Bản mềm đồ án KIT STM32

Mục lục LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1 1 Lý do chọn đề tài 1 1 2 Lịch sử nghiên cứu 2 1 3 Yêu cầu thiết kế 2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA ĐỀ TÀI 4 2 1 Chọn phương án thiết kế 4 2 2 Thiết kế và lựa chọn linh kiện cho từng modul 4 2 2 1 Modul nguồn 4 2 2 2 Modul xử lý trung tâm CPU 5 2 2 3 Modul LED đơn 8 2 2 4 Modul LED 7 thanh 9 2 2 5 Modul phím nhấn 4x4 11 2 2 6 Phím nhấn đơn 12 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MODUL 13 3 1 Sơ đồ khối 13 3 2 Sơ đồ nguyên lý 14 3 3 Sơ đồ đi dâ.

Mục lục DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi, ngày văn minh đại Trong đó, kỹ thuật điện tử có bước phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điều khiển tự động kỹ thuật vi điều khiển Ở nước ta nay, việc lập trình ghép nối máy tính với sử dụng vi điều khiển công cụ ứng dụng rộng rãi lĩnh vực tự động hóa Cơng nghệ phát triển nhanh chóng mang lại thay đổi to lớn sản suất sống ngày Đặc biệt, trường Đại học Cao đẳng nước việc sử dụng công nghệ khoa học kỹ thuật để chế tạo mơ hình có khả ứng dụng cao học tập điều mong mỏi không thầy mà cịn niềm mong đợi nhiều sinh viên Khoa Điện – Điện tử Xuất phát từ nhu cầu thực tế, trang thiết bị giảng dạy chưa đáp ứng đủ nhu cầu học tập sinh viên, chúng em nhận đề tài “Thiết kế chế tạo KIT thực tập Lập trình nhúng (Modul điều khiển trung tâm, modul nút nhấn, ma trận nút nhấn, led led đơn)’’ Dưới hướng dẫn nhiệt tình Th.S Nguyễn Thị Nhung với nỗ lực thành viên nhóm chúng em hồn thành đề tài giao Qua q trình học tập thực hành mơn “Hệ thống nhúng” chúng em có ý tưởng phát triển KIT thực hành cách hoàn thiện nhằm giúp sinh viên thực mục tiêu môn học đề Chúng em mong nhận đóng góp thầy bạn để sản phẩm chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực em với đề tài“Thiết kế chế tạo KIT thực tập Lập trình nhúng (Modul điều khiển trung tâm, modul nút nhấn, ma trận nút nhấn, led led đơn)’’ hoàn thành thời gian quy định Qua em xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy giáo khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, người truyền thụ tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm cho em suốt bốn năm học vừa qua Đó tảng cho việc thực đồ án chuyên ngành Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn cô Th.S Nguyễn Thị Nhung, cô theo dõi, dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đồ án Trong thời gian thực đồ án, em phải khó khăn sai xót, ln có phát gợi ý cho em tìm phương pháp khắc phục hồn thiện đồ án Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình người ln cổ vũ, ủng hộ, tạo điều kiện cho em vật chất tinh thần, cảm ơn bạn lớp, bạn khoa giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, góp phần hỗ trợ em trình học tập Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày tháng năm 2021 Sinh viên thực Vũ Công Vinh Kiều Văn Tá CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ, công nghiệp vi điện tử kỹ thuật số hệ thống điều khiển dần tự động hóa Với kỹ thuật tiên tiến vi xử lý, vi mạch số, ứng dụng vàolĩnh vực điều khiển, hệ thống điều khiển thô sơ với tốc độ chậm độ xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập sẵn Nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức cần thiết vi điều khiển Dựa tảng kiến thức môn học sinh viên tiếp thu môn học kỹ thuật chuyên nghành tiếp cận dễ dàng hợn với kỹ thuật, trang thiết bị đại Đồng thời cho phép sinh viên có nhìn trực quan kiểm chứng, khẳng định đắn kiến thức học Do việc đưa vào giáo trình phần xây dựng thiết kế Kit thực tập quan trọng thiết thực sinh viên… Sinh viên dùng Kit để điều khiển modul led đơn, led thanh, động bước, động chiều, led ma trận, LCD… Trong trường đại học, thiết bị thực hành môn học vi xử lý giáo viên giảng dạy môn học chế tạo sinh viên tự chế tạo hướng dẫn giáo viên, ưu điểm sản phẩm chế tạo nước giá thành rẻ mà chất lượng, mẫu mã không thua nước ngồi Cấu hình sản phẩm nội dung thực hành phù hợp với mục đích, chương trình