Máy bắn bóng bàn sử dụng stm32f4 kết nối smartphone bằng bluetooth

- Tổng quan về bộ môn thể thao bóng bàn và các phương pháp tập luyện bóngbàn hiện nay; - Nghiên cứu, khảo sát và đánh giá các loại máy bắn bóng bàn tập luyện hiệnnay; - Thiết kế, chế tạo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Tên đề tài: MÁY BẮN BÓNG BÀN SỬ DỤNG STM32F4 KẾT NỐI

Khoa Điện – Điện tử Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Đức Quận

Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Châu MSV: 1911505510206

MÁY BẮN BÓNG BÀN SỬ DỤNG STM32F4 KẾT NỐI SMARTPHONE

BẰNG BLUETOOTH.

- Các loại máy bắn bóng bàn đang sử dụng tập thể thao hiện nay;

- Nghiên cứu tài liệu liên quan đến phương pháp lập trình kết nối Smartphonebằng Bluetooth

- Tổng quan về bộ môn thể thao bóng bàn và các phương pháp tập luyện bóngbàn hiện nay;

- Nghiên cứu, khảo sát và đánh giá các loại máy bắn bóng bàn tập luyện hiệnnay;

- Thiết kế, chế tạo và lập trình điều khiển máy bắn bóng bàn sử dụng STM32F4kết nối Smartphone bằng Bluetooth;

- Nhận xét, đánh giá và hướng phát triển của đồ án

- Báo cáo đồ án tốt nghiệp;

- Máy bắn bóng bàn sử dụng STM32F4 kết nối Smartphone bằng Bluetooth;

- Chương trình điều khiển máy bắn bóng bàn;

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Nghiên cứu tổng quan về đề tài;

- Khảo sát, đánh giá các máy bắn bóng bàn được sử dụng trên thị trường ngàynay;

- Hiểu được cách lập trình dùng STM32 cho Máy bắn bóng bàn sử dụngSTM32F4 kết nối Smartphone bằng Bluetooth;

- Hoàn thành được máy bắn bóng bàn đúng tiến độ;

- Lắp ráp và vận hành được sản phẩm theo yêu cầu đề ra;

- Hoàn thành báo cáo đồ án

- Nghiên cứu tổng quan về máy bắn bóng bàn hiện nay, tìm hiểu về các loạimáy bắn bóng bàn, so sánh và rút ra phương án tốt nhất;

- Tính toán và nghiên cứu các lực tác dụng, gia tốc và vận tốc của máy bắn ra;

- Tính toán thiết kế mạch điều khiển và xây dựng bộ điều khiển cho máy bắnbóng bàn;

- Lập trình quy trình công nghệ cho máy bắn bóng bàn;

- Chạy thử nghiệm, nhận xét và đánh giá hướng phát triển trong tương lai

- Máy bắn bóng bàn điều khiển qua Smartphone bằng Bluetooth;

- Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Hoàn thành và nộp lại cho GVHD.

Xây dựng sơ đồ khối của mạch

Hiểu rõ nguyên tắc môn bóng bàn

Hoàn thành sơ đồ khối

Tổng hợp đầy đủ bảng linh kiện cần sử dụng

Hoàn thành được quy trình công nghệ

Hoàn thành các giai đoạn tính toán

Hiểu, nắm được nguyên lý hoạtđộng STM32 và cách kết nối Bluetooth

Code STM32 hoạt động ổn định

TS.Nguyễn Đức Quận Lê Hồng Châu

Đỗ Văn Trung

Để có được thành công của ngày hôm nay, không thể thiếu được sự trải nghiệm,học hỏi, giúp đỡ của những bậc thầy đi trước.

Lời đầu tiên, tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy, Côkhoa Điện – điện tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật - Đại học Đà Nẵng đã tạođiều kiện về thời gian để tác giả hoàn thành đồ án này Đặc biệt, tác giả muốn bày tỏ

sự cảm ơn chân thành đối với Thầy Nguyễn Đức Quận Trong suốt quãng thời gianthực hiện đồ án, thầy đã quan tâm, hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi nhất để nhóm hoànthành đồ án tốt nghiệp này Cuối cùng, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, cũng nhưbạn bè vì sự hỗ trợ, động viên, chia sẻ và giúp đỡ đội nhóm trong suốt quá trình họctập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Nhóm xin kính chúc quý Thầy, Cô, Ban lãnh đạo Trường Đại Học Sư Phạm KỹThuật - Đại học Đà Nẵng, cũng như bố mẹ và bạn bè có một sức khỏe dồi dào, gặpnhiều may mắn và thành công trong cả công việc và cuộc sống Mặc dù đã đượchướng dẫn một cách tận tình nhưng do kiến thức còn hạn chế, không tránh khỏi nhữngsai sót trong báo cáo đồ án tốt nghiệp Nhóm xin nhận được sự góp ý chân thành từquý Thầy, Cô trong hội đồng bảo vệ!

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Lê Hồng Châu – Đỗ Văn Trung

Nhóm xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng nhóm và đã đượchướng dẫn khoa học bởi TS.Nguyễn Đức Quận Các nội dung và kết quả nghiên cứutrong đề tài này được thực hiện bởi nhóm tôi, dựa vào một số tài liệu trước đó vàkhông sao chép từ bất kỳ tài liệu hay công trình nghiên cứu nào khác Mọi thông tin hỗtrợ cho đề tài được chính tác giả thu thập từ nhiều nguồn khác nhau và đều được ghi rõtrong phần tài liệu tham khảo Nếu có bất kỳ sự gian lận nào nhóm chúng tôi xin chịutrách nhiệm về phần nội dung đồ án của mình.

Đã bổ sung, chỉnh sửa theo đúng yêu cầu của Hội đồng chấm Đồ án tốt nghiệp.

Người thực hiện đề tài

Lê Hồng Châu

Đỗ Văn Trung

TÓM TẮT iii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP v

LỜI NÓI ĐẦU viii

LỜI CAM ĐOAN ix

MỤC LỤC x

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ xi

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xiv

MỞ ĐẦU xv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tổng quan về môn bóng bàn 1

1.1.1 Giới thiệu về môn bóng bàn [1], [2] 1

1.1.2 Các giải đấu bóng bàn nổi bật [4] 2

1.1.3 Các quy tắc khi chơi bóng bàn [5] 3

1.2 Các dụng cụ chơi bóng bàn 4

1.2.1 Bàn đánh bóng [3] 4

1.2.2 Vợt bóng bàn 5

1.2.3 Quả bóng bàn 5

1.3 Các phương pháp tập luyện bóng bàn 5

1.3.1 Kỹ thuật đánh bóng 5

1.3.2 Dùng máy để luyện tập bóng bàn một mình [8] 6

1.3.3 Dùng mặt tường tập đánh bóng [8] 6

1.3.4 Tập thể dục thể thao điều độ [8] 6

1.4 Một số máy bắn bóng bàn hiện nay 7

1.4.1 Máy bắn bóng bàn Y&T S27 [6] 7

1.4.2 Máy bắn bóng bàn Y&T A8 [6] 8

1.4.3 Máy bắn bóng bàn Newgy 2055 [7] 9

1.5 Đánh giá tổng quan 10

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ 11

2.1 Vi điều khiển 11

2.1.1 Giới thiệu [9] 11

2.1.2 Cấu trúc chung của vi điều khiển [10] 12

2.1.3 Ứng dụng của vi điều khiển [11] 14

2.2 STM32F4 15

2.2.1 Giới thiệu sơ lược STM32F4 [12], [13] 15

2.2.2 Đặc điểm STM32F4 17

2.2.3 Sơ đồ chân của STM32F4 [14] 18

2.2.4 Chức năng tích hợp trong STM32F4 [14] 24

2.2.5 Thiết bị ngoại vi và cảm biến của STM32F4 [14] 25

2.3 Chuẩn giao tiếp UART [18] 27

2.3.1 Giới thiệu 27

2.3.2 Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART 28

2.4 Tổng quan về App Inventor 28

2.4.3 Hướng dẫn cài đặt sử dụng App Inventor [19] 30

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY BẮN BÓNG BÀN SỬ DỤNG STM32 KẾT NỐI SMARTPHONE BẰNG BLUETOOTH VÀ THI CÔNG MẠCH 36

