Ứng dụng công nghệ thiết kế tự độngFPGA chế tạo các chíp điện tử
MỤC LỤC
NỘI DUNG CHÍNH CỦA BÁO CÁO
Công nghệ tự động thiết kế để chế tạo các chip đã có bề dày hơn 15 năm phát triển và hiện đang quy tụ vào một số công nghệ nổi trội là ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array) và CSoC (Configurable System on Chip). Các công nghệ này liên quan mật thiết với nhau và phát triển có tính thừa kế các ưu điểm, khắc phục nhược điểm của nhau. Sau đây là tóm tắt các tính chất nổi trội và hạn chế của từng công nghệ.
Về công nghệ FPGA (Field Programmable Gate Array)
Các loại SPLD quen thuộc là PAL (Programmable Array Logic của hãng Vantis), GAL (Generic Array Logic của hãng Lattice), PLA (Programmable Logic Array) và PLD (Programmable logic Device). Một chip FPGA gồm các khối logic (Logic blocks) được bao bọc bởi các khối vào ra có khả năng lập trình (Programmable I/O blocks) và các đường kết nối có khả năng lập trình (Programmable interconnect). Trên thế giới trong lĩnh vực đo lường và điều khiển công nghệ FPGA được ứng dụng trong các module I/O, các module thu thập dữ liệu (Data Acquisition) cho PC có bus ISA, PCI hoặc PC/104, PC104+.
Công nghệ CSoC (Configurable System on Chip) tái cấu hình hệ thống trong một chip
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển máy lạnh a. Chip DKML-1
- WatchDog được dùng đề phòng trường hơp hệ thống bị rơi vào trạng thái treo máy do bất kì lí do gì. + Module Buzzer, trực tiếp điều khiển loa tín hiệu bằng tần số âm thích hợp qua Port của chip, có hỗ trợ của mạch đệm công suất. + Module Quạt gió và máy nén, điều khiển các relay dóng cắt động cơ quạt gió và động cơ nén giàn nóng.
Dưới đây là sơ đồ chân vào ra của chip DKML-1
Đồng thời nó cũng xử lí kết hợp cả với thời gian hệ thống và liên quan tới các module xử lí On/Off và các module cập nhật thời gian, Bên cạnh đó nó còn xử lí cả các trạng thái của cờ SPEED và OSCILATION trong một số chức năng của chế độ, mức độ liên quan tới các trạng thái của hệ thống là lớn, nhiều module liên đới và cùng can thiệp nên khá phức tạp. Module Turn On dùng để khởi động máy hoàn toàn, khởi tạo các thiết lập phần cứng, khởi tạo thiết lập mềm báo máy bắt đầu hoạt động và dựng cờ báo cho module run mode, bật các đèn báo chế độ và đưa máy về chế độ cuối cùng của lần hoạt động trước, đưa cánh gió vào vị trí bắt đầu hoạt động. Chính vì vậy chương trình chính co tính chất rất compact nhỏ gọn: Sự khác nhau chủ yếu của hai chế độ chạy RUN (Emergency) và Remote Control là Emergency sẽ được thiết lập mặc định theo chế độ tự động vì người sử dụng không thể đặt các thông số hoạt động cho máy được, còn chạy bằng Remote Control thì chạy theo các thông số đã được thiết lập trước đó và có thể thiết lập lại.
Chip RM-1
Hệ thống kiểm soát xâm thực (ACCESS CONTROL) sử dụng thẻ RFID
Rất nhiều hệ thống tự động có sử dụng thẻ như các nhà băng, các trạm thu phí giao thông, hệ thống giao thông công cộng, các công trình văn hoá, và trong các nhà máy sản xuất…. Các hệ thống tự động dùng thẻ tiếp cận, RFID (Radio Frequency Identification) hiện đang được nhập vào Việt nam, tuy nhiên giá thành nhập thiết bị còn đắt và với phần mềm quản lý của nước ngoài ít phù hợp với Việt nam. Chúng tôi sử dụng Chip Module CY8C0105 của hãng SunMicro trên đó dùng PSoC CY8C27443 (28 pins, 16 Kbytes flash) để tạo chip đặc chủng cho đầu đọc thẻ tiếp cận theo sơ đồ nguyên lý ở hình trên.
Bộ điều khiển của hệ thống đóng mở cửa bằng thẻ tiếp cận sử dụng các khối chức năng của chip PSoC kết hợp với các phần cứng ngoại vi, được tích hợp trong một mạch điện tử. Mã thẻ được gửi tới modul truyền thông Rx8_1(Vào) và Rx8_2(Ra) đã được lập trình trong chíp xử lý PSoC dưới dạng tín hiệu ngắt, và được lưu vào bộ nhớ RAM của chip PSoC. Dữ liệu đọc về bao gồm thời gian yêu cầu xâm thực, được so sánh với thời gian tương ứng với mã thẻ đó được lưu trong Flash để quyết định xem có cho phép mở cửa hay không.
