Báo cáo bài tập lớn học phần lập trình hệ thống nhúng mạch led matrix nháy theo nhạc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN LẬP TRÌNH HỆ THỐNG NHÚNG MẠCH LED MATRIX NHÁY THEO NHẠC HÀ NỘI – 2023  MỤC LỤC TÓM TẮT Bài báo cáo tập trung vào việc tạo hệ thống mạch đèn led nháy theo nhạc Trong  bài báo cáo, nhóm nghiên cứu phân tích hiểu cách thức hoạt động mạch tìm hiểu thành phần chức Sau đó, nhóm nghiên cứu thiết kế mạch có hiệu suất cao, nhằm nhận phản ứng với tín hiệu âm cách xác nhạy  bén Nhóm tìm hiểu phương pháp cơng nghệ để cải thiện hiệu suất mạch tạo hiệu ứng ánh sáng độc đáo đa dạng CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Lý nghiên cứu Trong thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa nay, chứng kiến  phát triển nhanh chóng ngành cơng nghệ Trong số ngành công nghệ phát triển không nhắc đến mạch đèn LED Mạch đèn LED nháy theo nhạc sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng, trang trí, biểu diễn âm nhạc, sân khấu, quảng cáo Mạch đèn LED nháy theo nhạc tạo hiệu ứng ánh sáng độc đáo hấp dẫn Nghiên cứu mạch giúp hiểu rõ cách thức hoạt động mạch cách tạo hiệu ứng ánh sáng khác Tính sáng tạo: Nghiên cứu mạch đèn LED nháy theo nhạc đòi hỏi sáng tạo việc thiết kế lập trình Nghiên cứu khám phá phương pháp công nghệ để tạo hiệu ứng ánh sáng độc đáo đáp ứng âm nhạc Ngoài nghiên cứu mạch đèn LED nháy theo nhạc cung cấp kiến thức điện tử, lập trình đồng thời giúp rèn kỹ thiết kế mạch lập trình Trong thực tế mạch đèn LED nháy theo nhạc sử dụng rộng rãi, ví dụ thiết  bị âm thanh, đèn trang trí, sản phẩm điện tử khác Nghiên cứu mạch đóng góp vào việc phát triển sản phẩm công nghệ Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu dự án nghiên cứu tập trung vào việc phân tích thành phần chức mạch, từ việc nhận tín hiệu âm đến việc điều khiển đèn LED nháy theo nhạc Một mục tiêu quan trọng thiết kế mạch có khả nhận  phản ứng với tín hiệu âm cách xác nhạy bén Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp công nghệ để cải thiện hiệu suất mạch Tạo hiệu ứng ánh sáng độc đáo đa dạng: Mục tiêu tập trung vào việc tạo hiệu ứng ánh sáng phù hợp với âm thanh, nhấp nháy theo nhịp điệu, thay đổi màu sắc theo tần số âm thanh, tạo hiệu ứng ánh sáng đồng với âm nhạc Đánh giá cải thiện hiệu suất mạch: Mục tiêu tập trung vào việc đánh giá hiệu suất mạch tìm hiểu cách cải thiện nó, ví dụ tối ưu hóa độ nhạy mạch, giảm tiêu thụ lượng, tăng độ tin cậy ổn định mạch Động nghiên cứu Theo suy nghĩ nhóm em âm nhạc có tác dụng tốt với sống người, giúp cho thư giãn đầu óc, ổn định tinh thần giảm stress học tập làm việc hiệu Như nhà soạn nhạc Beethoven từng viết “Âm nhạc khiến tinh thần người bộc phát đốm lửa” hạnh phúc kết hợp âm nhạc ánh sáng Vì vậy, nhóm em có ý tưởng làm mạch LED nháy theo nhạc để giúp người có phút giây thư giãn thoải mái sống Cấu trúc báo cáo Bài báo cáo chia thành nhiều phần để cung cấp nhìn tổng quan quy trình thiết kế triển khai hệ thống