3.1 Thiết kế máy bắn bóng bàn sử dụng STM32 kết nối Smartphone bằng Bluetooth 36

3.1.1 Nguyên lý hoạt động 36

3.1.2 Phương án thiết kế 36

3.1.3 Lựa chọn thiết bị làm mạch 37

3.2 Tính toán các lực tác dụng [22], [23], [24] 41

3.3 Quy trình công nghệ 43

3.4 Thiết kế sơ đồ khối 45

3.5 Thiết kế từng khối 45

3.5.1 Khối xử lý trung tâm 45

3.5.2 Khối nhận truyền dữ liệu 48

3.5.3 Khối cơ cấu chấp hành 48

3.5.4 Khối điều khiển 49

3.5.5 Khối hiển thị 49

3.5.6 Khối nguồn 49

3.5.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 49

3.5.8 Nguyên lý hoạt động của mạch 50

3.6 Thi công phần cứng 51

3.6.1 Thi công board mạch 51

3.6.2 Thi công mô hình 53

3.7 Lập trình phần mềm 56

3.7.1 Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển 56

3.7.2 Lưu đồ giải thuật trên app 59

3.7.3 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển [22] 60

3.8 Hướng dẫn sử dụng, thao tác 61

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ, NHẬT XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 62

4.1 Kết quả đạt được 62

4.2 Kết quả thực nghiệm 62

4.2.1 Kết quả chạy mô hình 62

4.2.2 Kết quả app Inventor 63

4.3 Các yếu tố an toàn, vấn đề môi trường toàn cầu 65

4.4 Nhận xét và đánh giá 66

4.4.1 Nhận xét 66

4.4.2 Đánh giá 66

KẾT LUẬN 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 71

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Hình 1.1: Giới thiệu về môn thể thao bóng bàn 1

Hình 1.2: Mặt bóng bàn 4

Hình 2.3: Cổng vào/ra của thiết bị ngoại vi 13

Hình 2.4: Bộ định thời/đếm 14

Hình 2.5: Truyền nhận nối tiếp 14

Hình 2.6: Board STM32F411VTE Core M4 16

Hình 2.7: Sơ đồ bố trí chân của STM32F4 23

Hình 2.8: Truyền dữ liệu bằng UART 27

Hình 2.9: Giao diện của App Inventor 29

Hình 2.10: Giao diện tạo project mới 30

Hình 2.11: Đặt tên project 30

Hình 2.12: Giao diện chung 31

Hình 2.13: Cửa sổ thiết kế để di chuyển qua lại 32

Hình 2.14: Thuộc tính (Properties) 32

Hình 2.15: Phương thức (Methods) 32

Hình 2.16: Sự kiện (Events) 33

Hình 2.17: Xây dựng App qua apk 33

Hình 2.18: QR code ứng dụng của App Inventor 34

Hình 2.19: Giao diện trên điện thoại 34

Hình 2.20: Kết nối Bluetooth 34

Hình 2.21: Kết quả hoàn thành 35

Hình 3.1: Module Bluetooth HC-05 38

Hình 3.2: Mô tả sơ đồ chân của module Bluetooth HC-05 39

Hình 3.3: Các chân của module 40

Hình 3.4: Adapter 12V-2A 40

Hình 3.5: Motor giảm tốc 12V 41

Hình 3.6: Sơ đồ lực được phân bố trong mô hình 42

Hình 3.7: Sơ đồ khối của hệ thống 45

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 46

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý khối truyền nhận dữ liệu 48

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý khối cơ cấu chấp hành 48

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển 49

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 49

Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 50

Hình 3.14: Sơ đồ bố trí linh kiện 51

Hình 3.15: Layout mạch 52

Hình 3.16: Mặt trước hoàn thiện của mạch 53

Hình 3.17: Chạy thử mạch sau khi hoàn thành 53

Hình 3.18: Bộ thu hồi bóng 54

Hình 3.19: Lắp ráp hoàn thiện mô hình 55

Hình 3.20: Lưu đồ giải thuật chọn chế độ 56

Hình 3.21: Lưu đồ giải thuật ở chế độ Manual 57

Hình 3.22: Lưu đồ giải thuật ở chế độ điều khiển Smartphone 58

Hình 3.23: Lưu đồ giải thuật ở chế độ reset 59

Hình 3.24: Lưu đồ giải thuật gửi dữ liệu lên app Inventor 59

Hình 3.25: Phần mềm Keil C 60

Hình 3.26: Mô phỏng lập trình trên Keil C 60

Hình 3.27: Ứng dụng điều khiển trên hệ điều hành Android 61

Hình 4.3: Thanh công cụ để điều chỉnh 63

Hình 4.4: Màn hình hiển thị điều chỉnh 64

Hình 4.5: Giao diện của app sử dụng trên điện thoại 64

Hình 4.6: Thông tin về kết nối Bluetooth giữa điện thoại và module 65

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của máy bắn bóng bàn Y&T S27 8

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật máy bắn bóng bàn Y&T A8 9

Bảng 2.1: Một vài thông số kỹ thuật của STM32 16

Bảng 2.2: Tính năng và thông số kỹ thuật cơ bản của STM32F4 18

Bảng 2.3: Định nghĩa các chân cho module STM32F4 header 1 18

Bảng 2.4: Định nghĩa các chân cho module STM32F4 header 2 21

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của module Bluetooth HC-05 38

Bảng 3.2: Định nghĩa các chân cho module Bluetooth HC-05 39

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật Adapter 12V 40

Bảng 3.4 : Thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc JGB37-555 41

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc GA25 370 41

Bảng 3.6: Chức năng các chân STM32F4 sử dụng trong mạch 47

Bảng 3.7: Linh kiện sử dụng trong mô hình 52

STT Kí hiệu chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

7 GPIO General Purpose Input/Output Interface

19 UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter

Trong vài năm trở lại đây, sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ không chỉ mở ranhững cánh cửa mới cho sự tiện lợi mà còn tạo nên những trải nghiệm hoàn toàn mớitrong các hoạt động giải trí và thể thao Sự bùng nổ và phát triển nhanh chóng của kỹthuật số đang làm cho lĩnh vực tự động hóa trở nên ngày càng đa dạng và phong phúhơn bao giờ hết Điều này đặt ra những thách thức và cơ hội mới, đặc biệt là khi kỹthuật số đang thâm nhập sâu rộng vào mọi lĩnh vực của sản xuất, kinh tế và cuộc sống

xã hội Việc truyền thông tin một cách hiệu quả và linh hoạt trở nên cực kỳ quan trọng.Công nghệ truyền tin không dây ngày càng tiến xa, với công nghệ Bluetooth đặc biệt

