Tải bản đầy đủ

THIẾT kế và THI CÔNG hệ THỐNG BẢNG LED MATRIX điều KHIỂN BẰNG APP ANDROID


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là công trình do bản thân nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước
đó và dưới sự hướng dẫn của ThS.Phan Vân Hoàn. Các số liệu trong đề tài được
nhóm thu thập và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác.

Người thực hiện đề tài
Trần Châu Phong
Nguyễn Minh Đức


LỜI CẢM ƠN
Sau hơn một thời gian thực hiện, nhóm đã may mắn hoàn thành được đề tài
“THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢNG LED MATRIX ĐIỀU KHIỂN
BẰNG APP ANDROID”, để có thể đạt được thành quả trên ngoài sự cố gắng của
từng thành viên trong nhóm còn có sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè, các thầy cô trong
khoa Điện – Điện Tử. Nhóm thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy ThS.
Phan Vân Hoàn là người trực tiếp hướng dẫn nhóm trong suốt quá trình thực hiện.
Cảm ơn Thầy đã giành thời gian quý báu để hướng dẫn nhóm, hỗ trợ và góp ý đưa ra
hướng giải quyết mỗi khi nhóm gặp khó khăn. Bên cạnh đó, nhóm cũng cảm ơn
những kiến thức mà thầy cô đã truyền đạt trong suốt những năm học tại trường Đại

Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM để từ đó nhóm có cơ sở để vận dụng hoàn thiện
nên đồ án tốt nghiệp này.
Nhóm em cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến những người bạn sinh viên khoa
Điện - Điện tử đã cùng đồng hành và hổ trợ trong quá trình học tập, đã cùng cố gắng,
cùng nhau tạo động lực để nhóm để có thể hoàn thành tốt đề tài này. Xin trân trọng
cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Trần Châu Phong
Nguyễn Minh Đức


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

MỤC LỤC
Trang bìa ........................................................................................................................ i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii
Lịch trình ..................................................................................................................... iii
Cam đoan ..................................................................................................................... v
Lời cảm ơn ................................................................................................................... vi
Mục lục ....................................................................................................................... vii
Liệt kê hình vẽ .............................................................................................................. x
Liệt kê bảng vẽ ……………………………………………………………………...xii
Tóm tắt ...................................................................................................................... xiii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 2
1.3. Giới hạn .............................................................................................................. 2
1.4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.5. Bố cục ................................................................................................................ 3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4
2.1 Các chuẩn giao tiếp ............................................................................................ 4
2.1 Giới thiệu về mạng không dây ........................................................................ 4
2.1.2 Chuẩn giao tiếp UART ................................................................................. 5
2.1.3 Chuẩn giao truyền UDP ............................................................................... 6
2.1.4 Chuẩn giao tiếp 1 dây ................................................................................... 6
A Giới thiệu chuẩn giao tiếp 1 dây .................................................................. 6
B Cách thức hoạt động .................................................................................... 7


2.1.5 Phương pháp quét Module Led Matrix P5 RGB .......................................... 8
2


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 16
3.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 16
3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................. 16
3.3 Tính toán và thiết kế mạch ................................................................................ 18
3.3.1 Khối xử lý trung tâm .................................................................................. 18
A Chức năng ................................................................................................. 18
B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 18
C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 19
D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 22
E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................ 22
F Giải thích sơ đồ khối .................................................................................. 23
3.3.2 Khối thu thập và xử lý dữ liệu .................................................................... 23
A Chức năng ................................................................................................. 23
B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 23
C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 24
D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 24
E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................ 25
F Giải thích sơ đồ khối .................................................................................. 26
3.3.3 Khối nhiệt độ và độ ẩm ................................................................................ 26
A Chức năng ................................................................................................. 26
B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 27
C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 27
D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 27
E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................ 27
F Giải thích sơ đồ khối .................................................................................. 27
3.3.4 Khối hiển thị................................................................................................. 28
A Chức năng ................................................................................................. 28
B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 28
3


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 30
D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 31
E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................ 32
F Giải thích sơ đồ khối .................................................................................. 33
3.3.5 Khối nguồn ................................................................................................... 33
A Chức năng ................................................................................................. 33
B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 33
C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 35
D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 35
3.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ............................................................................... 35