Cụ thể, báo cáo bao gồm phần sau: Giới thiệu, Nguyên lý hoạt động, Vật liệu kết nối, Chương trình Arduino, Cài đặt thử nghiệm, Kết phân tích, Kết luận Tài liệu tham khảo Chúng hy vọng báo cáo cung cấp thơng tin hữu ích làm rõ cách cảm  biến chuyển động Arduino sử dụng để tạo hệ thống thông minh tiết kiệm lượng sống hàng ngày Chương II: PHƯƠNG PHÁP, CÁCH TIẾP CẬN ĐỀ TÀI Giới thiệu mạch led nháy theo nhạc Nguyên lý hoạt động Led matrix sử dụng IC MAX7219 cách phổ biến để điều khiển nhiều LED 7segment LED ma trận 8x8 Để làm cho Led matrix nháy theo nhạc, bạn cần thực hiện.Đầu tiên kết nối Led matrix Arduino mạch điều khiển tương tự MAX7219 kết nối với Arduino thông qua giao tiếp SPI Thông qua ba chân: DATA IN, LOAD CS, CLOCK, bạn gửi liệu đến MAX7219 để hiển thị Led matrix.Nhận tín hiệu âm để nháy theo nhạc, bạn cần nguồn tín hiệu âm microphone cổng âm từ thiết bị khác.Xử lý tín hiệu âm liệu âm từ nguồn audio cần xử lý để rút trích thơng tin độ mạnh âm thời điểm Bạn sử dụng mạch xử lý âm điều khiển DSP để thực công việc này.Thực phân tích âm bước này, bạn sử dụng phép biến đổi Fourier phương pháp  phân tích tín hiệu khác để chuyển đổi tín hiệu âm thành dạng biểu đồ tần số độ mạnh tần số cụ thể.Điều khiển Led matrix dựa phân tích âm dựa kết phân tích âm thanh, bạn định cách hiển thị liệu Led matrix Ví dụ, bạn thay đổi màu sắc, độ sáng vị trí LED ma trận dựa thơng tin âm thanh.Lặp lại trình trình lặp lại liên tục để liên tục cập nhật hiển thị Led matrix dựa âm đầu vào Vật liệu kết nối   Thành phần bắt buộc   Arduino Nano Mô-đun hiển thị ma trận điểm MAX7219 (8×32) Cảm biến âm Dây kết nối Breadboard  Nguồn điện 5V Giới thiệu phận bảng thông báo không dây Hiển thị ma trận điểm Ma trận LED có sẵn thị trường với nhiều màu sắc khác màu đơn, màu kép màu RGB Chúng có sẵn kích thước khác 5×7, 8×8, 16×16, 8×32, 32×32, v.v   Màn hình ma trận LED × 32 vơ số Màn hình ma trận đơn kết nối nội Các hình có khả tách biệt với mơ-đun mang chip Maxim MAX7219 kết nối với kết nối nguồn liệu Đó lý hình bị hỏng, chúng dễ dàng thay Chip điều khiển LED MAX7219 Màn hình ma trận điều khiển theo hai cách Một cách song song liệu song song gửi đến hàng cột Cách thứ hai cách nối tiếp liệu gửi nối tiếp IC sử dụng để chuyển đổi liệu nối tiếp thành liệu song song MAX7219 trình điều khiển hiển thị cực âm chung với đầu vào nối tiếp đầu song song Nó sử dụng để kết nối vi xử lý vi điều khiển với 64 đèn LED riêng lẻ Ma trận LED 8×8 kết nối với MAX 7219 Dữ liệu đầu vào nhận từ bo mạch Arduino đến MAX7219 Kết nối mạch hiển thị quang phổ âm Kết nối mạch hoàn chỉnh để giao tiếp với Màn hình ma trận điểm LED 32×8 cảm  biến âm với Arduino Nano mô tả bên Cả Màn hình ma trận điểm cảm biến âm sử dụng nguồn điện 5V từ chân đầu Arduino Nano 5V Nhưng bạn sử dụng nguồn điện bên ngồi để cung cấp dòng điện tốt Chân liệu Analog cảm biến âm kết nối với chân A0 Arduino Nano   MẠCH CẢM BIẾN ÂM THANH KY-037 Cảm biến âm loại module sử dụng để nhận