đã trở thành một tiêu biểu, hiện diện trên hầu hết các thiết bị điện tử di động

Vì vậy, nhóm đã quyết định chọn đề tài “MÁY BẮN BÓNG BÀN SỬ DỤNG

STM32F4 KẾT NỐI SMARTPHONE BẰNG BLUETOOTH”, ứng dụng khoa học

công nghệ vào lĩnh vực thể thao, nhằm mục đích chính là phát triển một máy bắn bóngbàn tự động, sử dụng vi điều khiển STM32 để giúp cho người chơi tập luyện và cảithiện kỹ thuật chơi bóng bàn Máy này có khả năng phát bóng một cách chính xác vàđồng đều, giúp người chơi rèn luyện các kỹ thuật chính xác trong bóng bàn Điều đặcbiệt của đề tài này là khả năng kết nối Smartphone thông qua Bluetooth, điều này cóthể cho phép người dùng điều khiển máy bắn bóng bàn từ xa bằng ứng dụng trên điệnthoại, điều chỉnh tốc độ và hướng phát bóng và ghi lại dữ liệu thống kê về kỹ thuật vàhiệu suất chơi bóng bàn Đề tài này cũng liên quan đến việc nghiên cứu và phát triểnứng dụng của khoa học công nghệ trong thể thao và giáo dục Kết nối máy bắn bóngbàn với Smartphone qua Bluetooth là một ví dụ về việc sáng tạo và sử dụng công nghệ

để cải thiện cuộc sống hàng ngày

Về mục tiêu của đề tài bao gồm: Đầu tiên cần khảo sát, đánh giá các máy bắnbóng bàn được sử dụng trên thị trường ngày nay Bên cạnh đó còn biết cách lập trìnhdùng STM32F4 cho máy bắn bóng bàn để điều khiển các chức năng của máy như đolường và kiểm soát Sau đó, xây dựng một cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin và thiếtlập cách truyền dữ liệu giữa thiết bị và ứng dụng sử dụng App Inventor Tiếp theo, cầnphát triển một ứng dụng để giám sát và quản lý thiết bị từ Smartphone Cuối cùng,thiết kế và thi công mô hình của máy bắn bóng bàn sử dụng STM32F4 kết nốiSmartphone bằng Bluetooth, đảm bảo rằng tất cả các thành phần hoạt động cùng nhaumột cách hài hòa

Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm cả phần cứng và phần mềm của máy

gồm phần cứng và phần mềm, app Inventor để gửi và nhận dữ liệu Kiểm tra tín hiệukết nối giữa các khối trong hệ thống, hệ thống điều khiển từ phần cứng sang phầnmềm và cuối cùng là hệ thống bảo mật tối ưu nhất cho sản phẩm.

Đề tài gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Tìm hiểu về vi điều khiển và các công nghệ

Chương 3: Thiết kế máy bắn bóng bàn sử dụng STM32F4 kết nối Smartphonebằng Bluetooth và thi công mạch

Chương 4: Kết quả, nhận xét và đánh giá

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Chương này trình bày các phần: Khảo sát các loại máy bắn bóng bàn trên thịtrường hiện nay, phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy, các phương pháp tậpluyện và đánh giá tổng quan

1.1 Tổng quan về môn bóng bàn

1.1.1 Giới thiệu về môn bóng bàn [1], [2]

Bóng bàn hay còn được gọi với cái tên là ping pong, là một trong những môn thểthao phát triển và phổ biến trên khắp thế giới, đặc biệt ưa chuộng ở châu Á và châu

Âu Bóng bàn không chỉ là một môn thể thao giải trí mà còn giúp ích cho người chơi

có tinh thần và sức khỏe tốt, nó giúp cải thiện sự linh hoạt xử lý tình huống và tăngcường sức mạnh cơ bắp Dưới đây là một số giới thiệu cụ thể về môn bóng bàn:

Hình 1.1: Giới thiệu về môn thể thao bóng bàn

Lịch sử: Bóng bàn xuất phát từ Anh vào cuối thế kỷ 19, nhưng nó đã nhanh

chóng trở thành một môn thể thao quốc tế Trò chơi này được ra đời như một cách giảitrí trong các câu lạc bộ thể thao, sau đó trở thành môn thi đấu chính thức Năm 1921,

tổ chức bóng bàn được ra đời tại Anh và sau đó, Liên đoàn Bóng bàn Thế giới (ITTF)được thành lập vào năm 1926 London đã đăng cai tổ chức giải vô địch thế giới lầnđầu vào năm 1927 Bóng bàn chính thức trở thành môn thể thao thi đấu tại Thế vận hộinăm 1988 Hiện nay, bóng bàn là một trong các môn thi đấu quan trọng tại các sự kiệnthể thao lớn như Olympic và các giải đấu thế giới

Quy tắc cơ bản: Trong bóng bàn, hai người (đối đầu) hoặc bốn người (hai cặp

đôi) đấu nhau Mục tiêu của người chơi là gửi bóng qua mạng lưới ở giữa để đối thủkhông thể trả bóng lại Điểm số được tính bằng cách đưa bóng vào sân đối phương vàđối phương không thể trả lại hoặc khi đối phương mắc lỗi

Vật dụng: Trong bóng bàn, người chơi sử dụng một cái vợt để đánh bóng Bóng

bàn thường được chơi trên bàn có kích thước tiêu chuẩn và được chia thành hai phầnbởi mạng Quả bóng bàn nhỏ và nhẹ, thường là màu trắng hoặc cam

Các kỹ thuật cơ bản: Bóng bàn đòi hỏi sự nhanh nhạy, linh hoạt và kỹ thuật cao.

Các kỹ thuật cơ bản bao gồm: Giao bóng (serve), thuận lợi (forehand) và đảo lợi(backhand), cũng như việc di chuyển trên sân và đánh bóng bằng cách sử dụng kỹthuật spin để làm khó đối thủ

Tầm ảnh hưởng: Bóng bàn là một môn thể thao phổ biến tại các trường học, câu

ích về sức khỏe mà còn thúc đẩy tinh thần cạnh tranh và kỹ năng xã hội Ngoài ra,bóng bàn thường được sử dụng trong việc tập luyện thể thao chuyên nghiệp và giải trí.Tóm lại, bóng bàn là một môn thể thao phổ biến, kịch tính và đa dạng, thườngđược chơi tại các cấp độ từ giải trí cho đến chuyên nghiệp Nó thúc đẩy sự phát triểncủa sức khỏe, kỹ thuật và tinh thần cạnh tranh và đã có tầm ảnh hướng lớn trên toànthế giới.

1.1.2 Các giải đấu bóng bàn nổi bật [4]

Bóng bàn là môn thể thao phổ biến trên toàn thế giới và có nhiều giải đấu nổi bậttại cấp độ quốc tế và quốc gia Dưới đây là một số giải đấu bóng bàn nổi bật:

Olympic Games (Thế vận hội): Bóng bàn là một môn thể thao Olympic và được

tổ chức cả cho nam và nữ Cuộc thi Olympic bóng bàn luôn thu hút sự chú ý của hàngtriệu người hâm mộ theo dõi và đây đúng là một trong những sự kiện thể thao quantrọng nhất trên toàn cầu

Championships of Europe (Giải vô địch châu Âu): Được tổ chức hàng năm, giải

vô địch châu Âu là sân chơi cho các vận động viên bóng bàn hàng đầu châu Âu đểcạnh tranh và giành danh hiệu

Word Table Tennis Championships (Giải vô địch thế giới bóng bàn): Đây được

xem là sự kiện có quy mô lớn nhất trong thi đấu bóng bàn thế giới, được tổ chức hàngnăm hoặc hai năm một lần Nó thu hút các vận động viên hàng đầu từ khắp nơi trên thếgiới và cung cấp cơ hội để tranh tài ở cả cá nhân và đồng đội