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 37
4.1 Giới thiệu. .......................................................................................................... 37
4.2 Thi công hệ thống ............................................................................................... 37
4.2.1 Thi công bo mạch ............................................................................................ 37
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra .......................................................................................... 38
4.3 Thi công mô hình ................................................................................................ 39
4.4 Lập trình hệ thống............................................................................................... 40
4.4.1 Lưu đồ và giải thuật ....................................................................................... 40
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ........................................................... 54
4.4.3 Phần mềm lập trình trên điện thoại ................................................................ 59
4.4.4 Phần mềm lập trình trên ESP8266 ................................................................. 62
4.5 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ................................................................. 65
4.5.1 Hướng dẫn sử dụng phần cứng ...................................................................... 65
4.5.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm ...................................................................... 65

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................. 72
5.1 Kết quả ............................................................................................................... 72
5.1.1 Giao diện App Android và trên hệ thống ........................................................ 72
5.1.2 Mạch chạy thực tế ............................................................................................ 81
4


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
5.2 Nhận xét .............................................................................................................. 82
5.3 Đánh giá .............................................................................................................. 82

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ........................... 84
6.1 Kết luận. .............................................................................................................. 84
6.2 Hướng phát triển ................................................................................................. 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHU LỤC

5


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Kiến trúc một mô hình IOT điển hình .......................................................... 4
Hình 2.2: Mô hình hệ thống Wifi trong nhà ................................................................. 5
Hình 2.3: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ............................................................. 6
Hình 2.4: Khung truyền dữ liệu của chuẩn giao tiếp UART ........................................ 6
Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của STM32H7 ................................................................... 8
Hình 2.6: Sơ đồ khối của vi điều khiển STM32H743................................................... 10
Hình 2.7 Ảnh thực tế của NodeMCU ESP8266 ............................................................ 11
Hình 2.8: Sơ đồ chân của NodeMCU ESP8266 ........................................................... 11
Hình 2.9: Giao tiếp giữa ESP8266 với STM32H743 ................................................... 12
Hình 2.10: Hình ảnh thực tế của DHT11 ...................................................................... 12
Hình 2.11: Ứng dụng bảng LED MATRIX full color trong quảng cáo ....................... 13
Hình 2.12: Hình ảnh thực tế của Module P5 ................................................................. 14
Hình 2.13: Sơ đồ chân của Module LED MATRIX P5 ................................................ 15
Hình 2.14: Sơ đồ chân DATA-OUT của Module LED MATRIX P5 .......................... 16
Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn hệ thống .............................................................................. 19
Hình 3.2: Sơ đồ chân của AMS1117 ............................................................................ 20
Hình 3.3: Nguồn tổ ong 5VDC - 40A ........................................................................... 21
Hình 3.4: Bố trí các Module LED P5............................................................................ 22
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối Module P5 với STM32H743 .................................................. 23
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ........................................................................... 23
Hình 4.1: Mạch in sau khi vẽ ........................................................................................ 25
Hình 4.2: Kích thước khung sắt .................................................................................... 26
Hình 4.3: Lưu đồ khối toàn hệ thống ............................................................................ 27
Hình 4.4: Lưu đồ khối của ESP8266 ............................................................................ 28
6


