Đồ án Xây dựng hệ thống dẫn đường và quản lý đối tượng di động trên công nghệ GPS và GSM

it về từng gói 8 bit (dồn từ trái qua phải). Sau khi dồn ta ñược bảng sau: 110 111111101 10011011 00110010 11101000 06 FD 9B 32 E8 - Bước 4: ðảo vị trí các byte sau khi ñã dồn ở bước 3 ta sẽ ñược mã PDU của ñoạn text “hello” là: E8 32 9B FD 06. II.2.1.2.2. Giới thiệu AT command : AT command là một tiêu chuẩn ñối với phần mềm ñiều khiển modem do hãng Hayers Microcomputer Products soạn thảo và ñược ñưa ra lần ñầu tiên dùng với modem Smartmodems của công ty ñó. Hiện nay tập lệnh AT ñược dùng ñối với nhiều modem khác nhau, trong ñó có các ñiện thoại di ñộng. Gọi là tập lệnh AT (viết tắt của từ Attention) vì nhiều lệnh trong ñó ñược bắt ñầu bằng chữ AT. Chuẩn AT cho phép giao tiếp giữa ngoại vi với modem GSM cố ñịnh ở baud rate 9600bps bằng các câu lệnh có cú pháp: AT + {tên_lệnh} Trong ñó: AT là mã của chuẩn AT command. Còn tên_lệnh phụ thuộc vào các modem GSM. (mỗi modem GSM ñều có danh sách các tập lệnh AT kèm theo). II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 15 - Ví dụ một số câu lệnh AT của ñiện thoại Nokia: - Gửi tin nhắn: AT + CMGS = . - Xóa tin nhắn: AT + CMGC =,. II.2.1.2.3. Giới thiệu chuẩn F-bus: F-bus là viết tắt của Fast Bus, là một chuẩn mềm cho phép giao tiếp giữa ñiện thoại Nokia với ngoại vi thông qua giao diện vật lý RS232. F-bus là bus tốc ñộ cao hoạt ñộng ở chế ñộ full-duplex. Nó sử dụng một chân ñể truyền data, một chân ñể nhận data và một Chân GND (Ground). Tốc ñộ cố ñịnh ở 115200bps, 8 bits data, No parity, One stop bit. Khi sử dụng F-bus thì Chân DTR (Data Terminal Ready) phải ñược nối GND. Cấu trúc một thông ñiệp tiêu chuẩn của F-bus như sau: [Frame_type(1)][Src_dev(1)][Dst_dev(1)][CMD(1)][Data_tyepe(1)] [Len(1)][Data(x)][Seq(1)][Padd (1 or 0)][Chksum (2)] Ví dụ: 1E 02 00 04 00 0B 01080002010463020401 40 00 39 00 Trong ñó: - Frame type: ðịnh nghĩa kiểu frame . 0x1E: Serial F-bus Frame (giao tiếp RS232) . 0x1C: Irda F-bus Frame (giao tiếp Blue Tooth). - Src dev và Dst dev: Hiển thị ñịa chỉ thiết bị nguồn và ñích. .0x02: Phone. .0x00: ngoại vi. - CMD: Kiểu lệnh. Hầu hết các CMD là giống nhau với các ñiện thoại của Nokia, tuy nhiên có một số lệnh chỉ dùng cho một số loại ñiện thoại riêng biệt. Vd: 0xD1: lệnh ñọc Version của Hardware và Software. - Data type: ðược sử dụng khi message vượt quá 255 bytes (khi ñó message ñược gửi ñi theo từng phần). - Len: Chiều dài gói tin (length of packet). Len = data + 1 (in hex) - Data: Gói data, nếu là nội dung tin nhắn thì phải chuyển sang mã PDU. - Seq: Số Sequence (số thứ tự frame), giá trị của Seq từ 40-47. - Padd: Padd ñược hiểu như là bytes phụ thêm vào ñể tổng số byte frame luôn là số chẵn. Giá trị của Padd luôn là 0x00 (nếu số byte của frame ñã là số chẵn thì không thêm Padd và II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 16 - ngược lại, nếu số byte của frame là số lẻ thì nhất thiết phải thêm Padd vào). - Chksum: Check sum của frame. Sử dụng các bit chẵn lẻ. Check sum gồm 2 byte: +Byte thứ nhất (Check sum 1) = XOR các byte lẻ của frame. +Byte thứ 2 (Check sum 2) = XOR các byte chẵn của frame. Các bước giao tiếp giữa ngoại vi với ñiện thoại: - Thứ nhất, ngoại vi gửi yêu cầu tới ñiện thoại: {frame 0} {frame 1} - Thứ hai, ngoại vi chờ trả lời từ ñiện thoại: {frame 2} {frame 3} - Thứ 3, ngoại vi trả lời ACK tới ñiện thoại: {frame 4} trong ñó: - {frame 0} là một loạt byte có giá trị 0x05 ñược gửi tới ñiện thoại (thường là 128 bytes). Những byte này ñược sử dụng như là tín hiệu ñồng bộ. Sở dĩ chọn giá trị 0x55 vì viết dưới dạng Binary thì giá trị ñó là 01010101, nếu như gửi một loạt giá trị 0x55 ñi thì coi như có một xung ñồng bộ ñược phát ra từ ngoại vi. - {frame 1} là nội dung yêu cầu của ngoại vi. - {frame 2} là ACK từ ñiện thoại sau khi nhận ñược frame 1 và {frame 3} là gói tin trả lời của ñiện thoại. - {frame 4} là ACK từ ngoại vi sau khi nhận ñược frame 3. II.2.2. Lựa chọn giải pháp : Việc sử dụng modem GSM sẽ rất thuận tiện về mặt kỹ thuật cũng như kích thước, tuy nhiên giá thành cao và khó tìm mua ở thị trường Việt Nam, do chưa có ñiều kiện sử dụng modem GSM nên trong thiết kế này sử dụng ñiện thoại di ñộng ñể thay thế cho modem GSM. Cụ thể sử dụng ñiện thoại di ñộng của hãng Nokia vì một số lý do sau: - Nokia là hãng ñiện thoại mà có thị phần lớn nhất tại thị trường Việt Nam, có thể dễ dàng mua một chiếc ñiện thoại Nokia giá rẻ có hỗ trợ F-bus như Nokia 3310, 3330, 3210, 3360, 3390, 3410, 5130, 5110, 6190, 6150, 6130, … - Chuẩn F-bus hỗ trợ tốc ñộ cao (gấp 12 lần chuẩn AT command), có kiểm soát lỗi chẵn lẻ. II.3. Khối lưu trữ dữ liệu ngoài (External Memory): Do yêu cầu thiết kế mà hệ thống cần phải sử dụng tới các thiết bị lưu trữ dữ liệu (lưu dữ liệu bản ñồ số, hành trình và lưu cấu hình thiết bị). II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 17 - Các thiết bị lưu trữ có thể dùng như: EEPROM, SD/MMC card, Flash Disc, HDD (Hard Disk Drive) … Trong các thiết bị trên, giải pháp dùng thẻ nhớ SD/MMC card ñược lựa chọn vì một số lý do sau: - Dung lượng chấp nhận ñược (thẻ nhớ tối ña hiện nay là 4G). - Kích thước phù hợp. - Giá thành không quá cao. SD/MMC card, viết tắt của cụm từ Secure Digital / Multimedia Memory Card (gọi chung là thẻ nhớ), là thiết bị lưu trữ dạng non-volatile, ñược phát triển lần ñầu bởi Matsushita, Sandisk và Toshiba cho các thiết bị di ñộng. Một số ñặc tính của thẻ nhớ nói chung: - Dung lượng: tối ña hiện nay là 4G. - ðiện áp hoạt ñộng: 2,7 – 3,6 VDC. - Dòng hoạt ñộng: < 75mA. - Giao diện giao tiếp: chuẩn SD hoặc SPI. - Tốc ñộ: nx (trong ñó x = 150kBps). Ví dụ: 4 600 .X kBps∼ 16 2,4 .X MBps∼ . 