bài tập lớn thiết kế hệ thống nhúng

Product Specification  Tên sản phẩm : Simple Music Keyboard  Purpose : Chức năng giải trí, phát nhạc, và có bàn phím như một chiếc piano  Sản phẩm có hình dạng của một chiến piano mi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD : Trương Quang Vinh

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 5

1 ĐẶC TẢ HỆ THỐNG 5

a Product Specification 5

b Engineering Specification 7

g Hardware Specification 11

h Software Specification 11

i Test Specification 11

2 Embedded Symstem Design Issues 12

a Constraint Issues 12

b Functional Issues 12

c Real – Time Issues 12

d Concurrent issues 12

e Reactive issues 13

3 Team Contract 13

4 Project Plan 14

II THIẾT KẾ 15

1 HARDWARE 15

a Schematics 15

b Mạch PCB 17

II KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 15

1 THI CÔNG 15

a Schematics 15

b Mạch PCB 17

2 THÀNH PHẨM 17

a Schematics 17

b Mạch PCB 17

3 KIỂM TRA 17

4 ĐÁNH GIÁ 17

I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1 ĐẶC TẢ HỆ THỐNG

a Product Specification

 Tên sản phẩm : Simple Music Keyboard

 Purpose : Chức năng giải trí, phát nhạc, và có bàn phím như một chiếc piano

 Sản phẩm có hình dạng của một chiến piano mini, có kích thước nhỏ gọn ( chiều dài khoảng 20cm)

 Sẽ có một hệ thống phím giống y như bàn phím piano thật, gồm hệ thống 7 nốt cơ bản ( Đô – Rê – Mi – Pha –Son – La – Si )

 Ngoài ra , sẽ có các nút nhấn khác dùng để chỉnh tone , cao

độ, độ ngân, độ lớn nhỏ của sản phẩm

 Ngoài chức năng cơ bản trên, nhóm còn tích hợp vào sản phẩm chức năng chạy bản nhạc sẵn có, bằng cách sử dụng remote (hoặc nút nhấn), bạn có thể chọn một trong những bài hát có sẵn để phát ra ngoài)

 Để sản phẩm thêm phần hấp dẫn, sản phẩm còn có một chiếc LCD, sẽ hiện thị trạng thái, nội dung bài hát khi đang chạy, cũng như cao độ khi mình nhấn các phím trên

 Function

 Các nút nhấn được vi điều khiển đọc đầu vào liên tục, khi nút bị nhấn, vi điều khiển sẽ phát ra loa âm thanh với tần số

(cao độ) tương ứng đã được định nghĩa sẵn

 Mạch bluetooth nhận tín hiệu từ remote sẽ được vi xử lí đọc tín hiệu sẽ phát bài hát tương ứng ra loa, đồng thời hiện thị nội dung trên LCD, các dải LED cũng sẽ được điều

khiển nháy thoe điệu nhạc

 Âm thanh sẽ to và rõ hơn nhờ sự trợ giúp của mạch khuếch đại âm và những bài hát có sẵn sẽ được lưu vào thẻ nhớ gắn ở SDcard Breakout Board

 Performance :

 Có thể chơi một bài hát đơn giản bằng các nốt cao độ

 Có hệ thống nâng và hạ tông

 Có thể chơi 5 bài hát mặc định

 Có thể dừng, phát tiếp hay chuyển bài

 Có led nhấp nháy theo điệu nhạc

 Mạch khuếch đại âm 6W : 20.000 VND

 SDcard Breakout Board : 10.000 VND

 Bên cạnh đó còn có thêm bread board nếu khách hàng yêu

cầu sử dụng, làm mạch in sẽ tiết kiệm được kích thước nhưng giá thành sẽ cao hơn

 Kích thước khoảng 20x20x10 cm, năng khoảng 500g

 Installation :

 Để nơi khô ráo thoáng mát, tránh ánh năng trực tiếp

 Ngoài ra có thể để bất cứ đâu trong nhà

 Mạch khuếch đại âm 6W

 SDcard Breakout Board

 Tụ điện 4700pF

 Bread Board ( Test)