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
Hình 4.5: Lưu đồ khối của vi điều khiển STM32H743 ................................................ 29
Hình 4.6: Biểu tượng phần mềm KeilC ........................................................................ 30
Hình 4.7: Tạo project mới trên STM32CubeMx .......................................................... 30
Hình 4.8: Cấu hình chip trên STM32CubeMx .............................................................. 31
Hình 4.9: Cấu hình xung nhịp trên STM32CubeMx .................................................... 31
Hình 4.10: Cấu hình ngoại vi trên STM32CubeMx...................................................... 32
Hình 4.11: Tạo code trên STM32CubeMx ................................................................... 32
Hình 4.12: Giao diện phần mềm KeilC ......................................................................... 33
Hình 4.13: Thiết lập cấu hình cho KeilC ...................................................................... 33
Hình 4.14: Buil và nạp code lên chip ............................................................................ 34
Hình 4.15: Logo hệ điều hành Android ........................................................................ 34
Hình 4.16: Logo phần mềm Android Studio................................................................. 35
Hình 4.17: Giao diện phần mềm Android Studio ......................................................... 35
Hình 4.18: Logo phần mềm Arduino ............................................................................ 36
Hình 4.19: Giao diện phần mềm Arduino ..................................................................... 37
Hình 4.20: Bước nhập thư viện cho Arduino ................................................................ 37
Hình 4.21: Bước nhập thư viện cho Arduino ................................................................ 38
Hình 4.22: Bước nhập thư viện cho Arduino ................................................................ 38
Hình 4.23: Wifi ............................................................................................................. 39
Hình 4.24: App đồ án .................................................................................................... 39
Hình 4.25: Giao diện màn hình chính ........................................................................... 40
Hình 4.26: Giao diện của Text ...................................................................................... 40
Hình 5.1: Giao diện màn hình chính của App............................................................... 41
Hình 5.2: Giao diện của Paint và giao diện nút điều khiển trò chơi ............................ 42
Hình 5.3: Giao diện đồng hồ và giao diện nhiệt độ ...................................................... 42
Hình 5.4: Giao diện thay đổi độ sáng và giao diện hình ảnh ........................................ 43
Hình 5.5: Giao diện Text và giao diện Effect ............................................................... 43
Hình 5.6: Giao diện Video ............................................................................................ 44
Hình 5.7: Kết quả mặt trước của hệ thống .................................................................... 44
7


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
Hình 5.8: Kết quả mặt sau của hệ thống ....................................................................... 45

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Thông tin ngoại vi của vi điều khiển STM32H743………………………….8
Bảng 2.2: Kết nối giữa STM32H743 với ESP8266…………………………………….12
Bảng 2.3: Các thông số kỹ thuật của Module LED P5………………………………… 14
Bảng 2.4: Các thông số của các chân A, B, C, D quét hàng……………………………17
Bảng 3.1: Kết nối giữa STM32H743 với Module LED P5…………………………… 22
Bảng 4.1: Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch………………………………… .. 25
Bảng 4.2: Cấu tạo một project trong Android Studio………………………………... .. 36

8


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

9


TÓM TẮT
Ngày nay với sự phát triển của xã hội cùng với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật, cho nên nhu cầu về thông tin trở nên thiết yếu đối với con người trong cuộc
sống cũng như trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Việc đưa thông tin quảng cáo
đến với người tiêu dùng,đến với xã hội trở nên dễ dàng và nhanh chóng. Thông qua
nhiều hình thức quảng cáo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của
mình đến mọi người.
Trong nhiều hình thức đa dạng của thông tin quảng cáo như báo, đài, tivi,tờ
rơi, áp phích thì việc dùng bảng thông tin điện tử là một cách đơn giản và hiệu quả để
quảng cáo. Chúng ta bắt gặp rất nhiều bảng thông tin như vậy trong thực tế. Khi đi
vào một hiệu sách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán loại sách gì, giá cả ra sao là
nhờ vào bảng đèn quang báo rất bắt mắt trước cửa hiệu. Hoặc khi vào sân bay, bạn
biết được giờ giấc các chuyến bay,
các thông báo ngắn của phi trường, cũng là nhờ vào quang báo. Và khi đi
trên đường phố lúc về đêm, bạn sẽ bắt gặp cùng với ánh đèn màu là rất nhiều các
bảng quang báo lớn với các hình ảnh sinh động như ly bia Tiger đang trào bọt, hay
các hình ảnh, logo hiện lên với đủ kiểu (từ trên xuống, từ trái sang..).
Với mong muốn giới thiệu những ứng dụng cơ bản và thiết yếu trong đời
sống hiện đại và để mọi người biết đến một vài ứng dụng cụ thể cũng như tầm quan
trọng của các hệ đèn quảng cáo, nhóm chúng em đã tìm hiểu và đưa ra mô hình
"THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢNG LED MATRIXĐIỀU
KHIỂN BẰNG APP ANDROID".
Mô hình gồm có chức năng chính bao gồm:


Điều khiển hiển thị hình ảnh, chữ có dấu, hiệu ứng, thời gian, video, trò
chơi, nhiệt độ và độ ẩm.

⚫ Thiết bị sử dụng module STM32H743 làm vi điều khiển trung tâm để điều
khiển các module mở rộng như module NodeMCU ESP8266, DHT11 và
Module Led hiển thị như Module P5.