40 6,0 .X MBps∼ 66 10 .X MBps∼ II.3.1. Giao diện giữ thẻ nhớ với ngoại vi: Thẻ nhớ giao tiếp với ngoại vi thông qua chuẩn SPI (Serial Peripheral Interface), riêng thẻ nhớ SD còn có thêm giao diện SD. Thẻ nhớ MMC: Giao diện với ngoại vi theo chuẩn SPI, gồm 7 Chân: - Chân1, CS: Chip select. - Chân 2, DI : Data In - Chân 3, Vss: Ground. - Chân 4, Vcc: Power Supply. - Chân 5, SCLK: Clock. - Chân 6, Vss2: Ground. - Chân 7, DO: Data Out. II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 18 - Hình II.8: Thẻ nhớ MMC Thẻ nhớ SD: Giao diện với ngoại vi theo chuẩn SPI hoặc SD, gồm 9 chân: - Ở chế ñộ SPI: o Chân 1, CS : Chip Select. o Chân 2, DI: Data In. o Chân 3, Vss: Ground. o Chân 4, Vcc: Power Supply. o Chân 5, SCLK: Clock. o Chân 6, Vss2: Ground. o Chân 7, DO: Data Out. o Chân 8, RSV: Reserved. o Chân 9, RSV: Reserved. Như vậy ở chế ñộ SPI, thẻ nhớ SD tương thích với thẻ nhớ MMC. - Ở chế ñộ SD: o Chân 1, CD/DAT3: Card Ditection/ Data line 3. o Chân 2, CMD: Command/Response Line. o Chân 3, Vss1: Supply Voltage (Ground). o Chân 4, Vdd: Power Supply. o Chân 5, CLK: Clock. o Chân 6, Vss2: Supply Voltage (Ground). o Chân 7, DAT0: Data line 0. o Chân 8, DAT1: Data line 1. o Chân 9, DAT2: Data line 2. II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 19 - Hình II.9: Thẻ nhớ SD card. II.3.2. Kiến trúc thẻ nhớ: Kiến trúc một thẻ nhớ ñược miêu tả như hình vẽ 13 (H13) bao gồm các khối chức năng chính sau: - khối bộ nhớ (Flash Memory). - Khối thanh ghi chức năng, gồm các thanh ghi mô tả trạng thái của thẻ nhớ. - Khối giao diện vào ra (I/F Driver), hỗ trợ giao tiếp với ngoại vi theo chuẩn SPI và SD. - Khối vi ñiều khiển (Card I/F Controller). Hình II.10: Kiến trúc thẻ nhớ SD/MMC Khối thanh ghi: ðể giao tiếp với thẻ nhớ thì chúng ta cần quan tâm tới các thanh ghi chức năng (gồm 4 thanh ghi chính) và cách tổ chức bộ nhớ của khối bộ nhớ (Flash Memory). II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 20 - Một thẻ nhớ thường có các thanh ghi chức năng miêu tả trạng thái cũng như cấu hình của thẻ nhớ. Các thanh ghi cần quan tâm gồm: - CID (Card Identification Register): thanh ghi 16 bytes, chứa thông tin về nhà sản xuất, tên sản phẩm, phiên bản, số serial, ngày sản xuất của thẻ nhớ. - CSD (Card Specific Data Register): thanh ghi 16 bytes, chứa dữ liệu ñặc biệt của thẻ nhớ như data transfer rate, read/write block length, read/write currents, erase sector size, file format, write protection flags. - SCR (SD Configuaration Register): thanh ghi 8 bytes, chứa thông tin về tính năng của thẻ nhớ. - OCR (Operation Control Register): thanh ghi 4 bytes, lưu trữ Vdd Voltage profile của thẻ nhớ và chỉ ra khoảng Voltage mà dât có thể ñược truy cập. Các thông tin về thanh ghi của thẻ nhớ dễ dàng tìm thấy trong manual kèm theo của các thẻ nhớ. Bằng cách truy cập vào các thanh ghi này chúng ta sẽ ñọc ñược thông tin về thẻ nhớ cũng như cấu hình cho chúng. Ví dụ: thanh ghi CID, gồm 128 bits (16 bytes). - 8 bits dầu (127 – 120): MID (Manufacture ID). VD: 0x03 : Sandisk SD. 0x83 : Panasonic SD. - 2 bytes tiếp (119 – 104): OEM/Application ID. - 40 bits tiếp (103 – 64): PNM (Product Name). - 1 byte tiếp (63 – 56): PRV (Product Revision). - 4 byte tiếp (55 – 24): PSN (Product Serial Number). - 4 bits tiếp (23 – 20): Reserved. - 12 bits tiếp (19 – 8): MDT (Manufacturing Date). - 7 bits tiếp (7 – 1): CRC7 checksum. - 1 bit cuối (0): Not used, always: 1. Khối bộ nhớ: Bộ nhớ Flash của thẻ nhớ ñược tổ chức theo các byte, sector (sector