đào tạo, với điều kiện học tập sinh viên nước nói chung sinh viên trường Đại học SPKT Hưng n nói riêng Xuất phát từ tình hình thực tế cần thiết đáp ứng nhu cầu thực hành q trình học tập mơn học vi điều khiển nói trên, việc thiết kế, xây dựng KIT thực tập với đầy đủ thành phần bản, vấn đề cần thiết nghành điện tử, tự động hóa trường Đại học SPKT Hưng Yên Đây vấn đề trọng tâm đồ án 1.2 Lịch sử nghiên cứu Trên giới có nhiều hãng nghiên cứu cung cấp thị trường nhiều mẫu KIT thực hành lập trình điều khiển hệ thống khác hãng Midas (Hàn Quốc), MikroElektronika (Website http://www.mikroelektronika.co.yu/ )và hãng OLIMEX(Website http://www.olimex.com) Đặc điểm sản phẩm mà hãngnày có tính mạnh, mẫu mã đẹp, phục vụ tốt nhu cầu thực hành môn học Tuy nhiên giá thành thiết bị đắt việc đặt mua không thuận tiện 1.3 Yêu cầu thiết kế Phần cứng Mục đích sản phẩm phục vụ cho việc đào tạo nên cấu hình cứng phải rõ ràng, dàn trải Kích thước KIT gọn nhẹ, dễ dàng di chuyển bảo quản Các thành phần KIT thể rõ ràng, dễ nhận biết, đặc điểm phân thành modul nhỏ liên kết với modul trung tâm BUS, điều giúp người học nhìn thấy cách trực quan thành phần thí nghiệm tiến hành Đồng thời việc tổ chức thành modul nhỏ tiện cho việc sửa chữa, thiết kế mở rộng, dễ dàng trọng việc thương mại hóa sản phẩm Phần mềm Sử dụng phần mềm có giao diện trực quan, dễ sử dụng ngơn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu Các thành phần thực hành Bộ thực hành có thành phần hệ lập trình cho phép người sử dụng tự phát triển ứng dụng KIT thực hành bao gồm modul: 1.CPU LED đơn LED Nút nhấn Ma trận nút nhấn 4x4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Chọn phương án thiết kế Vi điều khiển Họ vi điều khiển mà KIT chọn làm thành phần trung tâm họ STM32 lý sau đây: - STM32 họ vi điều khiển phổ biến nay, sử dụng rộng rãi ứng dụng công nghiệp việc chế tạo sản phẩn dân dụng - STM32 mơn học nằm chương trình đào tạo trường trung cấp, cao đẳng đại học nước, đối tượng cụ thể cho sinh viên bắt đầu nhập môn vi điều khiển Vì vậy, việc chọn họ STM32 làm thành phần trung tâm KIT phù hợp với chương trình đào tạo điều kiện học tập sinh viên 2.2 Thiết kế lựa chọn linh kiện cho modul 2.2.1 Modul nguồn a) Chức Cung cấp nguồn ni cho tồn KIT Đảm bảo nguồn dòng ổn định thực điều khiển modul KIT b) Thiết kế tính tốn Từ việc tính tốn modul giúp có tổng cơng suất nguồn, dịng điện điện áp cung cấp cho toàn mạch Theo việc thiết kế mainboard ta chạy tối đa modul mainboard thời điểm ta tính tốn cơng suất tồn KIT thơng qua modul có cơng suất lớn từ tính cơng suất KIT Theo tính tốn chúng em tính tốn modul có cơng suất tiêu thụ cao là: Modul LCD với thơng số: P = 787 mW I = 187 mA Modul led đơn: P = 1200 mW I = 240 mA Modul LED mattix: P = 790 mW I = 158 mA Modul RS232: P = 842 mW I = 168 mA Modul động bước động DC: P = 2.5W I = 500mA Từ thông số ta tính tốn cơng suất mạch nguồn dịng tổng là:PTổng = 5,619 W ITổng = 1,253 A Với giá trị tính tốn chúng em thiết kế mạch nguồn: Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý nguồn 2.2.2 Modul xử lý trung tâm CPU a) Chức Đây khối tiếp nhận điều khiển từ phần mềm hệ thống xử lí thơng tin liên quan đến hoạt động KIT Khối xử lí trung tâm làm việc không ngừng suốt thời gian làm việc độ bền bỉ khả xử lí nhanh chóng linh hoạt với tình phụ thuộc vào phẩm chất linh kiện mà sử dụng nguồn cung cấp cho hệ không ngồi lý trên, định cho khả hoạt động cho hệ thống b) Phân tích u cầu chọn linh kiện tính tốn  Yêu cầu chọn linh kiện - Có tảng hệ thống vi điều khiển - Khả ưu việt so với hệ thống số - Dễ sử dụng thiết kế ứng dụng - Có tài liệu liên quan - Khơng u cầu cao thiết kế phần cứng - Mua thị trường Việt Nam  Tính tốn thiết kế Việc chọn IC trung tâm họ STM32 sử dụng chip STM32F407 làm khối xử lí trung tâm theo u cầu mục đích đề tài Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý Modul CPU (Main) STM32 dòng chip phổ biến ST với nhiều họ thông dụng F0,F1,F2,F3,F4… STM32F407 thuộc họ F4 với lõi ARM COTEX M4 STM32F407 vi điều khiển 