 Remote , module bluetooth

 LED đơn

 Dây LED

 Nút nhấn có độ nhạy vừa phải

 Loa phát ra tiếng to vừa nghe, không bị rè

c Description :

 Thời gian trể không đang kể

 Delay tối đa 0.2s

 Đây coi như là một nhạc cụ, nhấn các nút thì sẽ gửi tín hiệu đến vi xử lý

và phát nhạc ra loa, hiện nội dung lên LCD và LED

 Có chống rung mỗi phím, hành trình phím dài

connect by wires and pin header 2mm pitch

 Chứa 3 loại tiếng bíp khác nhau: kéo dài 0.5 giây, kéo dài 2 giây

và liên hồi trong 10 phút

 Chứa dữ liệu cấu hình ( nhập đúng, nhập sai, sai 3 lần, âm lượng được cài đặt truóc

EEPROM capacity is 1KB(Atmega 328)

LM016L

http://iotsky.vn/san-duong-16x2.html

Speaker 8ohm 2 pins header SBM2

Rectifier diode 2 pins header SBU8J

Red led Through hole 1.63 - 2.03 (V)

7 Mạch khuếch đại âm 6W

8 SDcard Breakout Board

9 Tụ điện 4700pF

10 Bread Board ( Test)

11 Remote , module bluetooth

 Các nút nhấn được vi điều khiển đọc đầu vào liên tục, khi nút

bị nhấn, vi điều khiển sẽ phát ra loa âm thanh với tần số (cao

độ) tương ứng đã được định nghĩa sẵn

 Mạch bluetooth nhận tín hiệu từ remote sẽ được vi xử lí đọc tín hiệu sẽ phát bài hát tương ứng ra loa, đồng thời hiện thị nội dung trên LCD, các dải LED cũng sẽ được điều khiển nháy

thoe điệu nhạc

 Âm thanh sẽ to và rõ hơn nhờ sự trợ giúp của mạch khuếch đại

âm và những bài hát có sẵn sẽ được lưu vào thẻ nhớ gắn ở SDcard Breakout Board

h Software Specification

 Sử dụng arduino IDE và các thư viện, hàm có sẵn để thực hiện sản phẩm

 Code sẽ được nạp trực tiếp xuống Arduino

 Một số hàm được sử dụng

i Test Specification

 Devide :

 Voltage meter

 Bread board

 Dây cắm bread board

 Laptop ( sử dụng trang web nhận diện cao độ , độ

vang của âm)

 Test Processing

 Nhấn lần lượt các nút ( Đô – Rê – Mi – Pha – Son –

La – Si ) và kiểm tra cao độ , độ lớn …

 Nhấn các nút chức năng, cao độ, độ lớn, dừng, phát

xem có hoạt động tốt không

 Sử dụng remote để mở một bài hát bất kỳ, kiểm tra xem Loa phát nhạc có đúng và kịp thời không, LCD

có hiển thị đúng nội dung không và LED nhấp nháy

 Hiệu suất cao

 Dễ nhìn, các nút bấm phải dễ bấm, có độ nhạy vừa phải

b Functional Issues

 Nút nhấn dễ nhấn, cách xa nhau, an toàn không hở điện

 Loa phát ra âm nghe vừa phải , không chói tai, không gây ồn ào, đau

nhức

 Cao độ phát ra phải đúng thanh nhạc

 Không phát những bài hát không có bản quyền, gây phản cảm hay ảnh

hưởng đến chính trị, kinh tế

c Real – Time Issues

 LCD, phát bài nhạc cố định :

 Soft real-time system : Delay < 0.5s

 Các âm phát ra khi nhấn trên bàn phím

 Soft real-time system : Delay < 0.2s

d Concurrent issues

 Vi xử lí nhận tín hiệu từ các nút nhấn, remote và truyền ngay tới Loa, LCD và các dải LED để thực hiện các nhiệm vụ : phát nhạc, hiện thị nội dung và nháy