là một tập hợp các byte, thường 1 sector = 512 bytes), cluster (cluster là một nhóm các sector, tùy vào dung lượng thẻ, ví dụ: thẻ MMC 32 M thì 1 cluster = 1 sector, thẻ SD 512 M thì 1 cluster = 2 sectors). Khi chưa ñịnh dạng thì các bytes là trống rỗng, việc ghi ñọc dữ liệu vào thẻ nhớ ñược thực hiện trỏ ñến từng byte, sector hay cluster. Muốn thao tác ghi/ñọc file lên thẻ nhớ thì buộc thẻ nhớ phải ñược ñịnh dạng (format) theo FAT. FAT (File Allocation Table), là một bảng phân bố dữ liệu chứa thông tin vệ hệ thống file như thư mục, tên file và vị trí dữ liệu của chúng trong bộ nhớ. Như vậy, thực II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 21 - chất bảng FAT là các sector ñặc biệt trên thẻ nhớ ñược dành riêng ra ñể chứa các thông tin về: - Partion Boot Record. - Master Boot Record. - FAT Entry. - Root Directory Entry. Các thao tác với file trên thẻ nhớ ñều bắt ñầu với bảng FAT: - Tạo 1 file mới: o Vào bảng FAT chọn thư mục, tạo tên file, phần mở rộng của file, ñịa chỉ bắt ñầu và kết thúc của file. o Vào vùng Data (Data Space) ñể lưu data của file từ ñịa chỉ ñầu tới ñịa chỉ kết thúc. - ðọc 1 file từ thẻ nhớ: o Vào bảng FAT ñể tìm tên file, tìm ñịa chỉ ñầu và cuối của vùng data của file. o Vào vùng data ñể ñọc nội dùng file (theo ñịa chỉ ñầu và cuối trong bảng FAT). - Xóa file từ thẻ nhớ: o Chỉ cần vào bảng FAT ñể xóa tên file, không cần vào data ñể xóa nội dung file (ñiều này giải thích tại sao việc xóa file lại nhanh hơn rất nhiều lần so với tạo file hay ñọc file). II.4. Khối hiển thị (Display): Trên mỗi thiết bị (A và B) ñều có màn hình ñể hiển thị thông tin giao tiếp người máy (các thông tin cần hiển thị ñã trình bày ở trên). Do yêu cầu hiển thị bản ñồ số (dạng hình ảnh) nên màn hình GLCD (Graphics Liquid Crystal Display) ñược sử dụng. Thiết bị A, gắn trên ñối tượng di ñộng, cần kích thước lớn nên sử dụng màn hình 240x128 pixel (T6963C). Thiết bị B, cầm tay nên cần gọn nhẹ, vì thế nên màn hình 128x64 pixel (KS0108B) ñược lựa chọn. II.4.1 Màn hình GLCD T6963C: ðây là màn hình GLCD sử dụng chip ñiều khiển T6963c của hãng Toshiba. Sơ ñồ khối cấu tạo ñược mô tả như hình vẽ bên dưới: II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 22 - Hình II.11: Sơ ñồ khối cấu tạo màn hình GLCD T6963C Thực tế việc giao tiếp giữa ngoại vi với màn hình chính là việc giao tiếp ngoại vi với chip ñiều khiển T6963C thông qua 8 ñường data (D0 – D7) và 4 ñường tín hiệu ñiều khiển. Bản thân chip T6963C có 128 Word ROM, ñược gọi là CG- ROM (Character Generator Rom) dùng ñể tạo ký tự. Ngoài ra trong cấu tạo GLCD còn có thêm khối RAM ñể lưu trữ dữ liệu hiển thị (display data) và có thể ñược sử dụng ñể tạo ký tự (gọi là CG-RAM). Màn hình 240x128 pixel gồm 21 Chân: - Chân 1 (FG): module Frame Ground. Thường ñược kéo xuống ‘0’. - Chân 2 (GND): ground. - Chân 3 (Vdd): voltage supply (4.5 – 7Vdc). - Chân 4 (VO): operating voltage for LCD driver. ðược dùng ñể ñiều chỉnh ñộ tương phản cho GLCD. - Chân 5 (/WR): Write. cho phép ghi vào GLCD (tích cực mức thấp). - Chân 6 (/RD): Read. cho