32 bit, Về STM32F407VGT6, trang bị 1MB Flash, 192KB RAM, tốc độ clock lên đến 168MHz Nó có đầy đủ chức vi điều khiển với: • • • • • • Chế độ tiết kiệm lượng Sleep, Stop Standby Bộ ADC 12 bit với 16 kênh 2.4 MSPS Bộ DAC 12 bit 12 Timers 16 bit timers 32 bit có hỗ trợ encoder Watchdog timers, RTC (Real Time Clock) 82 I/Os, CAN, I2C, SPI 42Mbits/s, I2S, USART, UART 10.5 Mbits • Ngồi cịn hỗ trợ DMA, USB OTG FS USB OTG FS/HS, Ethenet, camera 2.2.3 Modul LED đơn a) Chức Hiển thị trạng thái logic cổng Hiển thị ứng dụng đơn giản kết hợp với modul khác trạng thái Run/Stop Left/Right v.v… Trong phần hướng thiết kế tạo mơ hình giao thơng ngã tư để bạn lập trình điều khiển hệ thống giao thông từ đơn giản hiển thị trạng thái đèn kết hợp với modul led hiển thị thời gian cho đèn Hoặc ứng dụng riêng người dùng phát triển b) Thiết kế tính tốn Khơng giống Diode, LED sáng (Phân cực thuận) gây sụt áp vào khoảng 1,7 ÷ 2,5V tùy màu LED Và dịng định mức khoảng 10 ÷ 40 mA Khi ta có mạch điều khiển LED sau: 10 Hình 3.3 Sơ đồ Module Nút nhấn, Ma trận nút nhấn, LED đơn, LED 17 3.3 Sơ đồ dây Hinh 3.4 Sơ đồ mạch dây KIT Hinh 3.5 Sơ đồ mạch dây Module 18 3.4 Hình ảnh thực tế Hinh 3.6 Sơ đồ mạch bo KIT Hinh 3.6 Sơ đồ mạch bo Module 19 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Kết luận: Ưu điểm: Sau q trình nghiên cứu thi cơng, nhóm hoàn thành nội dung đề tài nêu 13 modul thiết kế chế tạo với mục đích sử dụng việc giảng dạy thực hành, thí nghiệm cho môn học Hệ thống nhúng Ứng dụng modul q trình giảng dạy khơng trường đại học, cao đẳng trung học chuyên nghiệp mà trường THPT đem lại nhựng hiệu tích cực Modul kiểm tra, khắc phục lỗi chạy ứng dụng tương ứng Với cá nhân nhóm, sau thực xong đề tài có thêm nhiều kiến thức cấu trúc phần cứng vi điều khiển, lập trình vi điều khiển thiết kế giao diện lập trình điều khiển hệ thống qua máy tính Đồng thời có thêm kinh nghiệm việc thiết kếvà đặc biệt có thêm kinh nghiệm tự tin trường tiếp xúc làm việc với nhà doanh nghiệp Nhược điểm Sau trình thực đồ án chúng em thấy mặt hạn chế kit sau: - Bộ kit thực hành chưa ứng dụng cao đời sống sản suất - Bộ KIT to cồng kênh - Thiết kế phức tạp  Hướng phát triển đề tài: Đề tài cho phép làm việc với loại chip họ STM32F4, khơng có chế độ kiểm tra để người dùng quan sát q trình hoạt động KIT Với hạn chế ta phát triển đề tài sử dụng loại chip khác PIC, AVR, … Xây dựng phần mềm tương tác KIT máy tính để mơ hoạt động KIT máy tính, giúp người dùng trực quan câu lệnh, hoạt động chip Sau hoàn thành đề tài chúng em học hỏi nhiều kiến thức kinh nghiệm bổ ích từ thầy cô bạn bè, phát triển KHKT nhu cầu xã hội trình ứng dụng tiến KHCN vào sản xuất Chúng em mong thầy cô giáo cho chúng em đề tài ngày thiết thực bạn sinh viên tích cực phát huy khả sáng tạo đưa ý tưởng đời sản phẩm mới, có chỗ đứng thị trường Xin chân thành cảm ơn thầy giáo bạn đóng góp ý kiến giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài Sinh viên thực Vũ Công Vinh Kiều Văn Tá TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bạch Hưng Trường Giáo trình kỹ thuật vi điều khiển ĐH sư phạm kỹ thuật Hưng Yên,2003 [2] Lâm Tăng Đức, Lê Tiến Dũng Giáo trình kỹ thuật vi điều khiển ĐH Đà Nẵng, 2006 [3] Ngô Diên Tập Vi điều khiển với lập trình C NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [4] TS Vũ Hồng Sơn Giáo trình Lập trình ứng dụng C Webside tham khảo: [5] [6] [7] [8] http://www.datasheetcatalog.com http://www.dientuvietnam.com http://www.diendandientu.com.vn http://www.atmel.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Chương trình test Module: *Chương trình test Module LED đơn: Nhấp nháy 16 led đơn sử dụng Port E /* void test_led_don(){ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,GPIO_PIN_All); HAL_Delay(300); // Tạo trễ 300 mili giây } */ *Chương trình test LED anot chung Tạo vịng lặp xuất mã led anot chung sử dụng Port E /* int32_t anot[]={0x00c0,0x00f9, 0x00a4, 0x00b0, 0x0099, 0x0092, 0x0082, 0x00f8, 0x0080, 0x0090}; void test_7thanh_anot(void){ for(i=0;i