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

1


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay với sự phát triển của xã hội cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cho
nên nhu cầu về thông tin trở nên thiết yếu đối với con người trong cuộc sống cũng như
trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Việc đưa thông tin quảng cáo đến với người tiêu
dùng,đến với xã hội trở nên dễ dàng và nhanh chóng. Thông qua nhiều hình thức quảng
cáo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của mình đến mọi người.
Trong nhiều hình thức đa dạng của thông tin quảng cáo như báo, đài, tivi,tờ rơi, áp
phích thì việc dùng bảng thông tin điện tử là một cách đơn giản và hiệu quả để quảng
cáo. Chúng ta bắt gặp rất nhiều bảng thông tin như vậy trong thực tế. Khi đi vào một hiệu
sách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán loại sách gì, giá cả ra sao là nhờ vào bảng đèn
quang báo rất bắt mắt trước cửa hiệu. Hoặc khi vào sân bay, bạn biết được giờ giấc các
chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường, cũng là nhờ vào bảng quảng cáo.
Từ các đề tài đã tham khảo bên trên, với các kiến thức đã được học chúng em muốn
nghiên cứu và áp dụng APP ANDROID vào hỗ trợ điều khiển bảng thông báo. Chúng em
quyết định chọn đề tài “Bảng LED MATRIX điều khiển bằng ứng dụng Android”.

1.2.

MỤC TIÊU

Nhóm em sẽ tiến hành thiết kế và thi công một mô hình hệ thống bảng LED MATRIX.
Mô hình sẽ nhằm mục đích hiển thị chữ có dấu, hình ảnh, hiệu ứng, video, thời gian,
nhiệt độ và độ ẩm. Mô hình bảng thông báo nhóm xây dựng sẽ điều khiển thay đổi thông
tin trên bằng Wifi thông qua APP ANDROID.

1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Bảng LED MATRIX điều
khiển bằng ứng dụng Android ”, nhóm chúng em đã tập trung giải quyết và hoàn thành
được những nội dung sau:
- Nội dung 1: Nghiên cứu các Module Led P5 dùng cho bảng thông báo.
- Nội dung 2: Nghiên cứu tài liệu về KIT NodeMCU ESP8266, giao tiếp với hệ thống
không dây.
- Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng một ứng dụng app Android.
- Nội dung 4: Tiến hành viết code LED MATRIX.


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
- Nội dung 5: Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng cho thiết bị.
- Nội dung 6: Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
- Nội dung 7: Thử nghiệm và điều chỉnh hệ thống cũng như chương trình để hệ thống
được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với thực tế.
- Nội dung 8: Viết báo cáo thực hiện.
- Nội dung 9: Bảo vệ luận văn.

1.4.

GIỚI HẠN

Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:
- Sử dụng các linh kiện: ESP8266, STM32H743XI, DHT11.
- Kích thước phần Led hiển thị: 256x128.
- Sử dụng 16 Module P5 ghép lại
- Ứng dụng điện thoại chạy trên hệ điều hành Android.
- Nội dung hiển thị gồm ký tự số và chữ có dấu, hình ảnh, hiệu ứng, video, nhiệt độ và độ
ẩm.

1.5.

BỐ CỤC

Đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống bảng LED MATRIX điều khiển bằng APP
ANDROID” được trình bày với bố cục như sau:
• Chương 1: Tổng Quan
Chương này nhóm em sẽ đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung
nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này nhóm sẽ nói tổng quát các kiến thức cơ bản để xây dựng được mô hinh
này. Bao gồm các lý thuyết, khái niệm các chuẩn giao tiếp, các phần mềm ứng dụng, mô
tả về quá trình quét led, các công cụ cần thiết.
• Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế

1


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
Chương này thiết kế sơ đồ khối hệ thống, giải thích chức năng các khối, tính toán và
thiết kế mạch và lựa chọn linh kiện. Cụ thể, tính toán và kết nối cho các khối điều khiển
trung tâm, khối nguồn, khối thu thập và xử lý dữ liệu và khối hiển thị.
Trong đề tài, nhóm em này còn có viết code cho LED MATRIX hiển thị, viết code ứng
dụng Android cho smart phone.
• Chương 4: Thi Công Hệ Thống Và Kết Quả Thực Hiện
Chương này trình bày cách cài đặt hệ điều hành, cài đặt thư viện, các phương pháp
điều khiển và hiển thị, lưu đồ giải thuật chính, lưu đồ giải thuật con và giải thích. Đồng
thời trình bay các bước thi công mạch, sơ đồ mạch layout, lắp ráp, kiểm tra đóng gói sản
phẩm, thi công mô hình, hướng dẫn sử dụng.
• Chương 5: Kết Quả_Nhận Xét_Đánh giá
Chương này nêu lên kết quả đạt được so với ban đầu, nhận xét và đánh giá mô hình.
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này nêu lên kết luận chung về những gì đã thực hiện đồng thời đúc kết lại ưu
khuyết điểm để đưa ra hướng phát triển cho đề tài để có thể ứng dụng tốt trong thực tế.