biết âm Nói chung, module sử dụng để phát cường độ âm Các ứng dụng module chủ yếu bao gồm cơng tắc, bảo mật, giám sát Độ xác cảm biến thay đổi để dễ sử dụng MẠCH ARDUINO Chương trình kết nối #include #include #include MD_MAX72XX disp = MD_MAX72XX(MD_MAX72XX::FC16_HW, 10, 4); arduinoFFT FFT = arduinoFFT(); double realComponent[64]; double imagComponent[64]; int spectralHeight[] = {0b00000000, 0b10000000, 0b11000000,   0b11100000, 0b11110000, 0b11111000,   0b11111100, 0b11111110, 0b11111111   }; int index, c, value; void setup() {   disp.begin();   Serial.begin(9600); } void loop() {   int sensitivity = map(analogRead(A6), 0, 1023, 50, 100);  Serial.println (analogRead(A6));   for (int i = 0; i < 64; i++)  {   realComponent[i] = analogRead(A0) / sensitivity;   imagComponent[i] = 0;  }   FFT.Windowing(realComponent, 64, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);   FFT.Compute(realComponent, imagComponent, 64, FFT_FORWARD);   FFT.ComplexToMagnitude(realComponent, imagComponent, 64);   for (int i = 0; i < 32; i++)  {   realComponent[i] = constrain(realComponent[i], 0, 80);   realComponent[i] = map(realComponent[i], 0, 80, 0, 8);   index = realComponent[i];   value = spectralHeight[index];   c = 31 - i;   disp.setColumn(c, value);  } } GIẢI THÍCH CODE  Mã bạn đưa có số thành phần quan trọng sử dụng thư viện arduinoFFT, MD_MAX72xx, SPI để điều khiển dải đèn LED 8x8 thực phân tích  biến đổi Fourier cho tín hiệu đầu vào từ cổng analog hiển thị kết lên dải đèn LED Dưới giải thích phần mã: #include: Đây câu lệnh để bao gồm thư viện cần thiết arduinoFFT sử dụng để thực phân tích biến đổi Fourier, MD_MAX72xx để điều khiển dải đèn LED, SPI giao thức liên quan đến giao tiếp ngoại vi MD_MAX72XX disp = MD_MAX72XX(MD_MAX72XX::FC16_HW, 10, 4): Khởi tạo đối tượng disp từ thư viện MD_MAX72xx để điều khiển dải đèn LED Đối tượng khởi tạo để sử dụng phần cứng FC16_HW với đường dẫn kết nối đèn LED thông qua chân 10 (DATA_IN) chân (LOAD_CS) arduinoFFT FFT = arduinoFFT(): Khởi tạo đối tượng FFT từ thư viện arduinoFFT để thực phân tích biến đổi Fourier double realComponent[64]; double imagComponent[64];: Khai báo hai mảng realComponent imagComponent để lưu trữ phần thực ảo liệu đầu vào Có 64  phần tử mảng, tương ứng với dải tần số phân tích int spectralHeight[]: Khai báo mảng spectralHeight chứa giá trị để vẽ đồ thị tín hiệu lên dải đèn LED Mảng sử dụng để hiển thị mức cao tần số tương ứng đèn LED int index, c, value: Khai báo biến index, c, value để sử dụng vòng lặp sau void setup(): Hàm setup() gọi lần bắt đầu chương trình Trong hàm này: disp.begin() gọi để khởi tạo dải đèn LED Serial.begin(9600) sử dụng để bắt đầu giao tiếp serial với tốc độ baud 9600 void loop(): Hàm loop() chứa mã chương trình thực thi lặp lặp lại Trong hàm này: sensitivity tính dựa giá trị đọc từ cổng analog A6, ánh xạ từ 0-1023 sang 50-100 Giá trị sử dụng để điều chỉnh độ nhạy đầu vào Dữ liệu từ cổng analog A0 đọc lưu vào mảng