phép ñọc từ GLCD (tích cực mức thấp). - Chân 7 (C/D): Register Select. o ‘1’ = command register. o ‘0’ = data register. - Chân 9 (/RST): Reset (tích cực mức thấp). Sau khi bật nguồn cần giữ RST ở mức thấp trong 6 chu kỳ của T6963C. - Chân 10 (D0) – Chân 17 (D7): 8 bits data. II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 23 - - Chân 18 (FS): Font Selet. o FS = ‘1’, font 6x8. o FS = ‘0’, font 8x8. - Chân 19 (VEE): Negative Voltage. - Chân 20 (LED+): Anode cho Back-light. - Chân 21 (LED -): Cathode cho Back-light. Các thủ tục giao tiếp với GLCD: - Write Data: o dữ liệu ñược ghi tới GLCD ñược ñặt lên 8 bit data (D0 – D7). o C/D ñược kéo xuống ‘0’. o /WR kéo xuống ‘0’ (/RD kéo lên ‘1’). o /CE kéo xuống ‘0’ trong thời gian > 80ns. - Read data: o C/D kéo xuống ‘0’. o /CE kéo xuống ‘0’. o Sau 150ns thì ñọc data từ 8 bit data (D0-D7). o /CE kéo lên ‘1’. - Write command: o Lệnh cần ghi ñược ñặt lên D0- D7. o C/D kéo lên ‘1’. o /WR kéo xuống ‘0’. o /CE kéo xuống thấp trong khoảng thời gian > 80ns. - Read Status: lệnh này ñể kiểm tra trạng thái của chip T6963C o C/D kéo lên ‘1’. o /RD kéo xuống ‘0’. o /CE kéo xuống ‘0’. o Sau 150ns thì ñọc data trên D0-D7. o /CE kéo lên ‘1’. II.4.2 Màn hình GLCD KS0108B: ðây là tên gọi chung của các màn hình GLCD sử dụng chip ñiều khiển KS0108B của hãng Samsung. Cấu tạo màn hình KS0108B ñược thể hiện như trong sơ ñồ khối dưới ñây: II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 24 - Hình II.12: Sơ ñồ khối cấu tạo màn hình GLCD KS0108B Trong ñó màn hình GLCD KS0108B 128x64 pixel gồm 20 Chân: - Chân 1 (Vss): Ground. - Chân 2 (Vdd): Power Supply (4.5 – 5.5 Vdc). - Chân 3 (VO) : LCD supply voltage, ñược dùng ñể chỉnh ñộ tương phản. - Chân 4 (DI): Data Input/Output Chân of internal shift register. - Chân 5 (R/W): Read or Write. ðọc từ GLCD (Chân 5 = 1), ghi tới GLCD (Chân 5 = 0). - Chân 6 (E): Enable Signal. - Chân 7 (D0) – Chân 14 (D7): 8 bits data. - Chân 15 (CS1), Chân 16 (CS2): chip select. Dùng ñể lựa chọn IC1 (khi CS1 = ‘1’, CS2 = ‘0’), và IC2 (khi CS1 = ‘0’, CS2 = ‘1’). - Chân 17 (RST): Reset, dùng ñể reset chip KS0108B, tích cực mức thấp. - Chân 18 (VEE): nguồn tạo ra từ bộ tạo nguồn bên trong GLCD. - Chân 19 (A): Back-light Anode. - Chân 20 (K): Back-light Cathode. II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 25 - Thủ tục giao tiếp ngoại vi với GLCD KS0108B tương tự như giao tiếp với GLCD T6963C. II.5 Khối giao tiếp người máy: Trên hai thiết bị ñều có module hỗ trợ giao tiếp giữa thiết bị với người dùng (cùng với màn hình hiển thị) ñược gọi chung là khối HMI (Human Machine Interface). Trên thiết bị A, việc giao tiếp giữa người dùng và thiết bị là các thao tác lựa chọn chức năng hiển thị lên màn hình (gồm 6 chức năng) nên khối HMI cho thiết bị A ñược lựa chọn là ma trận 6 phím bấm (khối keypad). Trên thiết bị B, người dùng cần thao tác ñể quản lý ñối tượng A với nhiều thao tác, ñồng thời thiết bị B cần thiết kế nhỏ gọn, thẩm mĩ (thiết bị cầm tay) nên khối HMI ñược lựa chọn là màn cảm ứng (Touchpad) ñược gắn trực