Asian Games (Trò chơi châu Á): Bóng bàn là một môn thể thao quan trọng tại

Asian Games, một sự kiện thể thao lớn tại châu Á

ITTF World Tour (Hành trình thế giới ITTF): Hành trình thế giới ITTF là một

chuỗi các giải đấu bóng bàn quốc tế được tổ chức hàng năm tại nhiều quốc gia trêntoàn thế giới Các giải đấu này thu hút sự tham gia của các vận động viên hàng đầu vàcung cấp cơ hội cho họ cạnh tranh với nhau

National Championships (Giải đấu quốc gia): Hầu hết các quốc gia trên thế giới

đều tổ chức giải đấu quốc gia bóng bàn hàng năm, nơi các vận động viên tìm kiếmdanh hiệu quốc gia và cơ hội tham dự các sự kiện quốc tế

NCAA Table Tennis Championships (Giải đấu bóng bàn của NCAA): Ở Hoa Kỳ,

NCAA tổ chức giải đấu bóng bàn đội hình cho các đại học và trường cao đẳng, cungcấp cơ hội cho sinh viên thể hiện tài năng của họ

Ngoài ra, còn có nhiều giải đấu quốc gia và khu vực khác trên thế giới, giúp thúcđẩy và phát triển bóng bàn ở cấp độ địa phương và quốc gia

1.1.3 Các quy tắc khi chơi bóng bàn [5]

Khi chơi bóng bàn, cần tuân thủ một số quy tắc cơ bản để đảm bảo trò chơi diễn

ra công bằng và thú vị Dưới đây là các quy tắc quan trọng khi chơi bóng bàn:

Giao bóng (Serving)

Người giao bóng phải ném bóng lên ít nhất 16cm trước khi giao bóng

Bóng phải được ném lên từ bàn bóng bàn và phải đi qua mạng

Bóng phải tiếp xúc với bàn ở cả hai bên

Người giao bóng phải giữ một bộ phận của hai bàn tay của mình ở trên và phíasau bóng

Di chuyển trong quá trình giao bón

Người giao bóng không được di chuyển quá xa từ vị trí giao bóng

Đối thủ phải thấy bóng trước khi người giao bóng tạo cử chỉ giao bóng

Hướng bóng (Ball Placement

Bóng phải được đánh vào phần đối diện của bàn

Trong cả giao bóng và đánh bóng, bạn không được đánh bóng vào cạnh bàn hoặcđường biên

Thứ tự giao bóng (Serving Sequence)

Trong đường giao bóng, mỗi người chơi được giao bóng lần lượt sau mỗi 2 điểmđược ghi

Nếu tỷ số đạt đến 10-10, trận đấu tiếp tục cho đến khi một trong hai người chơi

có điểm cao hơn 2 điểm so với đối thủ (ví dụ: 13-11)

Mạng (Net)

Bóng phải đi qua mạng để được tính điểm

Nếu bóng chạm mạng trong quá trình giao bóng nhưng tiếp tục đi qua và chạmbàn của đối thủ, thì đó không được tính là một lỗi

Thời gian (Time)

Người tham dự (Spectators)

Người xem không được can thiệp vào trận đấu bằng cách tạo tiếng ồn hoặc giaotiếp với người chơi

Nhớ rằng có nhiều luật chơi cụ thể hơn trong bóng bàn và quy tắc có thể thay đổi tùytheo tổ chức giải đấu và cấp độ thi đấu Tuy nhiên, những quy tắc cơ bản trên đây sẽgiúp người mới bắt đầu chơi bóng bàn một cách đúng quy định

1.2 Các dụng cụ chơi bóng bàn [3]

1.2.1 Bàn đánh bóng

Bàn bóng bàn là một mặt phẳng có kích thước 2740mm x 1525mm x 760mm,nhẵn và đồng nhất Vật liệu làm bàn bóng bàn có thể là bất kì vật liệu nào thỏa mãn độnảy của bóng là 77%, thường thì bàn bóng bàn được làm bằng gỗ

Phần chân bàn bóng bàn:

Chân bàn bóng bàn là phần khung đỡ, để đưa bàn bóng bàn lên độ cao thích hợp.Khung chân bàn bóng bàn thường làm bằng khung thép hộp, có nhiều hình dạngkhác nhau nhưng phần khung chân phải đảm bảo đỡ bàn chắc chắn không nhô ra ngoàilàm ảnh hưởng đến vận động viên bóng bàn khi thi đấu

1.2.2 Vợt bóng bàn

Vợt có kích thước, hình dáng và trọng lượng có thể phụ thuộc vào sở thích cánhân của người chơi Cốt vợt phải có dạng phẳng và cứng, ít nhất 85% của cốt vợtphải làm bằng gỗ tự nhiên

Mặt đánh bóng của cốt vợt phải được phủ bằng mặt gai cao su thông thường, vớigai hướng ra ngoài Tất cả độ dày, bao gồm cả chất dính, không được vượt quá 2mm.Những quy định này giúp đảm bảo tính công bằng và chuẩn xác trong thi đấu bóngbàn

1.2.3 Quả bóng bàn

Quả bóng được sử dụng trong môn bóng bàn có đường kính 40mm, được sảnxuất từ chất liệu xen-lu-lô hoặc các loại nhựa dẻo tương tự với trọng lượng là 2,7g vàbên trong rỗng Thông thường, quả bóng có hai màu chủ đạo là trắng và vàng Chấtlượng và độ nảy của quả bóng thường phụ thuộc vào thương hiệu cụ thể và số lượngngôi sao được in trên bề mặt của nó

1.3 Các phương pháp tập luyện bóng bàn

1.3.1 Kỹ thuật đánh bóng

Nguyên lý xoáy trong bóng bàn: Khi mặt vợt tiếp xúc với quả bóng, nếu phươnghướng đánh của vợt đi qua tâm của quả bóng, lực tác động của vợt vào bóng được thểhiện qua một lực F, khiến cho quả bóng bị đánh đi mà không có sự tạo ra độ xoáy.Ngược lại, nếu phương hướng đánh không chính xác và không đi qua tâm của quảbóng, ngoài lực F, còn xuất hiện một lực ma sát giữa vợt và bóng Điều này làm choquả bóng khi bật ra khỏi mặt vợt có độ xoáy, tạo ra hiện tượng xoáy trong quá trìnhtương tác giữa vợt và bóng

Các dạng xoáy cơ bản của quả bóng có thể được phân loại thành ba loại chính:

Xoáy lên: Khi vợt chạm vào quả bóng ngoài lực tác động trực tiếp, còn có lực ma

sát giữa bề mặt của vợt và quả bóng Hướng của lực ma sát thường từ dưới lên trên,làm cho quả bóng di chuyển theo hướng xoáy lên trên

Xoáy xuống: Khi vợt chạm vào quả bóng ngoài lực tác động trực tiếp, còn có lực

ma sát giữa bề mặt của vợt và quả bóng Hướng của lực ma sát thường từ trên xuốngdưới, làm cho quả bóng di chuyển theo hướng xoáy xuống dưới

Xoáy ngang: Khi vợt chạm vào quả bóng ngoài lực tác động trực tiếp, còn có lực

ma sát giữa bề mặt của vợt và quả bóng theo hướng nghiêng sang phải hoặc sang tráilàm cho quả bóng xoáy ngang