Sau đó, Bộ điều khiển ghi lại bản ghi thông tin về quá trình xâm thực vào trong EEPROM FM24C256, bao gồm các thông tin: mã thẻ (tương ứng với người xâm thực), trạng thái xâm thực (vào/ra), và thời gian xâm thực. Người quản lý có thể truy nhập vào trong Bộ điều khiển để đăng kí mã thẻ mới, xoá toàn bộ đăng kí cũ, đọc các thông tin đăng kí trong Flash, hoặc đọc bản ghi từ trong EEPROM qua mạng RS485. Thiết bị điều khiển của hệ thống đóng mở cửa bằng thẻ không tiếp xúc sử dụng các khối chức năng của chip PSoC kết hợp với các phần cứng ngoại vi, được tích hợp trong một mạch điện tử.
Trình thiết kế PSoC giúp người sử dụng có thể lựa chọn một cấu hình phần cứng cho PSoC có các chức năng mong muốn, viết mã ứng dụng để sử dụng PSoC và gỡ rối ứng dụng. Hệ thống kiểm soát xâm thực AC200 và hệ thống chấm công WT1000 là những hệ thống không thể thiếu trong việc kiểm soát an ninh, nhân sự ở các toà nhà cao tầng, công sở và các nhà máy sản xuất. Khác với các thiết bị nhập ngoại các mã thẻ được các công ty cung cấp thẻ ngoại quốc nạp sẵn thì hệ thống AC-200 và WT1000 của đề tài cho phép người sử dụng tự nạp lấy mã thẻ của mình.
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo Module thu thập dữ liệu PC/104 có khả năng tái cấu hình (RECONFIGURABLE PC/104 DATA
Mỗi cấu hình chỉ khác nhau về thiết lập cấu hình và chương trình trình điều khiển cho vi mạch điều khiển PSoC CY8C27643 và chức năng, địa chỉ của các thanh ghi được xây dựng trên chip FPGA EPF8282ALC-4. Tùy theo lệnh đọc (RD) hay ghi (WR) dữ liệu từ PC/104 với các thanh ghi của module, khối tạo tín hiệu điều khiển sẽ tạo ra tín hiệu DK với mức tích cực thấp, kết hợp với lệnh RD, sẽ cho phép vi mạch 74LS245 làm việc, điều khiển và đệm dữ liệu vào hay ra. Với khả năng tự động thay đổi cấu hình (Dynamic reconfig) của chip PSoC, chương trình điều khiển sẽ tự động lựa chọn cấu hình phần cứng cho chip PSoC tương ứng với cấu hình được lựa chọn, đồng thời sẽ tạo ra các tín hiệu điều khiển chip EPF8282ALC-4 hoạt động theo đúng cấu hình đó.
Bài toán đặt ra đối với cấu hình này là thiết kế một module có chức năng thu thập 16 kênh tín hiệu tương tự đầu vào, thực hiện biến đổi ADC với độ phân giải 12 bit, có 8 đường tín hiệu vào số IP, 8 đường tín hiệu ra số OP, cổng truyền thông không đồng bộ UART. Tín hiệu tương ứng trên đầu ra của thiết bị bám có sai số, với giá trị trung bình (nhỏ) của nó được xác định trên cơ sở thành phần tín hiệu tiền định đầu vào, còn phương sai được xác định bằng chất lượng lọc hay là mức độ khuếch đại của thành phần tạp. Như vậy để thoả mãn những yêu cầu trái ngược nhau đảm bảo là phẳng tốt nhất tín hiệu tạp (bộ lọc tinh, phản ứng chậm của hệ thống, thời gian tĩnh lớn hay dải tần số hẹp) và theo dừi chớnh xỏc cơ động của mục tiờu hay khả năng phản ứng tức thời (bộ lọc thô, phản ứng nhanh của hệ thống, thời gian tĩnh nhỏ hay dải tần số rộng) ta phải lựa chọn các tiêu chuẩn thỏa hiệp.
Mỗi cấu hình chỉ khác nhau về thiết lập cấu hình và chương trình trình điều khiển cho vi mạch điều khiển PSoC CY8C27643 và chức năng, địa chỉ của các thanh ghi được xây dựng trên chip EPF10KALC-84. Khối giải mã địa chỉ có chức năng thực hiện việc thiết lập địa chỉ cơ sở cho module và giải mã địa chỉ các thanh ghi đọc và thanh ghi viết sử dụng trong các chương trình lọc số liệu khác nhau. Tùy theo lệnh đọc (RD) hay ghi (WR) dữ liệu từ PC/104 với các thanh ghi của module, khối tạo tín hiệu điều khiển sẽ tạo ra tín hiệu DK với mức tích cực thấp, kết hợp với lệnh RD, sẽ cho phép vi mạch 74LS245 làm việc, điều khiển và đệm dữ liệu vào hay ra.
Các tín hiệu điều khiển Prog1, Prog2 và Prog3 được thiết lập trên J_Prg hoặc điều khiển bởi thiết bị bên ngoài, được đưa đến các chip PSoC nhận biết, tùy thuộc vào giá trị của hai tín hiệu điều khiển này, các chip PSoC sẽ tự động thay đổi cấu hình lọc tương ứng phù hợp với bài toán đặt ra.
