Luận văn Thiết kế và thi công hộp điều khiển thiết bị điện trong nhà (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế và thi công hộp điều khiển thiết bị điện trong nhà (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS. PHAN VÂN HOÀN SVTH: LÊ TẤN ĐẠT MSSV: 12141047 SVTH: LÊ VĂN HÙNG MSSV: 12141553 S K L 0 0 4 3 4 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: Th.s PHAN VÂN HOÀN SVTH: LÊ TẤN ĐẠT MSSV: 12141047 SVTH: LÊ VĂN HÙNG MSSV: 12141553 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2016
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: Th.s PHAN VÂN HOÀN SVTH: LÊ TẤN ĐẠT MSSV: 12141047 SVTH: LÊ VĂN HÙNG MSSV: 12141553 Tp. Hồ Chí Minh – 07/2016
4. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày tháng 7 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lớp: MSSV: Họ tên sinh viên 2: Lớp: MSSV: Tên đề tài: Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)
5. LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn do chúng tôi thực hiện. Nhóm thực hiện đề tài iv
6. LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện – Điện tử đã giảng dạy em trong suốt bốn năm học và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện tốt đề tài. Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là nguồn động viên to lớn về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học hành, để em có được tương lai, theo đuổi ước mơ và sự nghiệp. Đặc biệt cảm ơn thầy Phan Vân Hoàn đã tạo điều kiện và hướng dẫn em cách học tập cũng như nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng xin chúc gia đình, bạn bè và quý thầy, cô nhiều sức khỏe và thành công trong công việc. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài v
7. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng xii Tóm tắt xiii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu 2 1.3. Nội dung nghiên cứu 2 1.4. Giới hạn 3 1.6. Bố cục 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. Vi điều khiển 4 2.1.1. Bộ vi xử lý ARM CORTEX – M4 4 2.1.2. Vi điều khiển STM32F407 7 2.2. Module LCD TFT 24 2.3. Giao tiếp sdcard 25 2.4. Phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha 28 2.5. Tìm hiểu hệ điều hành Android 30 2.5.1. Khái niệm Android 30 2.5.2. Kiến trúc hệ điều hành Android 31 2.5.3. Sơ lược về lập trình ứng dụng cho android 34 2.5.4. Các thành phần cơ bản của một ứng dụng android 35 2.5.5. Chức năng giám sát bằng camera ip thông qua ứng dụng android 38 vi
8. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. 39 3.1. Giới thiệu 39 3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống. 39 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống 39 3.2.2. Thiết kế khối mạch công suất. 40 3.2.3. Khối Điều Khiển 45 3.2.4. Khối hiển thị giao tiếp với người dùng 47 3.2.5. Khối giao tiếp giải mã âm thanh. 48 3.2.6. Khối giao tiếp SD Card 51 3.2.7. Module wifi ESP8266 V12. 51 3.2.8.Khối cảm biến. 53 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 56 4.1. Giới thiệu. 56 4.2. Thi công hệ thống 56 4.2.1. Thi công bo mạch 56 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra 59 4.3. Đóng gói và thi công mô hình 60 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển 60 4.3.2. Thi công mô hình 61 4.4. Lập trình hệ thống 62 4.4.1. Lưu đồ giải thuật 62 4.4.2. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển. 69 4.4.3. Phần mềm lập trình cho điện thoại android. 74 4.5. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng,thao tác 81 4.5.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 81 4.3.2. Quy trình thao tác 81 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 85 5.1. Kết quả. 85 5.1.1. Kết quả nghiên cứu 85 5.1.2. Kết quả thi công 86 5.2. Nhận xét – Đánh giá 91 vii
9. CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 92 6.1. Kết luận 92 6.2. Hướng phát triển 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 94 viii
10. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1. Kiến trúc bộ vi xử lý ARM Cortex-M4 5 Hình 2.2. Lõi ARM7TDMI của Cortex-M4. 6 Hình 2.3. Kiến trúc đường ống của ARM Cortex-M4 6 Hình 2.4. Cấu trúc bus hệ thống 8 Hình 2.6. Sơ đồ khối SPI. 13 Hình 2.7. Phương thức truyền I2C. 14 Hình 2.8. Sơ đồ khối I2C. 15 Hình 2.9. Sơ đồ khối FSMC. 17 Hình 2.11. Sơ đồ khối Timer 1 20 Hình 2.12. Chế độ capture/compare kênh 1. 21 Hình 2.13. Dạng sóng Edge-alibned PWM. 22 Hình 2.14. Dạng sóng Center-aligned PWM 22 Hình 2.15. Chế độ half duplex của USART. 23 Hình 2.16. Chế độ hỗ trợ giao tiếp SPI của USART. 24 Hình 2.17. Màn hình LCD TFT. 24 Hình 2.18. Quá trình đọc dữ liệu của khối SDIO 27 Hình 2.20. Dạng sóng điện áp trong phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều. 28 Hình 2.21. Mạch điều chỉnh độ sáng cơ bản dùng vi xử lý. 29 Hình 2.22. Kiến trúc hệ điều hành Android. 32 Hình 2.23. Vòng đời của Activity. 36 Hình 2.24. Sử dụng Intent để trao đổi thông tin giữa hai chương trình. 37 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống. 39 Hình 3.2. Mạch nguồn 5V sử dụng LM2576. 41 Hình 3.3. Mạch phát hiện điểm 0. 42 Hình 3.4. Mạch chuyển đổi công suất. 43 Hình 3.5. Mạch PWM 0-16VDC. 44 Hình 3.6. Sơ đồ kết nối vi điều khiển. 46 Hình 3.7 . Sơ đồ kết nối chân GLCD và Touch với vi điều khiển 47 Hình 3.8. Sơ đồ khối VS1003B 48 Hình 3.9. Phổ ngõ ra tại chân LEFT hoặc RIGHT với trở ngõ ra là 30 Ω 49 Hình 3.10. Giản đồ xung của quá trình đọc VS1003B 49 ix
11. Hình 3.11. Giản đồ xung của quá trình ghi VS1003B. 50 Hình 3.12. Sơ đồ thứ tự giải mã dữ liệu của VS1003B. 50 Hình 3.13. Sơ đồ khối SD Card. 51 Hình 3.14. Module ESP8266 V12. 52 Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý giao tiếp module ESP8266 với vi điều khiển 53 Hình 3.16. Cảm biến DHT11. 54 Hình 3.17. Cảm biến ánh sáng BH1750. 55 Hình 4.1. Lớp Top PCB mạch điều khiển. 56 Hình 4.2. Lớp Bottom PCB mạch điều khiển 57 Hình 4.3. Lớp Top PCB mạch công suất 57 Hình 4.4. Lớp Bottom PCB mạch công suất. 58 Hình 4.5. Kết quả thi công mạch công suất. 59 Hình 4.6. Kết quả thi công mạch điều khiển. 59 Hình 4.7. Hộp điều khiển sau khi thi công. 60 Hình 4.8. Mặt trên của hộp điều khiển. 60 Hình 4.9. Vị trí công tắt nguồn. 61 Hình 4.10. Mặt dưới của hộp điều khiển 61 Hình 4.11. Mặt trên của hộp điều khiển. 61 Hình 4.13. Lưu đồ giải thuật tab Home. 63 Hình 4.14. Lưu đồ giải thuật tab Setup. 64 Hình 4.15. Lưu đồ giải thuật tab Timer. 64 Hình 4.16. Lưu đồ giải thuật tab Music. 65 Hình 4.17. Lưu đồ Activity Main. 66 Hình 4.18. Lưu đồ giải thuật hàm Run(). 67 Hình 4.19. Lưu đồ hàm onOptionItemSelected(). 68 Hình 4.20. Hộp thoại cài đặt Keil C V5. 69 Hình 4.21. Hộp thoại license cài đặt Keil C V5 . 70 Hình 4.23. Thêm Pack STM32F4 cho Keil C V5. 71 Hình 4.26. Chọn dòng vi điều khiển để lập trình. 73 Hình 4.27. Hộp thoại cài đặt Android Studio. 74 Hình 4.28. Chọn các option của Android Studio. 75 Hình 4.29. Hộp thoại quản lý giấy phép Android Studio. 75 Hình 4.30. Hộp thoại chọn nơi lưu bản cài đặt Android Studio. 76 Hình 4.31. Hộp thoại Install Android Studio. 77 x