1.3.2 Dùng máy để luyện tập bóng bàn một mình [8]

Tập luyện bằng máy tập không chỉ giúp người sử dụng có sự tự quản lý linh hoạthơn trong quá trình rèn luyện, mà còn giúp họ phát triển và tối ưu hóa kỹ thuật đánhbóng của mình Các máy tập hiện nay thường được trang bị với nhiều tùy chọn tốc độcho quả bóng, có thể điều chỉnh từ 30 đến 100 bóng mỗi phút

Khi mới bắt đầu tập luyện một mình với máy tập, người chơi có thể thiết lập tốc

độ quả bóng ở mức thấp và sau khi cảm thấy thoải mái, họ có thể tăng dần tốc độ Điềunày giúp họ cải thiện khả năng quan sát, nâng cao kỹ thuật và thời gian phản xạ

1.3.3 Dùng mặt tường tập đánh bóng [8]

Sử dụng mặt tường để tự tập bóng bàn, mặc dù không phải là phương pháp hoànhảo, nhưng lại được ưa chuộng bởi nhiều người Bạn có thể đặt bàn gần mặt tường vàthực hiện các cú đánh, quả bóng sẽ bật trở lại sau khi chạm vào tường

Cách tập bóng bàn này không chỉ giúp nâng cao kỹ năng chơi bóng bàn mà còngiúp tích lũy kinh nghiệm trong việc điều khiển bóng khi nó bật trở lại một cách hiệuquả Bởi vì quả bóng thường không di chuyển theo một quỹ đạo cố định, điều này sẽđóng góp quý báu cho việc rèn luyện kỹ năng phản xạ và đỡ bóng

1.3.4 Tập thể dục thể thao điều độ [8]

Một yếu tố quan trọng trong việc tham gia các hoạt động thể thao là không chỉcần rèn luyện kỹ năng mà còn phải chú trọng đến việc tăng cường thể lực để đối mặtvới những trận đấu khó khăn Rèn luyện không chỉ bao gồm kỹ thuật mà còn đòi hỏi

sự nhanh nhẹn, sức bền của chân và sức mạnh cơ lưng Giống như các môn thể thaonhư bóng đá, bóng chuyền và bóng rổ thì bóng bàn cũng đòi hỏi một trình độ thể thaocao

Vì vậy, khi tập luyện bóng bàn, việc thực hiện một loạt bài tập nhằm định hình

và điều hòa cơ thể là rất quan trọng Chạy bộ cũng được xem xét là một phương pháptuyệt vời để cải thiện kỹ năng trong bóng bàn, đồng thời mang lại nhiều lợi ích cho sứckhỏe và cơ thể của bạn

Kết luận phương pháp luyện tập tối ưu:

Sau khi khảo sát và tìm hiểu một số phương pháp luyện tập môn bóng bàn thìnhóm đưa ra kết luận chọn phương pháp dùng máy để luyện tập bóng bàn một mình làphương án tối ưu nhất Máy luyện tập không chỉ mang lại sự thuận tiện mà còn giúpngười chơi tập trung vào việc rèn luyện kỹ thuật mà không bị làm ảnh hưởng bởinhững người khác Bên cạnh đó, máy luyện tập bóng bàn còn giúp người chơi có tínhđộc lập có thể tự tập luyện mọi lúc khi có thời gian rảnh

1.4 Một số máy bắn bóng bàn hiện nay

1.4.1 Máy bắn bóng bàn Y&T S27 [6]

Máy S27 là sản phẩm lâu đời với chất lượng rất tốt từ thương hiệu Y&T Máyđược thiết kế đơn giản với một nóng bắn bóng, dành riêng cho đối tượng người mớichơi hay các bạn nhỏ để rèn luyện những kỹ năng cơ bản

Số lượng bóng phát ra nhiều nhất trong 1 phút: 85 quả.

Số lượng bóng phát ra ít nhất trong 1 phút: 25 quả

Góc độ bắn bóng: 0 – 40 độ

Lên đến 22 điểm rơi tùy theo thiết lập của người dùng

Chức năng khác: Điều khiển bằng màn hình LCD

Nhược điểm:

Giá thành cao không phù hợp với đối tượng mới tập chơi bóng bàn

Máy cần nguồn năng lượng liên tục để hoạt động, điều này có thể tăng chi phínăng lượng

Thông số kỹ thuật

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của máy bắn bóng bàn Y&T S27

1.4.2 Máy bắn bóng bàn Y&T A8 [6]

Máy A8 là sản phẩm lâu đời với chất lượng rất tốt từ thương hiệu Y&T Máyđược thiết kế đơn giản với một nòng bắn bóng, dành riêng cho đối tượng người mớichơi hay các bạn nhỏ để rèn luyện những kỹ năng cơ bản như đánh bóng thuận tay vàtrái tay

Số lượng bóng phát ra nhiều nhất trong 1 phút: 95 quả

Số lượng bóng phát ra ít nhất trong 1 phút: 25 quả

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật máy bắn bóng bàn Y&T A8

Hình 1.5: Máy bắn bóng bàn Newgy 2055

Giá sản phẩm: 21.000.000đ/chiếc

Tính năng và ưu điểm: Độ chính xác kỹ thuật số cho tốc độ bóng, vị trí và tần

số các điều khiển ngẫu nhiên có thể lựa chọn tạo ra một robot không thể đoán được(chế độ random) Đi kèm với 64 bài tập được lập trình trước cho các cấp độ chơi khácnhau Máy còn tập trung vào tập cho bộ phận di chuyển và các kỹ năng khác

Tính năng đa dạng: Các tính năng từ cơ bản đến nâng cao phù hợp với người mớibắt đầu

Điều chỉnh tốc độ và tần số phát bóng: Khả năng điều chỉnh tốc độ và tần số phátbóng giúp người dùng có thể điều chỉnh máy theo mức độ khác nhau phù hợp với khảnăng của mình

Bộ thu gom bóng: Tính năng thu gom bóng tiện lợi giúp tiết kiệm thời gian vàcông sức người chơi

Khả năng bảo trì: Các tính năng đơn giản, người dùng có thể dễ dàng sửa chữa

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ

Chương này sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về vi điều khiển STM32, các công nghệ

sử dụng, các chuẩn giao tiếp sử dụng trong mô hình Trình bày tổng quan app Inventor

và cơ sở dữ liệu Phương thức truyền nhận dữ liệu giữa thiết bị và app Inventor

2.1 Vi điều khiển

2.1.1 Giới thiệu [9]

Vi điều khiển (microcontroller) là một thiết bị điện tử tích hợp được sử dụng đểkiểm soát các hoạt động và chức năng trong các hệ thống nhúng (embedded systems).Chúng thường được thiết kế để thực hiện một loạt các nhiệm vụ và chức năng như xử

lý tín hiệu, giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và quản lý các tác vụ thời gian thực Dướiđây là một số điểm quan trọng về vi điều khiển

Kiến trúc và Bộ xử lý: Vi điều khiển thường được xây dựng dựa trên một số kiến

trúc cụ thể, thường là các phiên bản thu gọn của vi xử lý thông thường Ví dụ, một số

vi điều khiển sử dụng kiến trúc ARM Cortex-M, một loạt kiến trúc vi xử lý được pháttriển bởi ARM Holdings

Bộ nhớ: Vi điều khiển có bộ nhớ tích hợp để lưu trữ chương trình (ROM hoặc

Flash) và dữ liệu (RAM) Kích thước của bộ nhớ có thể thay đổi tùy thuộc vào loại vàphiên bản của vi điều khiển