đền theo nhạc

Leader, system engineer

Đặng Phước Hoàng Minh

2 Design hardware Đặng Phước Hoàng Minh

3 Develop software Trần Việt Hưng

5.Integrate and test Lương Hữu Chung

Team meeting

14h30 , Wednesday, weekly

Team rules

1 Participate in all team meetings

2 Listen carefully to all comments at meetings

3 Complete all assigned tasks before deadlines

4 Focus on results rather than excuses after

5 Don’t offense together

6 Mutual trust

4 Project Plan

PROJECT PLANNING

Product name Simple Music Keyboard

Main features Like a mini pinano

Can play a song with button Play some default song with remote control Display contents in LCD and LED

Estimate time 3 months (8hour/ a day)

Estimate cost

Arduino UNO : 100.000 VND LCD – 16x2 – B : 30.000 VND

IC 74HC595 : 2000 VND Speaker 8 ohm : 30.000 VND Button : 10.000 VND

Biến trở 10K : 2.500 VND Mạch khuếch đại âm 6W : 20.000 VND SDcard Breakout Board : 10.000 VND

Tụ điện 4700pF : 1.000 VND Bread Board ( Test) : 20.000 VND Remote , module bluetooth : 10.000 VND

Dây LED : 10.000 VND Nguồn 5V : 20.000 VND Thẻ nhớ : 15.000 VND Tổng : 280.000 VND

Team members Student 1 : Leader

Student 2 ,3 : Hardware design Student 4,5 : Software design

Schedule Month 1 Month 2 Month 3

1 Design system architecture

2 Design hardware part

2 Design hardware part

2.2 Design interface

2.3 Implement hardware board

3 Develop software part

II THIẾT KẾ

1 HARDWARE

a Schematics

 Phần nhạc piano

3.1 Develop control algorithm

3.2 Develop driver, user

 Phần phát bài hát qua SD card

b Mạch PCB

2 SOFTWARE

a Lưu đồ giải thuật

b Giải thích giải thuật

+ Xác định tên công tắc menu, các giá trị tần số cho mỗi phím trong số 7 phím

START

Các phím piano được bấm

Phím menu được bấm

Phát nốt ra loa Delay 0.2s

Chuyển qua chế độ menu và

led sáng

Lệnh thoát menu

+ Vòng lặp phát hiện nút menu được bấm thì sẽ tắt tất cả các phím piano và bật

led để biết đang ở trong chế độ menu

Trong chế độ menu

+ Nhấn nút menu để qua lại các bài hát, nhấn bất kỳ phím đàn để phát bài hát

đang được hiển thị trên LCD

+ Màn hình LCD sẽ hiển thị bài hát đang phát, sau đó quay lại cùng 1 đeirm

trong menu khi bài hát kết thúc Từ đó có thể phát lại hoặc tiếp tục phát các bài hát có trong danh sách có sẵn

+ Nhấn đúp vào nút menu để khởi động lại menu từ đầu

+ Để quay lại sử dụng các phím đàn piano, hãy chuyển qua phần còn lại của

các bài hát trong menu Khi màn hình menu trống và các đèn led tắt các phím đàn piano sẽ hoạt động trở lại

III KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG

1 TIẾN HÀNH THI CÔNG

a Mô phỏng và chạy thử demo

- Để đảm bảo an toàn cho sản phẩm cuối cùng, cũng như chỉnh sửa

và bổ sung thêm tính năng cho sản phẩm

- Nhóm quyết định mô phỏng trước sản phẩm của mình, cụ thể là băng proteus và một số bên thứ 3 khác

- Kết quả chạy mô phỏng thành công

- Nhóm tiếp tục tiến hành cắm breadboard để test sản phẩm

- Kết quả cũng thành công

b Thi công

- Đi layout trên phần mềm Altium

- Sau khi thiết kế và làm mach in xong , kết hợp breadboard và VOM để test mạch (trước đó đã test trên phần mềm)

- Cuối cùng là kết nối các phần cứng lại với nhau

 Sử dụng nguồn nuôi từ adapter

hoặc jack cắm USB

3 KIỂM TRA

 Trong suốt quá trình thi công

cũng như thiết kế, nhóm test sản phẩm

Tài liệu tham khảo

[1] Slide thiết kế hệ thống nhúng – Thầy Trương Quang Vinh [2] Các tài liệu tham khảo trên internet