realComponent với điều chỉnh độ nhạy Sau đó, liệu realComponent chuẩn bị tính tốn phân tích biến đổi Fourier Kết hiển thị lên dải đèn LED thông qua việc ánh xạ giá trị realComponent sang spectralHeight hiển thị cột dải đèn LED tương ứng với mức cao tần số Kết phân tích TÀI LIỆU THAM KHẢO HƯỚNG DẪN Báo cáo tập lớn học phần Hình thức báo cáo tổng kết tập lớn học phần 1.1 Báo cáo phải trình bày ngắn gọn, rõ ràng, mạch lạc, sẽ, khơng tẩy xóa, có đánh số trang, đánh số bảng biểu, hình vẽ, đồ thị 1.2 Khổ giấy A4 (210 x 297 mm); 1.3 Số trang từ 20 trang đến 25 trang (khơng tính mục lục, tài liệu tham khảo phụ lục);  phông chữ Time New Roman, cỡ chữ 13- 14; dãn dòng: 1,3 - 1,5 line; lề trái cm; lề phải, lề trên, lề dưới: cm 1.4 Số thứ tự trang phía trang giấy 1.5 Không gạch từ, câu báo cáo tổng kết, không viết lời cảm ơn Báo cáo tổng kết đề tài trình bày theo trình tự sau 2.1 Trang bìa (Hình1); (in bìa xanh)(khơng đánh số trang) 2.2 Mục lục (trong mục lục bắt đầu danh mục bảng biểu đánh số trang i, danh mục hình vẽ ii, danh mục chữ viết tắt ii, sau từ trang mở đầu đánh số trang 1, tất đánh dấu trang đầu trang giấy) 2.3 Danh mục bảng biểu: Bảng phải đánh số thứ tự có tiêu đề Bảng, số thứ tự tiêu đề  bảng để cỡ chữ 13-14 Bảng phải có trích dẫn nguồn gốc rõ ràng, xác (trích nguồn để chữ thường, nghiêng, phải) Tiêu đề đặt phía bảng, in đậm, nghiêng 2.4 Danh mục sơ đồ, hình vẽ: Hình phải đánh số thứ tự có tiêu đề Tiêu đề để cỡ chữ 13-14 Hình phải có trích dẫn nguồn gốc rõ ràng, xác Tiêu đề đặt phía hình, in đậm, nghiêng 2.5 Danh mục từ viết tắt (xếp theo thứ tự bảng chữ cái); 2.6 Mở đầu: Giới thiệu tóm tắt đề tài thực Thời gian thực hiện: tháng (từ tháng … năm đến tháng … năm …)  Nhóm sinh viên gồm: TT Họ tên Lớp Nguyễn Văn A Nguyễn Thị B … Giảng viên hướng dẫn: ………………………………… Dự kiến sản phẩm: - Báo cáo tập lớn học phần: - Hệ thống … 2.7  Nội dung báo cáo gồm: Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu - Giới thiệu, phân tích nội dung nghiên cứu thực về:  + Hệ thống nhúng  + Lập trình hệ thống nhúng: công cụ ngôn ngữ  + Hệ thống nghiên cứu thực  + Board nhúng cảm biến sử dụng hệ thống Chương Lập kế hoạch thực hiện, phân tích đánh giá hệ thống cần xây dựng - Xây dựng kế hoạch thực tập lớn học phần Lập bảng kế hoạch thực (Thời gian thực hiện, tiến độ thực hiện, kết quả) thống kê theo thành viên theo nhóm - Xác định hệ thống cần xây dựng (xác định toán cần thực hiện) - Phân tích hệ thống cần xây dựng Chương Xây dựng hệ thống - Xây dựng hệ thống với thiết bị vật lý - Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống - Vận hành thử nghiệm hệ thống kết thử nghiệm 2.8 Kết luận kiến nghị:  Những nội dung thực hiện:  Những nội dung chưa thực hiện:  Những khó khăn, vướng mắc (nếu có) Hướng giải (nếu có) Ứng dụng/sử dụng thực tiễn (nếu có) 2.9 Tài liệu tham khảo bao gồm tài liệu trích dẫn, sử dụng đề cập tới để nghiên cứu bàn luận báo cáo (được xếp theo thứ tự bảng chữ cái); trình  bày theo trình