BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO oOo TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI HỆ THỐNG KHÓA TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN DẤU VÂN TAY GVHD THS ĐINH CÔNG ĐOAN SVTH Lê Văn Tùng – 2011[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA: ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO oOo - TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG KHÓA TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN DẤU VÂN TAY GVHD: THS ĐINH CÔNG ĐOAN SVTH: Lê Văn Tùng – 20110596 Nguyễn Phan Mạnh – 20110522 Nguyễn Viết Nguyên – 20110527 TPHCM, Tháng 5/2023 MỤC LỤC Lời cảm ơn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .5 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Định hướng thực CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT Giới thiệu linh kiện 2.1 STM32F1C8 2.2 Mạch nạp ST-LINK V2 12 2.3 Module Cảm biến vân tay AS608 13 2.4 Module Keypad4x4 servo 18 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 20 3.1 Yêu cầu sơ đồ khối hệ thống 20 3.2 Sơ đồ khối chức khối 20 3.3 Thiết kế hệ thống phần cứng 21 3.3.1 Khối cảm biến vân tay .21 3.3.2 Khối khóa mật keypad 22 3.3.3 Khối I2C hiển thị lên LCD 22 3.3.4 Khối xử lý trung tâm 23 3.3.5 Khối nguồn 24 3.3.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 26 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 27 4.1 Thi công hệ thống 27 4.2 Đóng gói thi cơng mơ hình Error! Bookmark not defined 4.3 Lập trình hệ thống 29 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 33 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 Lời cảm ơn Báo cáo môn học: Đồ án Thiết kế hệ thống nhúng với đề tài “Hệ thống mở cửa tự động quét vân tay mật dựa STM32” kết q trình cố gắng khơng ngừng nhóm giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, bạn bè Qua báo cáo chúng em xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ chúng em thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua Chúng em xin tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy Đinh Cơng Đoan trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết để chúng em hồn đồ án Bài báo cáo đồ án thực khoảng thời gian gần 12 tuần Bước đầu vào thực tế chúng em hạn chế nhiều bỡ ngỡ nên khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy để kiến thức chúng em lĩnh vực hoàn thiện đồng thời có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT Giới thiệu linh kiện 2.1 STM32F1C8 Hình 1.1 Board STM32F1C8 Những đặc điểm trội dòng ARM Cortex thu hút nhà sản xuất IC, 240 dòng vi điều khiển dựa vào nhân Cortex giới thiệu Khơng nằm ngồi xu hướng đó, hãng sản xuất chip ST Microelectronic nhanh chóng đưa dịng STM32 STM32 vi điều khiển dựa tảng lõi ARM Cortex-M3 hệ hãng ARM thiết kế Lõi ARM Cortex-M3 cải tiến từ lõi ARM7 truyền thống mang lại thành cơng vang dội cho cơng ty ARM • Một vài đặc điểm bật STM32 ST đưa thị trường dòng vi điều khiển dựa ARM7 ARM9, STM32 bước tiến quan trọng đường cong chi phí hiệu suất (price/performance), giá gần Euro với số lượng lớn, STM32 thách thức thật với vi điều khiển 16-bit truyền thống STM32 gồm 14 biến thể khác nhau, phân thành hai dòng: dịng Performance có tần số hoạt động CPU lên tới 72Mhz dịng Access có tần số hoạt động lên tới 36Mhz Các biến thể STM32 hai nhóm tương thích hồn tồn cách bố trí