao tốc và trong nội thành) Có thể tìmhiểu về kiến trúc AMBA BUS (AHB, APB, AXI) (AMBA = AdvancedMicrocontroller Bus Architecture)

- INTC: Điều khiển ngắt cho hệ thống Đối với một số kiến trúc ARM CPU,INTC là một thành phần gắn liền (đi kèm với CPU)

- Peripheral: Các module có sự tương tác trực tiếp với một module bên ngoàikhi kết nối với chip, ví dụ như USB2.0 controller hoặc ADC

- RAM controller: Điều khiển bộ nhớ ngoài của chip

- Ngoài ra, trong SoC không thể thiếu các module xử lý chính phục vụ chomột mục đích cụ thể nào đó Ví dụ SoC xử lý về âm thanh, hình ảnh, sẽ cónhững module được thiết kế tương ứng để phục vụ cho việc xử lý âm thanh

và hình ảnh riêng biệt

 Một số hình ảnh về SoC

Hình 2-5: SoC của Galaxy S4 cũ [4]

Hình 2-6: Mô hình SoC từ Snapdragon 410 Qualcomm [4]

Hình 2-7: Mô hình SoC BCM5862X từ Broadcom [4]

 Ưu, nhược điểm của SoC

Bàng 2-4: Ưu và nhược điểm của SoC

SoC

 Một SoC thường nhỏ và không mất nhiều không gian bên trong một thiết bị điện tử, khiến nó trở thành một giải pháp hoàn hảo cho các thiết bị nhỏ như điện thoại thông minh, máy tính bảng, hoặc thiết bị đeo,

 Có kích thước nhỏ và tích hợp nhiều phần khác nhau trên một con chip duy nhất

 Quá trình sản xuất ít tốn thời gian

 Chi phí sản xuất thấp

 Sử dụng công suất thấp ít hao pin

 Khó nâng cấp

 Khó sửa chữa,khi hư thay đổitoàn bộ SoC

1.1.7 Các vi xử lý tiên tiến dựa trên kiến trúc INTEL IA-32

 Giới thiệu IA-32

IA-32 là kiến trúc 32 bit do hãng Intel phát triển lần đầu tiên được giới thiệu

trên bộ vi xử lý Intel 80386 Kiến trúc IA-32 hỗ trợ ba chế độ hoạt động:

- Chế độ bảo vệ (protected mode)

Chế độ đại chỉ thực

Cung cấp môi trường lập trình 8086 vớimột số tính năng mở rộng như chuyểnsang chế độ bảo vệ Để bộ xử lý hoạtđộng ở chế độ này thông thường phảikhởi động lại bộ xử lý

Chế độ quản lý hệ thống SMM

Cung cấp cho hệ điều hành các cơ chếtrong suốt phục vụ nhiệm vụ cụ thể nhưquản lý năng lượng hay bảo mật hệthống được kích hoạt thông qua tín hiệuSMM hoặc tín hiệu này nhận được từ bộđiều khiển ngắt tiên tiến

Bất kỳ chương trình nào chạy trên bộ xử lý IA-32 được cung cấp các tài nguyên đểthực hiện lệnh, lưu đoạn mã, dữ liệu và các thông tin trạng thái Các tài nguyên nàytạo lập nên môi trường thực thi cho chương trình:

Bảng 2-6: Các tài nguyên tạo nên môi trường thực thi chương trình [5]

Không gian địa chỉ Bất cứ chương trình nào đều có thể đánh

địa chỉ không gian nhớ tuyến tính tới

232 byte hay 4GB và không gian địa chỉvật lý có thể lên tới 236 khi sử dụngcách đánh địa chỉ mở rộng

Các thanh ghi thực thi căn bản 8 thanh ghi dùng chung, 6 thanh ghi

đoạn, thanh ghi cờ và con trỏ lệnh EIP

Các thanh ghi dấu phẩy động x87FPU

8 thanh ghi dữ liệu, thanh ghi điềukhiển, thanh ghi trạng thái, thanh ghilệnh, thanh ghi con trỏ toán hạng, thẻ và

mã lệnhCác thanh ghi MMX Hỗ trợ các thao tác số nguyên và số thực

được xếp vào các gói 128 bitCác thanh ghi XMM

Thực hiện được nhiều hơn 1 lệnh trong 1chu trình lệnh như kỹ thuật đường ống,siêu vô hướng, hay siêu phân luồng