tự: văn pháp qui; giáo trình, báo, tạp chí; viết tác giả; tài liệu trang thông tin điện tử… (và đưa lên trích dẫn báo cáo để ký hiệu theo số  thứ tự TLTK danh mục, ví dụ [1]) - Tài liệu tham khảo xếp riêng theo ngôn ngữ (Việt, Anh, Pháp, Đức, Nga, Trung,  Nhật, …) Các tài liệu tiếng nước phải giữ nguyên văn, không phiên âm, không dịch, kể tài liệu tiếng Trung Quốc, Nhật… (đối với tài liệu ngơn ngữ cịn người  biết thêm phần dịch tiếng Việt theo tài liệu) - Tài liệu tham khảo xếp theo thứ tự ABC theo họ tên tác giả theo thông lệ nước + Tác giả người nưới ngoài: xếp thứ tự ABC theo họ + Tác giả người Việt Nam: xếp theo thứ tự ABC theo tên giữ nguyên thứ tự thông thường tên người Việt Nam, không đảo tên lên trước họ + Tài liệu tên tác giả xếp theo thứ tự ABC từ đầu tên quan ban hành báo cáo hay ấn phẩm, ví dụ: Tổng cục Thống kê xếp vào vần T, Bộ Giáo dục Đào tạo xếp vào vần B, v.v… - Tài liệu tham khảo sách, luận án, báo cáo phải ghi đầy đủ thông tin sau: + Tên tác giả quan ban hành (khơng có dấu ngăn cách) + (năm xuất bản), (đặt ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn) + Tên sách, luận án báo cáo (in nghiêng, dấy phẩy cuối tên) + nhà xuất bản, (dấu phẩy cuối tên nhà xuất bản) + nơi xuất bản, (dấu chấm kết thúc tài liệu tham khảo) (xem ví dụ trang tài liệu tham khảo số 2, 3, 4, 23, 30, 31, 32, 33) - Tài liệu tham khảo báo tạp chí, sách… ghi đầy đủ thông tin sau: + Tên tác giả (khơng có dấu ngăn cách) + (năm cơng bố), (đặt ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn) + “tên báo”, (đặt ngặc kép, không in nghiêng, dấu phẩy cuối tên) + Tên tạp chí tên sách, (in nghiêng, dấu phẩy cuối tên) + tập (khơng có dấu ngăn cách) + (số), (đặt ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn) + Các số trang, (gạch ngang hai chữ số, dấu chấm kết thúc) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn A (2009), Giáo trình quản trị tài chính, Nhà xuất Thống kê, Hà Nội Bộ Công thương (2010), Báo cáo tổng kết năm…., Hà Nội Trần Sơn Hải (2011),  Phát triển nguồn nhân lực ngành du lịch khu vực duyên hải Nam Trung   Bộ Tây Nguyên, Luận án Tiến sĩ Quản lý hành cơng, Học viện Hành chính, Hà Nội Lê Xuân H & Nguyễn Thị B (2009), “Tổng quan kinh tế Việt Nam năm 2010 khuyến nghị sách cho năm 2011”, Tạp chí Y, số 150, tr 7-13 Nguyễn Hữu Lam (2007), Quản lý tri thức - Một xu hướng quản trị kinh doanh đại Http://saga.vn/Kynangquanly/Lythuyetquantri/6869.saga Truy cập ngày 28/10/2008 Thủ tướng phủ (2013), Quyết định phê duyệt “ Quy hoạch tổng thể phát triển du lịch Việt   Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030”, Quyết định 201/QĐ-TTg ngày 22 tháng 01 năm 2013 Tiếng Anh Anderson J.E (1985), The Relative Inefficiency of Quota, The Cheese Case, American  Economic Review, 75(1), pp 178- 90 Borkakati R P., Virmani S S (1997), Genetics of thermosensitive genic male sterility in Rice,  Euphytica 88, pp 1-7 Central Statistical Oraganisation (1995), Statistical Year Book, Beijing