2


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ở Chương 2 nhóm sẽ tổng hợp lên những kiến thức được xem là nền tảng để có thể
xây dựng được hệ thống này bao gồm:Hệ thống Wifi, Hệ thống ứng dụng Android.

2.1. CÁC CHUẨN GIAO TIẾP
2.1.1. Giới thiệu về mạng không dây
Giới thiệu Wifi là viết tắt của Wireless Fidelity, được gọi chung là mạng không dây
sử dụng sóng vô tuyến, loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng truyền hình, điện thoại
và radio. Wifi phát sóng trong phạm vi nhất định, các thiết bị điện tử tiêu dùng ngày nay
như laptop, smartphone hoặc máy tính bảng có thể kết nối và truy cập internet trong tầm
phủ sóng. Nguyên tắc hoạt động Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có bộ thu phát,
thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vô tuyến và
gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây trên các thiết bị di động thu nhận tín hiệu này rồi
giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết. Quá trình này có thể thực hiện ngược lại, nhận
tín hiệu vô tuyến từ Adapter và giải mã chúng rồi gởi qua Internet.

Hình 2.1 Mô hình hệ thống Wifi trong nhà.
Tuy nói Wifi tương tự như sóng vô tuyến truyền hình, radio hay điện thoại nhưng nó
vẫn khác các loại sóng kia ở mức độ tần số hoạt động.

3


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
Sóng wifi truyền nhận dữ liệu ở tần số 2,5Ghz đến 5Ghz. Tần số cao này cho phép nó
mang nhiều dữ liệu hơn nhưng phạm vi truyền của nó bị giới hạn; còn các loại sóng khác,
tuy tần số thấp nhưng có thể truyền đi được rất xa.
Kết nối wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of Electrical and
Electronics Engineers), chuẩn này bao gồm 4 chuẩn nhỏ a/b/g/n:

2.1.2. Chuẩn giao tiếp UART
A. Giới thiệu UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có
nghĩa là truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ có 1
đường phát dữ liệu và 1 đường nhận dữ liệu, không có tín hiệu xung clock nên gọi là bất
đồng bộ. UART thường được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều
khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác.

Hình 2.2 Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ.
B. Các thông số UART:

Hình 2.3 Khung truyền dữ liệu của chuẩn giao tiếp UART.
Dưới đây là các thông số thường có của UART:
Baud rate (tốc độ baud): Khi truyền nhận không đồng bộ để hai đối tượng hiểu được
nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho một bit truyền nhận, nghĩa là trước khi
truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa thì tốc độ baud là số bit
truyền trong một giây.
4


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu nên ngoài
tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để tránh bớt sự mất mát dữ liệu này.
Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo hiệu như start, stop, các
bit kiểm tra như parity, và số bit trong một data.
Start Bit: Là bit bắt đầu trong khung truyền Bit này nhằm mục đích báo cho thiết
bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu.
Data: Dữ liệu cần truyền Data không nhất thiết phải 8 bit. Trong UART bit LSB được
truyền đi trước, Bit MSB được truyền đi sau.
Parity bit: Là bit kiểm tra dữ liệu được truyền có chính xác không. Có 2 loại parity:
chẵn (even parity), lẻ (odd parity). Parity chẵn là bit parity thêm vào để số lượng số 1
trong data và parity là chẵn. Parity lẻ là bit parity thêm vào để số lượng số 1 trong data và
parity là lẻ. Bit Parity là không bắt buộc nên có thể dùng hoặc không.
Stop Bit: là bit báo cáo kết thúc khung truyền, có thể có 1 hoặc 2 bit stop.

2.1.3. Giao thức truyền UDP
Giới thiệu UDP viết tắt của User Datagram Protocol, là một trong những giao thức cốt
lõi của giao thức TCP/IP. Dùng UDP, chương trình trên mạng máy tính có thể gửi những
dữ liệu ngắn được gọi là datagram tới máy khác. UDP không cung cấp sự tin cậy và thứ
tự truyền nhận mà TCP làm; các gói dữ liệu có thể đến không đúng thứ tự hoặc bị mất mà
không có thông báo. Tuy nhiên UDP nhanh và hiệu quả hơn đối với các mục tiêu như
kích thước nhỏ và yêu cầu khắt khe về thời gian. Do bản chất không trạng thái của nó nên
nó hữu dụng đối với việc trả lời các truy vấn nhỏ với số lượng lớn người yêu cầu.
Trong bộ giao thức TCP/IP, UDP cung cấp một giao diện rất đơn giản giữa tầng
mạng bên dưới (thí dụ, IPv4) và tầng phiên làm việc hoặc tầng ứng dụng phía trên.
UDP không đảm bảo cho các tầng phía trên thông điệp đã được gửi đi và người gửi
cũng không có trạng thái thông điệp UDP một khi đã được gửi (Vì lý do này đôi khi UDP
còn được gọi là Unreliable Datagram Protocol).
UDP chỉ thêm các thông tin multiplexing và giao dịch. Các loại thông tin tin cậy cho
việc truyền dữ liệu nếu cần phải được xây dựng ở các tầng cao hơn.
Do thiếu tính tin cậy, các ứng dụng UDP nói chung phải chấp nhận mất mát, lỗi hoặc
trùng dữ liệu. Một số ứng dụng như TFTP có nhu cầu phải thêm những kỹ thuật làm tin
cậy cơ bản vào tầng ứng dụng. Hầu hết các ứng dụng UDP không cần những kỹ thuật làm
5


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
tin cậy này và đôi khi nó bị bỏ đi. Streaming media, game trực tuyến và voice over
IP (VoIP) là những thí dụ cho các ứng dụng thường dùng UDP.

2.1.4. chuẩn giao tiếp 1 dây
- Giới thiệu chuẩn giao tiếp 1 dây:
Chuẩn giao tiếp 1 dây (1 wire) do hãng Dallas giới thiệu. Trong chuẩn giao tiếp này
chỉ cần 1 dây để truyền tín hiệu và làm nguồn nuôi (Nếu không tín dây mass). Là chuẩn
giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex). Trong giao tiếp này tuân theo
mối liên hệ chủ tớ một cách chặt chẽ. Trên một bus có thể gắn 1 hoặc nhiều thiết bị slave.
Nhưng chỉ có một master có thể kết nối đến bus này.
Bus dữ liệu khi ở trạng thái rãnh (khi không có dữ liệu trên đường truyền) phải ở mức
cao do vậy bus dữ liệu phải được kéo lên nguồn thông qua một điện trở. Giá trị điện trở
này có thể tham khảo trong datasheet của thiết bị / các thiết bị slave.

Hình 2.4 Các thiết bị được truyền qua 1 dây.

- Cách thức hoạt động:
Tín hiệu trên bus 1 wire chia thành các khe thời gian 60 µs. 1 bit dữ liệu được truyền
trên bus dựa trên khe thời gian (time slots). Các thiết bị slave cho phép có thời gian nền
có một chúc khác biệt từ thời gian nền danh nghĩa. Tuy nhiên đối với thiết bị master cần
có bộ định thời với độ chính xác cao, để đảm bảo giao tiếp đúng với các thiết bị salve có
thời gian nền khác biệt. Do đó rất quan trọng để tuân theo giới hạn thời gian mô tả
trong các phần sau.

6


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 1, gửi bit 0,
và đọc bit. Thao tác byte như gửi byte và đọc byte dựa trên thao tác từng bit.
Gửi bit 1 (“Write 1” signal) thiết bị master kéo bus xuống mức thấp trong khoảng 1
đến 15µs. Sau đó nhả bus (releases the bus) cho đến hết phần còn lại của khe thời gian.

Hình 2.5 Dạng sóng gửi bit 1 từ master xuống slave.
Gửi bit 0 ("Write 0" signal) kéo bus xuống mức thấp trong ít nhất 60µs, với chiều dài
tối đa là 120 µs.