tiếp lên màn hình GLCD. Tìm hiểu màn cảm ứng: Không phải tất cả các loại màn hình cảm ứng ñều có cấu tạo giống nhau. Hiện nay ñể chế tạo người ta thường dùng 2 công nghệ - Trở kháng và ðiện dung ñể cảm ứng. Ngoài ra cũng có những công nghệ khác như quét giải hồng ngoại (IR), sóng âm và kỹ thuật ñiện từ. Cho dù mỗi loại có những ưu ñiểm riêng, nhưng kỹ thuật cảm ứng bằng ñiện trở và ñiện dung vẫn ñược ưa chuộng nhất bởi có giá thành thấp và chất lượng cao. Kỹ thuật cảm ứng bằng ñiện trở tỏ ra có nhiều ưu ñiểm hơn khi dùng ñể phát hiện sự tác ñộng của vật thể bằng cao su hoặc ngón tay, ñó lại là những vấn ñề khó khăn ñối với loại màn hình cảm ứng bằng ñiện dung. Những công nghệ khác vẫn có ưu thế trong những mục ñích sử dụng ñặc biệt như là”cảm ứng trước khi chạm”ñặc ñiểm chính của cảm ứng quét bằng hồng ngoại (IR). Loại màn hình cảm ứng trở kháng: Với loại cảm ứng bằng trở kháng thường bắt ñầu từ một tấm ñế thủy tinh hoặc nhựa cứng, trên ñó là một lớp mỏng trong suốt dẫn ñiện (thường là ITO – Indium Tin Oxide – Oxit thiếc Inñi). Ở giữa là một lớp ñệm bởi một mạng lưới những ñiểm siêu nhỏ và một lớp khác là chất dẫn ñiện bằng nhựa dẻo thường dùng là Mylar (Polyeste) ñược phủ ở viền ngoài mặt trên. Cấu tạo như hình vẽ bên dưới, dưới áp lực của bút trỏ hay ngón tay làm cho 2 tấm vật liệu tiếp xúc ñiện với nhau từ ñó cảm nhận ñược sự chạm II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 26 - Hình II.13: Cấu tạo của màn hình cảm ứng Hầu hết các loại màn hình cảm ứng ñều có cấu tạo như hình vẽ hai lớp dẫn ñiện ñược tách rời nhau bởi những ñiểm rất nhỏ. Những ñiểm này cho phép hai lớp tiếp xúc với nhau khi có lực tác ñộng ở lớp trên Có 2 chuẩn của màn hình cảm ứng dùng trở kháng và kiểu 4 dây và 5 dây, ở loại màn hình cảm ứng 4 dây có 2 tấm mỗi tấm có 2 dây ở hai cạnh ñối diện nhau, và ñể ñiều khiển cần cung cấp ñiện áp cho 2 cực của mỗi tấm như hình vẽ bên dưới: Hình II.14: Cấu tạo màn hình cảm ứng 4 dây (4-wire Touch Screen) Sự chạm ñược cảm nhận thông qua tấm Y khi ñặt vào ngõ vào của kênh ADC và ñược dò ra bởi ñiện áp khi 2 tấm bị lực tác ñộng. ADC sẽ ñọc và biến ñổi giá trị như một hàm ứng với vị trí x (trái/phải) của ñiểm chạm. Vị trí y (trên/dưới) sẽ ñược xác ñịnh sau khi tính toán và ngắt ñiện áp cấp ở tấm X và chuyển ñiện áp sang tấm Y. Tấm X sau ñó sử dụng như phần ngắt tín hiệu và là ngõ ra cho kênh ADC II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 27 - Hình II.15: Biểu diễn (sơ ñồ nguyên lý) của màn cảm ứng khi bị lực tác ñộng ðối với loại màn hình cảm ứng trở kháng 5 dây (5-wire) cũng có nguyên lý hoạt ñộng tương tự nhưng có sự xen kẽ vùng giữa x và y trên cùng 1 tấm, và tấm còn lại ñược dùng như bệ ñể ngắt tín hiệu. Vì vậy có mỗi dây chạy ñến mỗi góc của mặt ñế và dây thứ 5 nối giữa 2 lớp. ðể cảm ứng ñược vị trí của x cần phải cấp 1 ñiện áp VCC vào 2 dây bên trái và GND vào 2 dây bên phải (từng cặp ñối nhau) còn dây thứ 5 là ngõ vào của kênh ADC. Vị trí của y cần cấp 1 ñiện áp VCC vào 2 dây bên trên và GND vào 2 dây bên dưới. Tham khảo hình vẽ cấu tạo bên dưới Hình II.16: Cấu tạo loại màn hình cảm ứng trở kháng 5 dây II.6 Khối giao tiếp máy tính: Hệ thống Digital Map ++ cho phép người dùng quản lý ñối tượng di ñộng thông qua giao diện phần mềm trên máy tính. Thông tin của ñối tượng di ñộng ñược truyền về máy tính từ thiết bị B. Có nhiều phương án ñể giao tiếp ngoại vi với máy tính như RS232, LPT, PCI, USB. II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 28 - Trong thiết kế này chọn giải pháp giao tiếp máy tính sử dụng chuẩn USB vì một số lý do sau: - Dễ sử dụng: o Plug and Play: tính năng cho phép người dùng không cần tắt máy ñể cài ñặt cấu hình như interrupt, dipswitch,… o Bộ ñiều khiển USB tự phát hiện và nhận biết khi thiết bị ñược kết nối hoặc ngắt kết nối. - Hỗ trợ truyền dữ liệu thời gian thực: ứng dụng này cho phép giao tiếp với các thiết bị multimedia ñể truyền tín hiệu âm thanh hoặc hình ảnh. - Mở rộng port: o USB cung cấp 1 giải pháp mở rộng port cho phép tối ña 127 thiết bị kết nối cùng lúc với 1 PC. o Với tốc ñộ kết nối mở rộng lên tới 12Mbps, (nhưng mục tiêu của USB là dành cho các thiết bị tốc ñộ thấp và trung bình như: keyboard, mice, modem, scanner,..) II.6.1 Giới thiệu chung về chuẩn USB: USB, viết tắt của cụm từ Universal System Bus, ñược phát triển bởi Compaq, Intel, Microsoft và NEC trên ý tưởng không hạn chế thiết bị cắm vào PC. Chuẩn giao tiếp USB hỗ trợ 3 tốc ñộ: - low speed : 1,5 M bps. - Full speed: 12 M bps. - High speed: 480 M bps. Các phiên bản hiện nay: - USB 1.0: ra ñời ñầu tiên. - USB 2.0: sử dụng phổ biến hiện nay. - USB 3.0: mới xuất hiện. Chuẩn USB có cấu trúc mạng dạng lai cây - sao, trong ñó có 1 host ñiều khiển tới tối ña 127 thiết bị tớ (slave devices): - tất cả các giao tiếp trên bus ñược khởi tạo bởi thiết bị chủ (host device) (không thể giao tiếp trực tiếp giữa các slave mà phải thông qua host). - Device phải chờ ñể ñược hỏi (request) từ host, khi host hỏi tới thì mới ñược phép truyền/ nhận trên bus. II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 29 - Hình II.17: Tổ chức mạng dạng sao của chuẩn USB II.6.1.1 Giao diện vật lý: Cable gồm 4 dây ñược miêu tả như hình vẽ 22 (H22), chiều dài tối ña của cable khoảng 5m. Trong ñó gồm 1 dây nguồn (Vbus = 5V từ host, có thể cấp nguồn cho devices), 1 dây ñất (GND) và hai dây tín hiệu (D+ và D-, hai dây này sử dụng cáp xoắn hai dây). Hình II.18: USB cable Một dây usb cable có hai ñầu nối (connector) khác nhau: các ñầu nối gồm 4 Chân ñược ñánh số thứ tự như sau: 1 (Vbus), 2 (D-), 3 (D+), 4 (GND). - một ñầu ñược dùng ñể kết nối với host hay hub (gọi là A Receptacle). Hình II.19: Connector của cable nối tới host. II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 30 - - một ñầu ñược dùng ñể kết nối với devices (gọi là B Receptacle). Hình II.20: Connector của cable nối tới Devices. Devices hay Hub có thể tiêu thụ dòng từ Port (thực ra là ñược kéo từ Host). Khi không lấy nguồn từ host thì devices và hubs ñược gọi là ở chế ñộ “Self-Powed”, còn khi tiêu thụ nguồn từ host thì chúng ñược gọi là ở chế ñộ “Bus-Powed”. Devices