12. Hình 4.32. Hộp thoại Quick Start của Android Studio. 78 Hình 4.33. Đặt tên cho project android. 78 Hình 4.34. Hộp thoại cho phép chọn bản SDK. 79 Hình 4.35. Hộp thoại chọn giao diện bắt đầu cho ứng dụng 80 Hình 4.36. Quy trình thao tác trên màn hình cảm ứng. 82 Hình 4.37. Quy trình thao tác trên điện thoại. 84 Hình 5.1. Giao diện tab Home. 86 Hình 5.2. Giao diện tab Setup 86 Hình 5.3 Điều chỉnh PWM 87 Hình 5.4. Giao diện tab Mucsic. 87 Hình 5.5. Giao diện tab Timer. 88 Hình 5.6. Giao diện tab System. 88 Hình 5.7. Thiết bị được điều khiển ở chế độ tắt. 89 Hình 5.8. Thiết bị được điều khiển ở chế độ mở. 99 Hình 5.9. Giao diện chính của ứng dụng 90 Hình 5.10. Thêm thiết bị 90 Hình 5.11. Giao diện tùy chỉnh 90 Hình 5.12. Giao diện hẹn giờ 90 Hình 5.13. Giao diện giám sát bằng camera IP. 91 xi
13. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 Các tín hiệu FSMC sử dụng để giao tiếp với NOR Flash. 19 Bảng 2.2 Chức năng chân SD Card. 26 Bảng 2.3 Các phiên bảng Android. 31 Bảng 3.1 Thông số MOSFET IRF640. 44 Bảng 4.1 Danh sách linh kiện chính. 58 xii
14. TÓM TẮT Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IoTs (Internet of Things) cùng với các thiết bị thông minh như SmartPhone, SmartWatch các sản phẩm trên đã được ứng dụng để tạo ra các sản phẩm thông minh nhằm phục vụ cuộc sống của con người ngày càng tốt hơn, tiện nghi hơn, đặt biệt là các sản phẩm điều khiển thông minh, chúng được ứng dụng rông rãi trong đời sống và công nghiệp. Đã có nhiều dự án về nhà thông mình được nghiên cứu và phát triển thành sản phẩm. Tuy nhiên các nhà thông minh chưa được triển khai nhiều do chi phí lắp đặt và vận hành cao, giao diện người dùng chưa than thiện. Vì vậy để kắc phục các nhược điểm trên nhóm nghiên cứu đã quyết định thiết kế, thi công hộp điều khiển thiết bị điện trong nhà, trong đó sử sụng vi điều khiển trung tâm là STM32F407VET6, giao diện người dùng được thiết kế trên cảm ứng điện dung GLCD 7’’. Bên cạnh đó thiết bị còn có thể điều khiển bằng điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android để điều khiển, phát nhạc mp3 phục vụ nhu cầu giảo trí. xiii
15. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật. Con người ngày càng hiện đại hóa các trang thiết bị trong nhà nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống. Nhà thông minh (smart home) đang trở thành xu hướng tất yếu và là tiêu chuẩn của những ngôi nhà hiện đại. Việt Nam không nằm ngoài xu hướng đó, đã có rất nhiều trường đại học và công ty tại Việt Nam nghiên cứu và phát triển các thiết bị điều khiển thông minh. Tuy nhiên việc ứng dụng ngoài thực tế còn gặp nhiều khó khăn do chi phí đầu tư cao, chưa tiết kiệm về chi phí vận hành và giao diện điều khiển chưa than thiện với người dùng. Hiện tại các đề tài cấp sinh viên thực hiện chỉ xoay quanh một số nội dung như: điều khiển bằng điện thoại, tin nhắn, sống vô tuyến hay là Bluetooth và chỉ sử dụng các cảm biến thông dụng như nhiệt độ, cảm biến khí gas, ứng dụng công nghệ RFID, về lập trình thì lập trình vi điều khiển PIC, Arduino . Ngày nay các hãng sản xuất thiết bị điện tử như Microchip, Atmel, Intel, STMicroelectronics, cho ra đời nhiều dòng vi điều khiển 32 bit và 64 bit được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Hãng STMicroelectronics đã tung ra thị trường các dòng vi điều khiển 32 bit sử dụng core Arm cortex M4 với ưu điểm là giá thành rẻ, hiệu suất cao, dễ sử dụng và cộng đồng sử dụng khá mạnh trên khắp thế giới. Để tiếp tục phát triển theo xu hướng của thế giới nhóm quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ”. Và với những ưu điểm của dòng Arm cortex M4, chọn STM32F407VET6 làm vi điều khiển trung tâm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
16. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.2. MỤC TIÊU Mục tiêu là thiết kế và thi công hộp điều khiển thiết bị điện trong nhà. Gồm có mạch điều khiển và mạch công suất. Cho phép điều khiển, giám sát cũng như hẹn giờ bật tắt 5 thiết bị AC 220V trên màn hình cảm ứng 7’’ . Hiển thị Nhiệt độ, độ ẩm và thời gian thực. Cho phép người dùng điều khiển và giám sát thiết bị từ điện thoại thông qua wifi và camera ip. Ngoài ra còn có chức năng giải trí như nghe nhạc MP3. 1.3. NỘi DUNG NGHIÊN CỨU Các nội dung mà nhóm cần thực hiện bao gồm: NỘI DUNG 1: Tìm hiểu các hoạt động của các bộ điều khiển thông minh có trên thị trường. NỘI DUNG 2: Đưa ra các giải pháp hoạt động và thiết kế các khối. NỘI DUNG 3: Thiết kế và thi công mạch công suất. NỘI DUNG 4: Thiết kế và thi công mạch điều khiển giao tiếp giữa vi điều khiển STM32F407VET6 với cảm biến nhiệt độ- độ ẩm, cảm biến ánh sáng, màn hình GLCD, thẻ nhớ microSD, IC phát nhạc VS1003, module wifi esp8266 và mạch công suất. NỘI DUNG 5: Thiết giao diện người dùng trên màn hình GLCD 7’’ và giao diện trên điện thoại android bằng phần mềm Android Studio. NỘI DUNG 6: Viết chương trình cho vi điều khiển bằng phần mềm Keil µVision 5. NỘI DUNG 7: Lắp ráp các khối và tiến hành điều khiển thử nghiệm các thiết bị. NỘI DUNG 8: Chỉnh sửa các lỗi xuất hiện. NỘI DUNG 9: Viết báo cáo luận văn. NỘI DUNG 10: Bảo vệ luận văn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
17. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.4. GIỚI HẠN Các giới hạn của đề tài: Sản phẩm chỉ ứng dụng cho các thiết bị công suất nhỏ như đèn, quạt, TV, DVD Chỉ sử dụng các cảm biến đơn giản như nhiệt độ độ ẩm, độ chính xác chưa cao. Hệ thống chỉ sử dụng trong nhà. 1.5. BỐ CỤC Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Giới thiệu về Arm cortex M4 và vi điều khiển STM32F4 bên cạnh đó giới thiệu về các chuẩn giao thiếp và linh kiện chính được sử dụng trong đề tài. Chương 3: Tính toán thiết kế. Chương này trình bày sơ đồ khối hệ thống, cách tính toán các thông số kỹ thuật của các khối sử dụng, thiết kế các khối với yêu cầu đặt ra ban đầu. Chương 4: Thi công hệ thống. Trình bày các mạch đã thiết kế và trình tự lắp ráp thi công, hướng dẫn cách cài đặt, sử dụng các phần mềm lập trình và trình bày các thao tác hướng dẫn sữ dụng hệ thống. Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá Chương này trình bày các kết quả đạt được và chưa đạt. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Đưa ra đánh giá về những kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu, đề ra các phương án khắc phục và hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
18. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. VI ĐIỀU KHIỂN 2.1.1 Bộ vi xử lý ARM CORTEX – M4 Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32 – bit kiểu RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa) được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu.[1] Arm cortex là một thế hệ lõi vi xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc chuẩn cho các nhu cầu công nghệ. Kiến trúc của nó là một lõi hoàn chỉnh bao gồm bộ vi xử lý cortex và một hệ thống các thiết bị ngoại vi được thiết kế theo giải pháp SoC. Cortex cho phép truy cập dữ liệu không thẳng hàng, hỗ trợ đặt xóa các bit bên trong hai vùng 1Mbyte của bộ nhớ mà không cần xử lý luận lý (Boolean processor). Cortex gồm 3 dòng: - Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2. - Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời gian thực. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2. - Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được thiết kế để tối ưu về giá thành. Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2. (Dòng ARM STM32 có lõi Cortex-M). Bộ vi xử lý ARM Cortex-M4 là thế hệ vi xử lý thứ 2 của dòng Cortex-M dựa trên kiến trúc ARMv7-M, được giới thiệu vào năm 2010. Nó được mở rộng thêm về tập lệnh và kiến trúc mới. Corex-M4 gồm một lõi CPU 32-bit, các thanh ghi 32-bit, đường dẫn dữ liệu nội bộ 32-bit và giao diện bus 32-bit, cùng một số thành phần khác. Ngoài ra, Cortex-M4 cũng đã hỗ trợ một số hoạt động liên quan đến dữ liệu 64-bit. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
19. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1. Kiến trúc bộ vi xử lý ARM Cortex-M4 Lõi của Cortex-M4 là một CPU RISC 32-bit được thiết kế dựa trên kiến trúc Harvard (đặc trưng bằng sự tách biệt giữa vùng nhớ chứa dữ liệu và chương trình). Nó là phiên bản đơn giản hóa từ mô hình lập trình của ARM7/9 nhưng có một tập lệnh phong phú và tối ưu hơn, hỗ trợ tốt cho các phép toán số nguyên, khả năng thao tác với bit và đáp ứng thời gian thực tốt hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2. Lõi ARM7TDMI của Cortex-M4. CPU Cortex-M4 có cấu trúc đường ống 3 đoạn (three-stage pipeline). Với kiến trúc này thời giản rỗi của một chu kỳ sẽ được hạn chế tối đa nên hiệu xuất tổng thể của nó được cải thiện rõ rệt. Hình 2.3. Kiến trúc đường ống của ARM Cortex-M4 Bình thường Cortex-M4 có thể thực thi hầu hết lệnh trong một chu trình đơn, nhưng với cấu trúc pipeline này Cortex-M4 có thêm khả năng dự đoán rẽ nhánh nên lệnh có thể được thực thi nhanh hơn. Tức là nếu với một lệnh thường A đang được thực thi thì một lệnh B khác sẽ được giải mã và một lệnh C khác nữa sẽ được lấy về bộ nhớ. Còn đối với lệnh rẽ nhánh (if else chẳng hạn), trong khi lệnh điều kiện được giải mã ở tầng decode thì bộ xử lý sẽ nạp lệnh dự định rẽ nhánh trong else, khi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT lệnh rẽ được thực thi, bộ xử lý sẽ phân tích xem đâu là lệnh tiếp theo. Nếu lệnh rẽ nhánh được chọn thì nó sẽ được thực thi ngay (vì nó đang ở tầng decode), còn nếu không thì bộ vi xử lý sẽ thực hiện tiếp lệnh tiếp theo (đã được lấy ở tầng fetch). Lõi Cortex-M4 chỉ hỗ trợ tập lệnh Thumb-2. So với kiến trúc tập lệnh ARM hoặc Thumb thì Thumb-2 tối ưu hơn về hiệu suất và kích thước mã, bao gồm cả bộ phận phần cứng, nhân chu trình đơn, và thao tác bit-lĩnh vực. Ngoài ra, Cortex-M4 còn được tích hợp chế độ ngủ (sleep mode) và tùy chọn khả năng duy trì trạng thái (optional state retention capabilities) cho phép đạt hiệu suất cao với mức tiêu thụ điện năng thấp. [2] 2.1.2 Vi điều khiển STM32F407 a . Cấu trúc bộ nhớ và bus.  Cấu trúc hệ thống bus: - Tám bus chủ: Cortex®-M4 với lõi FPU I-bus, D-bus và S-bus DMA1 memory bus DMA2 memory bus DMA2 peripheral bus Ethernet DMA bus USB OTG HS DMA bus - Bảy bus tớ: Bộ nhớ flash nội Icode bus Bộ nhớ flash nội Dcode bus Bộ nhớ nội SRAM(bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên tĩnh ) 1 là 112KB (chính) Bộ nhớ nội SRAM2 16KB (phụ) AHB1 peripherals AHB2 peripherals FMC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4