chân (pin) phần mềm, đồng thời kích thước nhớ FLASH ROM lên tới 512K 64K SRAM Nhánh Performance hoạt động với xung nhịp lên đến 72Mhz có đầy đủ ngoại vi, nhánh Access hoạt động với xung nhịp tối đa 36Mhz có ngoại vi so với nhánh Performance a Sự tinh vi Thoạt nhìn ngoại vi STM32 giống vi điều khiển khác, hai chuyển đổi ADC, timer, I2C, SPI, CAN, USB RTC Tuy nhiên ngoại vi có nhiều đặc điểm thú vị Ví dụ ADC 12-bit có tích hợp cảm biến nhiệt độ để tự động hiệu chỉnh nhiệt độ thay đổi hỗ trợ nhiều chế độ chuyển đổi Mỗi định thời có khối capture compare (dùng để bắt kiện với tính input capture tạo dạng sóng ngõ với output compare), khối định thời liên kết với khối định thời khác để tạo mảng định thời tinh vi Một định thời cao cấp chuyên hỗ trợ điều khiển động cơ, với đầu PWM với dead time (khoảng thời gian chèn vào hai đầu tín hiệu xuất PWM bù điều khiển mạch cầu H) lập trình đường break input (khi phát điều kiện dừng khẩn cấp) buộc tín hiệu PWM sang trạng thái an tồn cài sẵn Ngoại vi nối tiếp SPI có khối kiểm tổng (CRC) phần cứng cho 16 word hỗ trợ tích cực cho giao tiếp thẻ nhớ SD MMC STM32 có hỗ trợ thêm tối đa 12 kênh DMA (Direct Memory Access) Mỗi kênh dùng để truyền liệu đến ghi ngoại vi từ ghi ngoại vi với kích thước từ (word) liệu truyền 8/16 32-bit Mỗi ngoại vi có điều khiển DMA (DMA controller) kèm dùng để gửi đòi hỏi liệu yêu cầu Một phân xử bus nội (bus arbiter) ma trận bus (bus matrix) tối thiểu hoá tranh chấp bus truy cập liệu thông qua CPU (CPU data access) kênh DMA Điều cho phép đơn vị DMA hoạt động linh hoạt, dễ dùng tự động điều khiển luồng liệu bên vi điều khiển STM32 vi điều khiển tiêu thụ lượng thấp đạt hiệu suất cao Nó hoạt động điện áp 2V, chạy tần số 72MHz dòng tiêu thụ có 36mA với tất khối bên vi điều khiển hoạt động Kết hợp với chế độ tiết kiệm lượng Cortex, STM32 tiêu thụ 2μA chế độ Standby Một dao động nội RC 8MHz cho phép chip nhanh chóng khỏi chế độ tiết kiệm lượng dao động khởi động Khả nhanh vào thoát khỏi chế độ tiết kiệm lượng làm giảm nhiều tiêu thụ lượng tổng thể b Sự an toàn Ngày ứng dụng đại thường phải hoạt động môi trường khắc khe, địi hỏi tính an tồn cao, đòi hỏi sức mạnh xử lý nhiều thiết bị ngoại vi tinh vi Để đáp ứng yêu cầu khắc khe đó, STM32 cung cấp số tính phần cứng hỗ trợ ứng dụng cách tốt Chúng bao gồm phát điện áp thấp, hệ thống bảo vệ xung Clock hai Watchdogs Bộ Watchdog cửa sổ (windowed watchdog) Watchdog phải làm tươi khung thời gian xác định Nếu nhấn q sớm, q muộn, Watchdog kích hoạt Bộ thứ hai Watchdog độc lập (independent watchdog), có dao động bên ngồi tách biệt với xung nhịp hệ thống Hệ thống bảo vệ xung nhịp phát lỗi dao động bên (thường thạch anh) tự động chuyển sang dùng dao động nội RC 8MHz c Tính bảo mật Một yêu cầu khắc khe khác thiết kế đại nhu cầu bảo mật mã chương trình để ngăn chặn chép trái phép phần mềm Bộ nhớ Flash STM32 khóa để chống truy cập đọc Flash thơng qua cổng Debug Khi tính bảo vệ đọc kích hoạt, nhớ Flash bảo vệ chống ghi để ngăn chặn mã không tin cậy chèn vào bảng vector ngắt Hơn bảo vệ ghi cho phép phần lại nhớ Flash STM32 có đồng hồ thời gian thực khu vực nhỏ liệu SRAM nuôi nhờ nguồn pin Khu vực có đầu vào chống giả mạo (anti-tamper input), kích hoạt kiện ngắt có thay đổi trạng thái đầu vào Ngoài kiện chống giả mạo tự động xóa liệu lưu trữ SRAM nuôi