Ngoại vi và giao tiếp: Vi điều khiển thường tích hợp các ngoại vi như cổng

UART, SPI, I2C, GPIO, ADC, PWM và nhiều ngoại vi khác để giao tiếp với các thiết

bị ngoại vi và cảm biến

Hệ điều hành thời gian thực (RTOS): Các bộ điều khiển có thể hỗ trợ hệ điều

hành thời gian thực (RTOS) để hiệu quả quản lý đồng thời các tác vụ và đảm bảo tínhthời gian thực cho các ứng dụng nhúng phức tạp

Môi trường phát triển: Các vi điều khiển thường được lập trình bằng các môi

trường phát triển tích hợp (IDE) như Keil, IAR, STM32Cube IDE và có thư việnchuẩn và công vụ hỗ trợ để phát triển ứng dụng

Hình 2.6: Hình ảnh vi điều khiển STM32

2.1.2 Cấu trúc chung của vi điều khiển [10]

Vi điều khiển là một thành phần quan trọng trong nhiều hệ thống điện tử vànhúng hiện đại Cấu trúc chung của vi điều khiển bao gồm nhiều thành phần cơ bản.Phần chính của nó là CPU, nơi thực hiện các phép toán và quản lý việc thực thi lệnh.Chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ Flash, trong khi RAM thường được sử dụng

để lưu trữ dữ liệu tạm thời EEPROM đảm bảo việc lưu trữ dữ liệu có thể được thayđổi điện tử

Read Only Memory (ROM): Là một dạng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các

chương trình mà không ghi chép các thay đổi vĩnh viễn Độ lớn của chương trình cóthể được điều chỉnh tùy thuộc vào dung lượng của bộ nhớ ROM Bộ nhớ ROM có thểtích hợp trực tiếp vào vi điều khiển hoặc được thêm vào như một chip ngoại vi, tùythuộc vào loại vi điều khiển được sử dụng

Nếu ROM được tích hợp như một phần của vi điều khiển, giá thành thường thấphơn và chương trình có thể được lưu trữ trong thời gian dài Tuy nhiên, điều này có thểdẫn đến giảm số lượng chân vào/ra của vi điều khiển, giới hạn khả năng tương tác vớicác thiết bị khác Ngược lại, việc thêm ROM như một chip bên ngoài có thể giảm chiphí của vi điều khiển và tăng khả năng lưu trữ chương trình

Random Access Memory (RAM): Bộ nhớ RAM là một loại bộ nhớ được dùng để

đáp ứng cho việc lưu trữ tạm thời dữ liệu và kết quả trung gian được tạo ra để phục vụquá trình vận hành của bộ vi điều khiển Thông tin trong bộ nhớ này sẽ bị xóa khinguồn cung cấp điện được ngắt

Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM): Đây được xem như là

một loại bộ nhớ đặc biệt chỉ xuất hiện trong một số loại vi điều khiển Bản chất của nócho phép thay đổi nội dung trong quá trình thực hiện chương trình, tương tự nhưRAM, nhưng đồng thời vẫn duy trì lưu trữ vĩnh viễn ngay cả khi mất nguồn điện,giống như ROM Thường được áp dụng để giữ lại các giá trị quan trọng được tạo ra và

sử dụng trong quá trình vận hành

Hình 2.7: Giao tiếp bộ nhớ

Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR): Đây là một phần của bộ nhớ RAM.

Chúng được thiết kế với mục đích cụ thể mà nhà sản xuất đã xác định trước và khôngthể thay đổi được Các bit của thanh ghi này được liên kết vật lý với các mạch trong viđiều khiển, bao gồm bộ chuyển đổi A/D, module truyền thông nối tiếp

Bộ đếm chương trình (Program Counter): Chương trình sẽ kích hoạt bộ đếm

chương trình khi nó chứa địa chỉ của ô nhớ chứa câu lệnh tiếp theo Sau mỗi lần thựchiện lệnh, giá trị của bộ đếm sẽ được tăng lên 1 Do đó, chương trình chỉ thực hiệnđược từng lệnh một trong một thời điểm

Central Processor Unit (CPU): Đây là một tổ chức chịu trách nhiệm quản lý và

giám sát mọi hoạt động nội bộ của vi điều khiển và người sử dụng không thể ảnhhưởng đến hoạt động của nó Cấu trúc này bao gồm nhiều đơn vị nhỏ, trong đó có cácthành phần quan trọng như: Bộ giải mã lệnh, Đơn vị Toán học Logic (ALU) và thanhghi tích lũy (Accumulator)

Các cổng vào/ra (I/O Ports): Để vi điều khiển có thể thực hiện các chương trình

hữu ích, việc quan trọng là kết nối nó với các thiết bị ngoại vi Mỗi vi điều khiểnthường được trang bị một hoặc nhiều thanh ghi, thường được gọi là cổng, mà nó liênkết với các chân để tạo ra kết nối với các thiết bị ngoại vi

Hình 2.8: Cổng vào/ra của thiết bị ngoại vi

Bộ dao động (Oscillator): Nó có một vai trò quan trọng trong việc đồng bộ hóa

hoạt động toàn bộ tất cả các mạch ở bên trong vi điều khiển Thường được tạo ra bằngthạch anh hoặc gốm để đảm bảo ổn định tần số Mặc dù tốc độ thực thi của các lệnhkhông phản ánh chính xác theo tốc độ của bộ dao động, vì mỗi câu lệnh phải trải quanhiều bước thực hiện, nhưng mỗi loại vi điều khiển đều đòi hỏi một số chu kỳ thờigian khác nhau để thực hiện mỗi lệnh

Bộ định thời/đếm (Timers/Counters): Thông thường đa số các chương trình sẽ sử

dụng bộ định thời trong quá trình thực thi của mình Thông thường, đây là các thanhghi đặc biệt có kích thước 8 hoặc 16 bit và sau mỗi xung dao động của đồng hồ hệthống, giá trị của chúng sẽ được tăng lên

Hình 2.9: Bộ định thời/đếm

Truyền thông nối tiếp: Hiện nay, thường các vi điều khiển được trang bị một số

bộ điều khiển truyền thông nối tiếp như một tiêu chuẩn thiết bị Nhưng phải phụ thuộcvào nhiều yếu tố khác nhau:

Bao nhiêu vi điều khiển mong muốn trao đổi dữ liệu

Khoảng cách để truyền/nhận.

Truyền/nhận có xảy ra đồng thời hay không

Tốc độ trao đổi dữ liệu như thế nào

Hình 2.10: Truyền nhận nối tiếp

2.1.3 Ứng dụng của vi điều khiển [11]

Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nhúng như điều khiểnthiết bị gia đình thông minh, ô tô, thiết bị y tế, thiết bị công nghiệp, điện tử tiêu dùng

và nhiều ứng dụng khác

Vi điều khiển là thành phần quan trọng trong nhiều sản phẩm và hệ thống kỹthuật số hiện đại và chúng giúp kiểm soát và tự động hóa các quy trình và chức năngquan trọng trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta

Giá thành thấp đã khiến cho chúng được tích hợp rộng rãi trong nhiều thiết bịthông minh sử dụng trong gia đình như tivi, máy giặt, điều hòa nhiệt độ và nhiều thiết

bị khác

2.2 STM32F4

2.2.1 Giới thiệu sơ lược STM32F4 [12], [13]

STM32 là viết tắt của “ST Microelectronics 32-bit” và nó có nguồn gốc từ têncủa hãng sản xuất Dòng sản phẩm STM32 được phát triển bởi STMicroelectronics vànhắm vào các thiết bị điều khiển 32-bit dựa trên kiến trúc ARM Cortex-M Dòng sảnphẩm STM32 được giới thiệu vào năm 2007 Đúng ngày ra mắt cụ thể của STM32 làngày 8 tháng 6 năm 2007

STMicroelectronics (ST): Đây là công ty sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực linhkiện điện tử, bao gồm các vi điều khiển, cảm biến, IC (Integrated Circuits) và nhiềusản phẩm khác Hãng này có trụ sở tại Geneva, Thụy Sĩ và có mặt trên khắp thế giới.32-bit: “32-bit” trong STM32 đề cập đến kiến trúc bộ xử lý chính của các vi điềukhiển trong dòng sản phẩm này Các vi điều khiển STM32 được xây dựng dựa trênkiến trúc ARM Cortex-M, mà ARM Holdings phát triển và chú trọng vào việc cungcấp hiệu suất và tính ổn định cho các vi điều khiển 32-bit

Một số sự kiện quan trọng liên quan đến dòng sản phẩm STM32 củaSTMicroelectronics qua các năm:

Năm 2007: Ra mắt dòng sản phẩm STM32 vào ngày 8 tháng 6 STM32 ban đầu

Năm 2010: STMicroelectronics giới thiệu dòng STM32 F2, sử dụng ARMCortex-M3, với các tính năng mở rộng và hiệu suất tăng cường.