tiêu chuẩn tiêu thụ dòng 100mA, không có device nào ñược quyền kéo dòng lớn hơn trước khi chúng ñược cấu hình bởi host, và phải giảm dòng xuống dưới 0,5mA khi ở trạng thái “Suspended “(ñiều kiện “suspended” xảy ra ít nhất 1 lần trước khi thiết bị ñược cấu hình). Sau khi cấu hình, device có thể kéo dòng tới 500mA. Cụ thể thiết bị USB có 3 chế ñộ nguồn: - Low Power: cấp nguồn từ host, dòng cung cấp 100mA, ñiện áp trong khoảng 4.4Vdc – 5.25Vdc. - High Power: cấp nguồn từ host, dòng cung cấp tối ña 500mA, ñiện áp bus từ 4.75Vdc – 5.25Vdc. - Self Power: thiết bị ñược cấp nguồn từ bên ngoài. Tại mỗi ñầu cuối của link liên kết giữa device và host có 1 ñiện trở 1,5k kéo 1 trong 2 dây tín hiệu (D+ hoặc D -) lên nguồn 3.3VDC ñể thiết lập tốc ñộ cho bus (một số thiết bị có ñiện trở ñược chế tạo bằng bán dẫn và do ñó có thể ñược ñiều khiển bằng phần mềm (firmware)). - Nếu kéo trở từ D+ lên 3.3VDC thì device ñược cấu hình ở tốc ñộ bus là Full Speed. - Ngược lại, nếu kéo trở từ D- lên 3.3VDC thì device ñược cấu hình ở tốc ñộ bus là Low Speed. II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 31 - Hình II.21: Cấu hình tốc ñộ bus cho device II.6.1.2 Giao thức truyền tin USB: Các thiết bị trong bus USB chỉ có thể giao tiếp với host mà không giao tiếp trực tiếp ñược với nhau, tại một thời ñiểm cũng chỉ có một thiết bị ñược “nói chuyện “với host. Việc truyền dữ liệu luôn ñược khởi ñộng từ host (theo kiểu master – slave, trong ñó host là master còn các devices là các slaves). II.6.1.2.1 Gói tin (Packet): Việc truyền tin giữa device và host ñược thực hiện theo ñơn vị nhỏ nhất là các gói tin (packets). Một packet bắt ñầu với phần ñồng bộ (Sync Pattern), theo sau là bytes data, và cuối cùng là tín hiệu kết thúc EOP (End Of Packet). Byte ñầu tiên của packet là Packet Identifier (PID) (mã gói tin). Có 17 giá trị PID tương dương với 17 gói tin trong giao thức USB, tuy nhiên có 5 gói tin thường ñược quan tâm hơn cả: - Token packet: luôn luôn là packet ñầu tiên trong một Transaction (một giao tiếp), ñược sử dụng cho việc cấu hình device. - Data packet: chứa dữ liệu cần truyền ñi. - Handshake Packet: gói tin dùng ñể xác nhận dữ liệu và báo lỗi (thường ñược gọi là gói “bắt tay”). - SOF: Start of Frame Packet, gói tin chỉ thị bắt ñầu một frame mới. - Special Packet: dùng ñể báo tốc ñộ mà host muốn truyền. Group PID value Packet Identifier 0001 OUT Token II. Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế - 32 - 1001 IN Token 0101 SOF Token Token 1101 SETUP Token 0011 DATA0 1011 DATA1 0111 DATA2 Data 1111 MDATA 0010 ACK Handshake 1010 NAK Handshake 1110 STALL Handshake Handshake 0110 NYET 1100 PREamble 1100 ERR 1000 Split Special 0100 Ping Bảng II.2: Bảng mã PID của một số gói tin chính trong giao thức USB II.6.1.2.2 Các kiểu truyền: Giao thức USB ñịnh nghĩa 4 kiểu truyền trên bus: - Control transfer: o Truyền hai hướng. o Hỗ trợ cài ñặt, truyền thông tin giữa host và function. o Gồm 3 giai ñoạn: setup, data, status. o Mục ñích truyền thông tin khi thiết bị bắt ñầu kết nối với hos