Hình 2.6 Dạng sóng gửi bit 0 từ master xuống slave.
Đọc bit: thiết bị master kéo bus xuống mức thấp từ 0 -15µs. Khi đó thiết bị tớ khi đó
sẻ giữ bus ở mức thấp nếu muốn gửi bit 0, Nếu muốn gửi bit 1 đơn giản là nhả bus. Bus
nên lấy mẫu 15 µs sau khi bus kéo xuống mức thấp.

Hình 2.7 Dạng sóng đọc bit từ slave xuống master.
"Reset/Presence": tín hiệu reset và Presence (Báo hiện diện) được trình bày như hình
bên dưới. Thiết bị master kéo bus xuống thấp ít nhất 8 khe thời gian (tức là 480 µs) và
sau đó nhả bus. Khoảng thời gian bus ở mức thấp đó gọi là tín hiệu reset. Nếu có thiết bị
slave gắn trên bus nó sẻ trả lời bằng tín hiệu Presence tức là thiết bị tớ sẻ kéo bus xuống
mức thấp trong khoảng thời gian 60µs. Nếu không có tín hiệu Presence, thiết bị master sẻ
hiểu rằng không có thiết bị slave nào trên bus, và các giao tiếp tiếp theo sẻ không thể diễn
ra.

7


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

Hình 2.8 Dạng sóng tín hiệu reset và Presence.

2.1.5. Phương pháp quét MODULE LED MATRIX P5 RGB:
Cấu tạo của module bao gồm


24 IC ghi dịch 16 bit ICN2028BP.



2 IC ghi đệm dòng ICN74HC245TS.



4 IC giải mã ICN2012.



1 conecter là đầu vào dữ liệu, 1 conecter là đầu ra ( để mắc nối tiếp với tấm khác).

Hình 2.9 Sơ đồ chân của Module LED Maxtrix Fullcolor P5
Jump DATA-INtrên hình 3. cần chú ý tới các chân:


OE: Đây là chân điều khiển IC ICN2012. Nếu nó OE=0 thì IC ICN2012 không hoạt
động. Tất cả các hàng đều không sáng ( cả biển LED sẽ tắt). Như vậy chân này có 2
nhiệm vụ là quét LED và băm xung PWM điều khiển độ sáng của bảng LED.
4 chân A, B, C và D: 4 chân này sẽ điều khiển ngõ ra của IC ICN2012, cụ thể 4 chân
này giải mã 4 bit sang 16 bit cho phép hàng thứ 0 đến hàng thứ 16 được phép xuất dữ
liệu.
8


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH


CLK: Chân tạo xung đẩy dữ liệu vào của ICN2028BP.



LAT: Chân tạo xung xuất dữ liệu trong ICN2028BP ra ngoài.



DATA (R1, G1, B1, R2, G2, B2): Là các chân dữ liệu màu từ IC dịch 16 bit
ICN74HC245TS, với chân R hiển thị được dữ liệu màu đỏ, G cho ra màu xanh lá và
chân B cho ra màu xanh dương, đây là 3 màu cơ bản để xuất ra nhiều màu khác nhau.

Hình 2.10 Sơ đồ chân DATA-OUT của Module LED MAXTRIX P5
Jump DATA-OUT đối diện cũng có sơ đồ giống như thế và các chân OE, A, B, C, D,
CLK, LAT của 2 jump thực chất nối thông với nhau. Duy chỉ có chân DATA là khác
nhau. Jump DATA-OUT cho phép nối các module lại với nhau bằng cách nối Jump
DATA-OUT vào Jump DATA-IN, nguyên nhân chúng có thể nối lại được với nhau do
các chân DATA R1, G1, B1, R2, B2, G2 là chân chân dữ liệu từ ic dịch ICN74HC245TS
xuất dữ liệu từ nối tiếp ra song song, do đó việc nối 2 jump với nhau thực chất là ghép
các ic dịch ICN74HC245TS dịch lại với nhau.
Nguyên lý hoạt động:


Tín hiệu OE: tích cực mức logic cao (5V) cho phép xuất dữ liệu ra ở mỗi hàng hàng



Tín hiệu chọn hàng: A, B, C, D là 2 đường tín hiệu cho phép chọn hàng hiển thị.



Tín hiệu LAT: Tín hiệu cho phép chốt dữ liệu ra.