Năm 2011: STM32F4 được giới thiệu, sử dụng ARM Cortex-M4 với FPU(Floating-Point Unit), cung cấp khả năng xử lý số thực động cao hơn

Năm 2014: STM32F7 ra đời, sử dụng ARM Cortex-M7, đưa hiệu suất củaSTM32 lên một tầm cao mới

Năm 2016: STMicroelectronics giới thiệu dòng sản phẩm STM32H7, sử dụngARM Cortex-M7 và Cortex-M4, mang lại hiệu suất cao và tích hợp ngoại vi mạnh mẽ.Năm 2018: STM32 MP1, một phiên bản đặc biệt của STM32 với CPU hai lõiCortex-A7 và một lõi Cortex-M4 được giới thiệu, hướng đến các ứng dụng đòi hỏi hệthống Linux và tích hợp thời gian thực

Năm 2020 và đến nay: STMicroelectronics tiếp tục cập nhật và mở rộng dòngsản phẩm STM32, giới thiệu các phiên bản mới với hiệu suất cải thiện, tích hợp ngoại

vi đa dạng và hỗ trợ cho các công nghệ mới

Hình 2.11: Board STM32F411VTE Core M4Bảng 2.3: Một vài thông số kỹ thuật của STM32

Cortex-M4Tốc độ xử lý

Tùy thuộc vào phiên bản cụ thể, tốc độ xử

lý có thể là 100 MHz, 168 MHz hoặc khácnhau

hơn

Ngõ vào ngoại vi

Như UART, SPI, I2C, GPIO, ADC, PWM,CAN, Ethernet, USB và nhiều ngoại vikhác

Tiêu thụ năng lượng Có chế độ tiết kiệm năng lượng để giảm

tiêu thụ năng lượng

Vi điều khiển STM32 hoạt động bằng cách thực hiện mã máy mà người dùng đãlập trình Các nhà phát triển có thể sử dụng các công cụ phát triển phổ biến như Keli,IAR Embedded Workbench hoặc STM32Cube IDE để viết mã và biên dịch chươngtrình

STM32 cũng hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình như C/C++ và ASM (Assembler).Các nhà phát triển có thể tận dụng các thư viện và tài liệu hướng dẫn doSTMicroelectronics cung cấp để phát triển ứng dụng trên nền tảng STM32

Phân biệt những loại STM32 [12], [14]

STM32 là một dòng vi điều khiển 32-bit với khả năng tương thích với các loại viđiều khiển ARM Cortex-MO, MO+, M3, M4 hoặc M7 Dưới đây là một số phiên bảnSTM32 phổ biến:

STM32F0: Sử dụng vi điều khiển ARM Cortex-MO, phiên bản này thường được

áp dụng trong các ứng dụng như điều khiển đèn LED, bàn phím, thiết bị điều khiểnnhiệt độ và các thiết bị nhỏ khác

STM32F1: Được trang bị vi điều khiển ARM Cortex-M3, STM32F1 phổ biến

trong các ứng dụng như điều khiển robot, hệ thống đèn giao thông, hệ thống đo lường

và các ứng dụng cao cấp khác

STM32F4: Sử dụng vi điều khiển ARM Cortex-M4, STM32F4 thích hợp cho các

ứng dụng đòi hỏi xử lý tín hiệu số và đồ họa tích hợp như hệ thống xử lý âm thanh, hệthống định vị toàn cầu (GPS) và hệ thống điều khiển đa trục

STM32H7: Với vi điều khiển ARM Cortex-M7, STM32H7 là phiên bản mạnh

mẽ thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng xử lý cao như điềukhiển robot phức tạp, hệ thống nhúng công nghiệp và các ứng dụng kiểm tra và xử lýtín hiệu nhanh

Sự khác biệt chính giữa các phiên bản này nằm ở tốc độ xử lý, dung lượng bộnhớ, chức năng điều khiển và tích hợp Các phiên bản mạnh mẽ thường có tốc độ xử lýcao hơn, nhiều bộ nhớ hơn và cung cấp nhiều tính năng phức tạp hơn Tuy nhiên, cácphiên bản khác cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng đơn giản và nhỏ gọn hơn,tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của dự án

Bảng 2.4: Tính năng và thông số kỹ thuật cơ bản của STM32F4

Tên Số Loại Chức năng

MEMS, DAC

Bảng 2.6: Định nghĩa các chân cho module STM32F4 header 2

Tên Số Loại Chức năng

Hình 2.12: Sơ đồ bố trí chân của STM32F4

2.2.4 Chức năng tích hợp trong STM32F4 [14]

2.2.4.1 Bộ nhớ

Bộ nhớ là một yếu tố quan trọng trong vi điều khiển STM32F4 và nó đóng mộtvai trò quan trọng trong việc lưu trữ mã chương trình ứng dụng và dữ liệu trong cácứng dụng nhúng Vi điều khiển STM32F4 tích hợp đa dạng loại bộ nhớ quan trọng, tạonên một môi trường linh hoạt cho việc phát triển các ứng dụng đa dạng

STM32F4 cung cấp tích hợp bảo mật cho Flash memory, bảo vệ mã chương trình

và dữ liệu tránh khỏi các mối đe dọa bảo mật bằng cách cung cấp các chức năng bảo

vệ và mã hóa Tích hợp này tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các ứng dụngnhúng phức tạp, cho phép lưu trữ mã chương trình, dữ liệu và cấu hình ứng dụng mộtcách an toàn và hiệu quả

2.2.4.2 Giao tiếp

STM32F4, là một trong những dòng vi điều khiển hàng đầu củaSTMicroelectronics, tự hào về tích hợp giao tiếp mạnh mẽ Với nhiều tùy chọn giaotiếp đa dạng, việc kết nối và tương tác với các thiết bị và mạng trở nên dễ dàng hơnbao giờ hết

Nó tích hợp nhiều cổng UART, SPI và I2C để truyền dữ liệu với các thiết bịngoại vi và cảm biến Điều này làm cho việc thu thập thông tin từ môi trường nhưnhiệt độ, áp suất hoặc cảm biến khí quyển trở nên đơn giản

Chức năng tích hợp giao tiếp này biến STM32F4 thành một giải pháp mạnh mẽcho các ứng dụng nhúng và điện tử đòi hỏi khả năng kết nối và tương tác đa dạng