Các thế hệ Pentium

Thực hiện 3 lệnh trong một chu kỳ xungnhịp với các siêu đường ống 12 đoạn và

cơ chế thực thi không theo trật tự hoặc

vô hướng (out-of-order execution)

 Các vi xử lý hỗ trợ IA-32

Với ưu thế của công nghệ và thiết kế vi kiến trúc mới, mỗi một thế hệ vi xử

lý IA-32 mới đều vượt ngưỡng tốc độ (tần số hoạt động) và năng lực thựchiện của các vi xử lý thế hệ trước

Bảng 2-7: Vi xử lý hỗ trợ IA-32 [5]

1.1.8 Các vi xử lí tiên tiến dựa trên kiến trúc INTEL IA-64

Kiến trúc Intel IA-64 bổ sung không gian địa chỉ chương trình 64 bit hỗ trợ khônggian nhớ vật lý tới 40 bit và chế độ IA-32e so với kiến trúc IA-32 trước đó Kiếntrúc IA-64 đảm bảo tính tương thích ngược cho phép chạy các chương trình viết chokiến trúc IA-32 Các chế độ mới của IA-64 bao gồm:

Bảng 2-8: Các chế độ mới của IA-64 [6]

Chế độ tương thích

Cho phép chạy các ứng dụng 16 và 32bit mà không phải biên dịch lại giống

chế độ bảo vệ trong IA-32 Có thể sửdụng không gian nhớ lớn hơn với chế độ

1.1.9 Các vi xử lí tiên tiến của Sun Microsystems

- Sun Microsystems hỗ trợ thiết kế bộ xử lý có thể mở rộng SPARC Kiến trúcnày chịu ảnh hưởng của máy tính Berkeley RISC I Tập lệnh và tổ chức cácthanh ghi của bộ xử lý SPARC rất giống với Berkeley RISC SPARC chophép triển khai từ các ứng dụng nhúng cho tới các máy chủ rất lớn, tất cả đềudùng chung một tập lệnh căn bản

- Hiện nay, bộ xử lý SPARC thường được sử dụng rộng rãi trong môi trườngmáy chủ, trạm làm việc sử dụng hệ điều hành SUN, Unix và Linux Bộ xử lýSPARC thường có tới 128 thanh ghi dùng chung Tại bất cứ thời điểm nào,phần mềm có thể sử dụng tức thì 32 thanh ghi bao gồm 8 thanh ghi toàn cục,

24 thanh ghi ngăn xếp Các thanh ghi ngăn xếp có thể tạo thành cửa sổ thanhghi (register window) tối đa 32 cửa sổ cho phép tối ưu các thao tác gọi hàm

Các cặp chẵn-lẻ của các thanh ghi độ chính xác kép có thể kết hợp với nhau

để nâng độ chính xác lên gấp đôi mức 4 SPARC 64 bit phiên bản 9, xuấthiện vào năm 1993, có thêm 16 thanh ghi độ chính xác kép nhưng các thanhghi mới này không tách thành các thanh ghi có độ chính xác đơn được

Bàng 2-10: Tính năng của một số vi xử lý SPRAC [6]

1.5 Khái quát về LED

1.1.10 Khái niệm LED

Hình 2-9: Cấu tạo LED [7]

 Mạch in của đèn

- Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn giữa LED với mạch in ảnh hưởngđến lớn đến độ bền của đèn, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt nam,nếu chất lượng của mạch in và mối hàn không tốt dễ gây oxi-hóa đứt mạch

in, không tiếp xúc làm cho đèn không thể phát sáng sau một thời gian sửdụng

- Trong thực tế người ta có thể sử dụng mạch in thường, hoặc bằng nhôm, gốmcho phép tản nhiệt nhanh cho loại LED công suất trung bình và lớn

 Bộ nguồn

- Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện và điện

áp ổn định phù hợp lới loại LED đang sử dụng các linh kiện chế tạo bộnguồn phải có tuổi thọ sử dụng tương đương với tuổi thọ của LED