nguồn pin d Phát triển phần mềm Nếu bạn sử dụng vi điều khiển dựa lõi ARM, cơng cụ phát triển cho ARM có hỗ trợ tập lệnh Thumb-2 dịng Cortex Ngồi ST cung cấp thư viện điều khiển thiết bị ngoại vi, thư viện phát triển USB thư viện ANSI C mã nguồn tương thích với thư viện trước cơng bố cho vi điều khiển STR7 STR9 Có nhiều RTOS mã nguồn mở thương mại middleware (TCP/IP, hệ thống tập tin, v.v.) hỗ trợ cho họ Cortex Dòng Cortex-M3 kèm với hệ thống gỡ lỗi hoàn toàn gọi CoreSight Truy cập vào hệ thống CoreSight thông qua cổng truy cập Debug (Debug Access Port), cổng hỗ trợ kết nối chuẩn JTAG giao diện dây (serial wire-2 Pin), cung cấp trình điều khiển chạy gỡ lỗi, hệ thống CoreSight STM32 cung cấp hệ thống điểm truy cập(data watchpoint) công cụ theo dõi (instrumentation trace) Cơng cụ gửi thơng tin ứng dụng lựa chọn đến công cụ gỡ lỗi Điều cung cấp thêm thơng tin gỡ lỗi sử dụng trình thử nghiệm phần mềm e Dịng Performance Access STM32 Họ STM32 có hai nhánh riêng biệt: dòng Performance dòng Access Dòng Performance tập hợp đầy đủ thiết bị ngoại vi chạy với xung nhịp tối đa 72MHz Dịng Access có thiết bị ngoại vi chạy tối đa 36MHz Quan trọng cách bố trí chân (pins layout) kiểu đóng gói chip (package type) dòng Access dòng Performance Điều cho phép phiên khác STM32 hoán vị mà không cần phải sửa đổi sếp lại footprint (mơ hình chân chip cơng cụ layout bo mạch) PCB (Printed Circuit Board) Hình 1.2 Sơ đồ chân STM32F103C8T6 Thơng số kỹ thuật board STM32F103C8T6 • Vi điều khiển: STM32F103C8T6 Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn cấp cho Vi điều khiển • • Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz • Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho ứng dụng RTC • Ra chân đầy đủ tất GPIO giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB… • Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset • Kích thước: 53.34 x 15.24mm • Sử dụng với mạch nạp: o ST-Link Mini o J-link o USB TO COM • Kết nối chân nạp ST-Link Mini • Nạp theo chuẩn SWD o TCK — SWCLK o TMS — SWDIO o GND — GND o 3.3V — 3.3V 2.1.1 Các chuẩn giao tiếp • 2.1.1.1 Chuẩn giao tiếp SPI STM32 cung cấp hai khối điều khiển SPI có khả chạy chế độ song công (full-duplex) với tốc dộ truyền liệu lên tới 18MHz khối SPI tốc độ cao nằm APB2, khối SPI tốc độ thấp nằm APB1 Mỗi khối SPI có hệ thống ghi cấu hình độc lập, liệu truyền dạng 8-bit 16-bit, thứ tự hỗ trợ trọng số cao(MSB) hay trọng số thấp(LSB) Chúng ta cấu hình SPI đóng vai trị master hay slave Chức SPI: SPI sử dụng phương thức truyền: Nối tiếp - đồng - song cơng • • • • • • Master Nối tiếp: Truyền bit liệu nhịp truyền Đồng bộ: Có xung nhịp đồng q trình truyền Song cơng : Cho phép gửi, nhận đồng thời SPI phương thức master – Slave Thiết bị đóng vai trị Master điều khiển xung đồng bộ(SCK) Tất thiết bị Slaver bị điều khiển xung đồng phát Hình 1.3 Giao thức Master – Slave giao tiếp SPI • Cấu hình ghép nối giao tiếp SPI: Cấu hình ghép nối thiết bị Hình 1.4 Giao nối thiết bị • Cấu hình ghép nối nhiều thiết bị Mô tả chân sử dụng giao tiếp SPI: MISO (Master Input Slave Output) MOSI (Master Output Slave Input) SCK: Xung đồng SS (Slave select): Chân chọn thiết bị (để thiết bị slave làm việc, chân SS phải giữ mức thấp) Các thiết bị sử dụng giao tiếp SPI đa dạng bao gồm : thẻ nhớ SD/MMC, nhớ , cảm biến ảnh, LCD, ADC…