Tín hiệu CLK: xung đưa dữ liệu ra IC ghi dịch .
9


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH


Tín hiệu DATA: đưa dữ liệu cần hiển thị ra bảng LED.

Phương pháp quét LED MATRIX RGB:


Quét theo tỉ lệ 1/16. (Mỗi lần quét tích cực được 2 hàng).



Tất cả mô đun có 32 dòng, 64 cột. Tại 1 thời điểm nhất định sẽ có 2 dòng đồng
thời được nối với nguồn Vcc (được cho phép sáng).
Bảng 2.1 bảng trạng thái của chân A, B, C, D quét hàng.

Chân D

Chân C

Chân B

Chân A

Hàng tích cực

0

0

0

0

0, 16

0

0

0

1

1, 17

0

0

1

0

2, 18

0

0

1

1

3, 19

0

1

0

0

4, 20

0

1

0

1

5, 21

0

1

1

0

6, 22

0

1

1

1

7, 23

1

0

0

0

8, 24

1

0

0

1

9, 25

1

0

1

0

10, 26

1

0

1

1

11, 27

1

1

0

0

12, 28

1

1

0

1

13, 29

1

1

1

0

14, 30

1

1

1

1

15, 31

Trong bảng 2.4:
Khi các chân A=B=C=D=0 thì hàng 0, 16 sẽ được cho phép hiển thị dữ liệu.
Khi các chân A=1, B=C=D=0 thì hàng 1, 17 được tích cực.
10


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH
Khi các chân A=0, B=1,C=D=0 thì hàng 2, 18 được tích cực, tương tự như các hàng còn
lại.
Để hiển thi được hàng trong bảng LED MATRIX, đối với mỗi hàng chúng ta lặp lại chu
trình các bước sau:
• Xung CLK trong dữ liệu cho phép xuất dữ liệu ở hàng hiện tại mỗi lần một
bit, hiện tại chúng ta đang sử dụng LED MATRIX RGB 32x64 tức là ở mỗi
hàng có 64 con led RGB chính vì thế mà ở mỗi hàng sẽ có 64 xung clock.
• Tiếp theo kéo chân LAT và chân OE ở mức cao. Việc cho phép chân LAT
ở mức cao, cho phép dữ liệu hàng đã được xuất dữ liệu ở bước một hiển thị
đầu ra ở hàng hiện tại nhưng nó cũng vô hiệu hóa đầu ra khi chúng ta đang
chuyển hàng.
• Chuyển hàng bằng cách dựa vào bảng 2.4 như đã đề cập, tức là dựa vào
trạng thái các chân A, B, C, D để chuyển tiếp các hàng.
• Kéo chân LAT và chân OE ở mức cao cao một lần nữa, cho phép đầu ra và
đóng chốt để chúng ta có thể xuất dữ liệu trong hàng tiếp theo.
Nếu chúng ta lặp lại các bước này đủ nhanh, mắt của mỗi người sẽ không thể biết rằng
chỉ một hàng tại một thời điểm được bật sáng và hình ảnh hoàn chỉnh sẽ xuất hiện trên
màn hình. Rõ ràng, khi chúng ta càng cần nhiều bit xung clock để đẩy dữ liệu ở mỗi
hàng, chu kỳ này càng chậm. Để giải quyết vấn đề này, các bảng RGB được xây dựng để
cho phép chúng ta mỗi lần thực hiện xung clock đẩy được 6 bit dữ liệu ở các chân R1,
G1, B1, R2, G2, B2 cho đèn LED màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương cùng một lúc. Trên
màn hình 32x64 của nhóm đang sử dụng,mỗi xung clock xuất xuất được 6 bit dữ liệu: 3
đại diện cho một pixel ở 16 hàng đầu tiên và 3 đại diện cho một pixel ở 16 hàng còn lại.
Mỗi chu kỳ đồng hồ trong trường hợp này đại diện cho 2 pixel của màn hình, do đó, để
ghi vào toàn bộ màn hình trong cả hai trường hợp sẽ mất 1024 chu kỳ đồng hồ. Với tốc
độ quét được mô tả trong bảng 2.4 có tỷ lệ quét 1:16, chúng ta đang hiển thị 128 pixel tại
bất kỳ thời điểm nào ở mỗi hàng.

11


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×