- Với loại đèn công suất nhỏ bộ nguồn đơn giản chỉ là một nguồn áp kết vớimột điện trở hạn dòng cho LED nhưng đối với LED công suất trung bình vàlớn cần tạo một nguồn dòng cho LED

 Bộ phận tản nhiệt

Phần tản nhiệt cho đèn LED được thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phát sángxuống nhiệt độ thấp nhanh nhất, bộ phận này đặc biệt quan trọng khi thiết kếđèn LED công suất lớn, nếu bộ phận tản nhiệt này có kết cấu không phù hợpthì phần tử LED sẽ nhanh bị già, hiệu suất phát sáng giảm đi đáng kể

 Vỏ

Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định và bền, vỏ đèn được chế tạo để có độchống thấm nước cao, đồng thời đảm bảo khả năng tỏa nhiệt nhanh chóng

1.1.12 Nguyên lý hoạt động

- LED dựa trên công nghệ bán dẫn Diode bán dẫn

- Bán dẫn loại p (lỗ trống tự do mang điện tích dương)  khi ghép với khốibán dẫn n (chứa các điện tử tự do)  các lỗ trống này có xu hướng chuyểnđộng sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từkhối n qua  dẫn đến khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điệntử) khi đó khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) Ởgiữa hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúngtiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau  các nguyên tử trunghòa  giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ cóbước sóng gần đó)

- LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn Diode thông thường, trongkhoảng 1,5V đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao

 LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

1.1.13 Tính chất

- Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sángphát ra khác nhau (màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (màu

- LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn Diode thông thường (1,5Vđến 3V) Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao LED rất dễ

bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

1.1.14 Ứng dụng

Dựa vào phương thức “đóng gói”: SMD LED, DIP LED, dạng công suất lớn vàdạng Piranha

 Đóng gói dạng bề mặt (SMD LED): Phần lớn các LED dạng SMD sau khi

đóng gói đều có kích thước nhỏ, góc chiếu sáng rộng

- SMD LED là một dạng module sử dụng công nghệ SMT để tích hợp trực tiếpcác chip LED lên bề mặt mạch in (PCB)

- Dạng PCB

- Dạng chân kim loại

- Dạng chân hình bướm bằng kim loại

- Dạng phát sáng trên bề mặt (TOP LED)

- Dạng phát sáng mặt cạnh, mép

 Đóng gói vuông góc (DIP LED): là dạng LED truyền thống, thường thấy

trong các máy điện tử, biển quảng cáo: 2 chân kim loại thẳng được nối tớimạch in (PCB)

 Đóng gói dạng công suất lớn

 Piranha (LED Piranha): có dạng đầu phẳng, đầu lồi, lõm.

- Dựa vào công suất đề phân loại

- Dựa vào kích thước tinh thể LED

1.1.15 LED 7 đoạn

Hình 2-10: LED 7 đoạn [8]

 Cấu tạo

Hình 2-11: Mô hình LED 7 đoạn [8]

- Chân LED được đánh dấu từ a đến g tương ứng từng đoạn LED, chân còn lạiđược nối chung với nhau

Anot chung

Bảng 2-11: Mã hiển thị Anot chung

Số hiển thị trên led 7

Bàng 2-12: Mã hiển thị Katot chung

Số hiển thị trên led 7

đoạn Mã hiển thị led 7 đoạn dạng nhị phân Mã hiển thị led 7 đoạn dạng thập lục phân

1.6 Sơ đồ khối

Hình 3-1: Sơ đồ khối

1.7 Mô hình thiết kế tổng quát

Hình 3-2: Mô hình thiết kế tổng quát

1.8 Mô hình SOCP cổ điển

MUX

LED 7 ĐOẠN

Hình 3-3: Mô hình SOCP cổ điển

- Microprocessor: 8 bit 8051, 64 bit RICK ARM

- Memory: SRAM hoặc DRAM

- Bên ngoài memory: DRAM,SRAM hoặc Flash

- I/O Controler: PCI, Inthernet, USB, IEEE 1394, A/D, D/A

- Video decoder: MPEG, AVI

- GPIO: nguồn, LED hoặc lấy mẫu từ các dòng dữ liệu.1.9 Thiết kế hệ thống SoCP