2.2.4.3 Khả năng đo lường và kiểm soát

STM32F4 là một vi điều khiển đa năng tích hợp nhiều tính năng đo lường vàkiểm soát mạnh mẽ Với bộ chuyển đổi ADC cao cấp, nó có khả năng đo lường chínhxác tín hiệu analog từ cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất và nhiều cảm biến khác.Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đo lường vàgiám sát trong các lĩnh vực như y tế, môi trường và tự động hóa công nghiệp

Tổng cộng, STM32F4 là một nền tảng mạnh mẽ cho việc phát triển các ứng dụng

đo lường và kiểm soát, đáp ứng mọi yêu cầu từ tích hợp cảm biến đến quản lý thờigian và giao tiếp đa dạng

2.2.4.4 Sự tinh vi

STM32 hỗ trợ tối đa 12 kênh DMA (Direct Memory Access), mỗi kênh có khảnăng được sử dụng để truyền dữ liệu đến hoặc từ các thanh ghi ngoại vi Kích thướccủa dữ liệu truyền có thể 8/16 hoặc 32 bit Mỗi ngoại vi có thể được trang bị một bộđiều khiển DMA để thực hiện việc gửi hoặc truy vấn dữ liệu theo yêu cầu Sự có mặtcủa một bộ phân xử bus nội và ma trận bus giúp giảm thiểu xung đột truy cập bus giữaCPU và các kênh DMA, tạo điều kiện cho các đơn vị DMA hoạt động linh hoạt, dễdàng và tự động trong việc điều khiển các luồng dữ liệu bên trong vi điều khiển

2.2.4.5 Khả năng an toàn

Các tính năng này đặc trưng bao gồm một bộ phát triển điện áp thấp, hệ thốngbảo vệ xung Clock và hai bộ Watchdogs Watchdog cửa sổ là một trong những tínhnăng quan trọng, đòi hỏi phải được làm tươi trong một khung thời gian cụ thể Nếukhông làm tươi đúng hạn, hoặc làm tươi quá sớm hoặc quá muộn, Watchdog sẽ tựđộng kích hoạt Bộ Watchdog độc lập là một tính năng khác, đi kèm với bộ dao độngbên ngoài hoàn toàn độc lập với xung nhịp của hệ thống chính

2.2.4.6 Tính bảo mật

STM32F4 không chỉ là một vi điều khiển mạnh mẽ với hiệu suất cao mà còn làmột nền tảng tích hợp các tính năng bảo mật đáng tin cậy Chứa một loạt các chứcnăng bảo mật như phím bảo mật, khóa bảo mật, mã hóa và giải mã phần cứng, cũngnhư chế độ chống làm giả và bảo vệ thông tin bộ nhớ, STM32F4 giúp đảm bảo tính antoàn của ứng dụng và dữ liệu trong môi trường làm việc khắt khe ngày nay

Tích hợp mã hóa và giải mã phần cứng giúp bảo vệ dữ liệu quan trọng khỏi việctruy cập trái phép, trong khi chế độ chống làm giả phát hiện các nỗ lực thay đổi phầncứng hoặc can thiệp trái phép vào vi điều khiển Tất cả những tính năng này biếnSTM32F4 thành một nền tảng an toàn và đáng tin cậy cho các ứng dụng đòi hỏi bảomật cao

2.2.5 Thiết bị ngoại vi và cảm biến của STM32F4 [14]

Cổng âm thanh của STM32F4 được tích hợp để hỗ trợ việc xử lý âm thanh trongcác ứng dụng nhúng Cổng âm thanh này cho phép kết nối với các thiết bị âm thanhngoại vi như microphone, loa hoặc các mạch xử lý âm thanh khác để thu và phát âm

analog sang số, các kênh DAC (Digital-to-Analog Converter) để chuyển đổi tín hiệu sốthành analog và khả năng tương thích với các giao thức truyền dẫn âm thanh như I2S(Inter-IC Sound) hoặc S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface).

USB (Universal Serial Bus) là một trong những thiết bị ngoại vi quan trọng trên

vi điều khiển STM32F4 Nó cung cấp khả năng kết nối STM32F4 với máy tính hoặccác thiết bị khác thông qua giao thức USB, cho phép truyền dữ liệu, cung cấp nguồnđiện và thực hiện các tác vụ giao tiếp khác

sử dụng để kiểm tra hoặc kiểm soát chuyển động của một thiết bị

Cổng debug (Debug port) của STM32F4 thường là một giao diện quan trọngđược sử dụng trong quá trình phát triển, kiểm tra và gỡ lỗi phần mềm trên vi điềukhiển STM32F4 Cổng debug thường được thiết kế dựa trên các tiêu chuẩn giao tiếpnhư JTAG (Joint Test Action Group) hoặc SWD (Serial Wire Debug), tùy thuộc vàophiên bản và các tính năng cụ thể của vi điều khiển STM32F4

Nút nhấn và báo trạng thái (push buttons and status indicators) là các thiết bịngoại vi thường được tích hợp vào mạch vi điều khiển STM32F4 hoặc được kết nốivới nó để cung cấp giao diện người dùng và theo dõi trạng thái của hệ thống Dưới đây

là một số thông tin cụ thể như sau:

Nút nhấn (Push buttons): Nút nhấn là các công tắc hoặc nút ấn mà người dùng có

thể nhấn để thực hiện các hành động hoặc chức năng cụ thể Chẳng hạn, nút nhấn cóthể được sử dụng để bắt đầu một tác vụ, xác nhận lựa chọn, hoặc thay đổi cài đặt

STM32F4 thường được tích hợp với nhiều chân GPIO mà bạn có thể sử dụng để đọctrạng thái của các nút nhấn.

Báo trạng thái (Status indicators): Báo trạng thái là các đèn LED hoặc các thiết

bị hiển thị khác được sử dụng để truyền tải thông tin về trạng thái hoạt động của hệthống hoặc cung cấp thông tin cho người dùng Chẳng hạn, các đèn LED có thể sáng

để biểu thị rằng hệ thống đang hoạt động, đang kết nối với mạng, hoặc để hiển thịtrạng thái của các chức năng cụ thể Bạn có thể điều khiển trạng thái của các báo trạngthái này bằng cách thay đổi trạng thái chân GPIO tương ứng

Các nút nhấn và báo trạng thái thường là phần quan trọng của giao diện ngườidùng và giúp người dùng tương tác với thiết bị hoặc theo dõi trạng thái của hệ thống.Điều này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng nhúng nơi màn hình cảm ứng hoặc bànphím không có sẵn và người dùng cần cách khác để tương tác với thiết bị hoặc theodõi trạng thái hoạt động

2.3 Chuẩn giao tiếp UART [18]

2.3.1 Giới thiệu

UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver-Transmitter Đây là mộtmạch tích hợp được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bịngoại vi khác Mặc dù có nhiều giao tiếp mới được phát triển, nhưng UART vẫn đượctích hợp trong nhiều vi điều khiển hiện đại Tuy nhiên, tốc độ và tiêu thụ điện củaUART không thể so sánh với các phương tiện giao tiếp hiện đại, do đó một số máytính mới không còn tích hợp cổng UART

Giao tiếp SPI và I2C sử dụng một dây truyền dữ liệu (SDA) và một dây được sửdụng để truyền xung clock (SCL) để đồng bộ giao tiếp Tuy nhiên, UART không sửdụng dây SCL Điều này được giải quyết bằng cách sử dụng truyền UART giữa hai vi

xử lý, cho phép mỗi vi xử lý tạo ra xung clock riêng cho chính nó để sử dụng trongquá trình truyền dữ liệu

Để khởi đầu quá trình truyền dữ liệu qua UART, chúng ta gửi một bit START,tiếp theo là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền bằng một bit STOP