ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM
KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ
———O0O———
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
MÁY NGHE NHẠC SỬ DỤNG
CHIP ARM CORTEX-M3 32-BIT
GVHD: TS. HOÀNG TRANG
ThS.PHÙNG THẾ VŨ
SVTH: PHẠM VĂN VANG
MSSV: 40602934
Tp HCM, Tháng 1/2011
i
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Lời cảm ơn
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Trang đã nhận lời hướng dẫn tôi xuyên suốt Đố
án 2 và Luận văn tốt nghiệp. Trong thời gian đó, thầy đã giành nhiều thời gian hướng
dẫn từng bước để hoàn thành tốt công việc cũng như chỉ bảo cho tôi một số kỹ năng
trình bày ý tưởng của mình.
Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến THS. Phùng Thế Vũ đã tận tình giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian làm luận văn. Đặc biệt là định hướng nghề nghiệp cho tôi trong
tương lai.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện-Điện tử đã truyền
đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt các năm tôi học tại trường.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Tóm tắt luận văn
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn bao gồm 4 chương.Trình bày những kiến thức cơ bản về ARM Cortex-M3
cũng như ứng dụng được phát triển trên CHIP ARM STM32F103RC.
Nội dung chính của luận văn tập trung vào việc phát triển sản phẩm máy nghe nhạc
dựa trên EASY KIT được phát triển bởi nhóm ARM Việt Nam.Nội dung chủ yếu và
quan trọng tập trung vào chương 2 và chương 3
Luận văn được tách riêng làm 4 phần chính nằm trong 4 chương riêng biệt nhằm làm
cho người đọc tiện theo dõi những kiến thức phần cứng cũng như phần mềm cần thiết
đề tạo thành máy nghe nhạc đơn giản trên nền hệ thống nhúng.
Chương 1: Giới Thiệu Chung Về Sản Phẩm
Nội dung chương này gồm 3 phần:
Phần 1: Giới thiệu những đặc điểm chung của sản phẩm, cung cấp cho người đọc cái
nhìn tổng quát về sản phẩm thông qua sơ đồ khối.
Phần 2: Trình bày nguyên lý hoạt động cơ bản của sản phẩm.
Phần 3: Giới thiệu về dòng ARM Cortex-M3, một số đặc điểm chính và nổi trội so với
các dòng ARM khác.Trình bày những ngoại vi được tích hợp với lõi ARM để phát
triển những ứng dụng vừa và nhỏ.Giới thiệu CHIP STM32F103RC, được sản xuất bởi
STMicroelectronics, về tốc độ CPU, bộ nhớ cũng như các ngoại vi được tích hợp.
Chương 2: Mô Hình Phần Cứng
Nội dung của chương này giới thiệu các module phần cứng cần sử dụng để tạo thành
sản phẩm.
Với các ngoại vi tích hợp sẵn bên trong CHIP như SPI, DAC, DMA…đầu tiên sẽ
trình bày những đặc tính cơ bản, sau đó là phần cấu hình phần cứng của ngoại vi để
tương thích với những yêu cầu của sản phẩm.
Với những Module bên ngoài như LCD, mạch khuếch đại công suất sẽ trình bày sơ đồ
nguyên lý và chế độ hoạt động.
Chương 3: Mô Hình Phần mềm
Chương này trình bày kiến thức về phần mềm để lập trình cho sản phẩm dựa vào phần
cứng tích hợp sẵn trên EASY KIT.
Nội dung bao gồm 4 phần:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Tóm tắt luận văn
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang iv
Phần 1: Giới thiệu format của một file nhạc WAVE
Phần 2: Trình bày các công cụ hỗ trợ cho quá trình lập trình.
Phần 3: Giới thiệu về hai bộ thư viện hỗ trợ giúp tiết kiệm thời gian trong quá trình
viết chương trình.
Phần 4: Trình bày các giải thuật của chương trình, từ chương trình chính đến các
chương trình phục vụ ngắt.
Chương 4: Những Hạn Chế Và Hướng Phát Triển
Chương này nêu ra những hạn chế cũng như những hướng phát triển tiếp theo.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Muc lục
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang v
MỤC LỤC
Đề mục
Trang
Trang bìa ……………………………………………………………………………………………………………i
Lời cảm ơn………………………………………………………………………………………………………. ii
Tóm tắt nội dung luận văn ………………………………………………………………………………… iii
Muc lục …………………………………………………………………………………………………………….v
Danh sách hình vẽ………………………………………………………………………………………….. viii
Danh sách bảng biểu…………………………………………………………………………………………..x
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN PHẨM …………………………………………………… 1
1.1 Sơ đồ khối
……………………………………………………………………………………………………………… 1
1.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản……………………………………………………………………………………. 2
1.3 Tổng quan về CPU ARM Cortex-M3 STM32F103RC ……………………………………………… 2
1.3.1 Giới thiệu về dòng ARM Cortex và CPU STM32F103RC ………………………………….. 2
1.3.2 STM32 – ARM Cortex M3 và CPU STM32F103RC ………………………………………… 3
CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH PHẦN CỨNG …………………………………………………………………………. 5
2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch…………………………………………………………………………………………….. 5
2.2 KIT phát triển ứng dụng ( EASY KIT)…………………………………………………………………….. 6
2.3 Chi tiết các modules được sử dụng trong mạch ………………………………………………………… 7
2.3.1 Khối nguồn …………………………………………………………………………………………………….. 7
2.3.2 SD Card…………………………………………………………………………………………………………… 7
2.3.2.1 Cấu trúc lưu trữ file của SD Card………………………………………………………………… 7
2.3.2.2 Giao tiếp với Micro SD Card ……………………………………………………………………. 12
2.3.3 Giao diện SPI
………………………………………………………………………………………………… 17
2.3.3.1 Giới thiệu giao diện SPI
……………………………………………………………………………. 17
2.3.3.2 Đặc điểm của giao diện SPI
………………………………………………………………………. 17
2.3.3.3 SPI hoặt động ở chế độ Master………………………………………………………………….. 18
2.3.3.4 Cấu hình giao diện SPI để giao tiếp với Micro SD Card…………………………….. 19
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Muc lục
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang vi
2.3.4 Giao diện DAC ………………………………………………………………………………………………. 20
2.3.4.1 Đặc điểm chính của bộ chuyển đổi DAC: ………………………………………………….. 20
2.3.4.2 Bộ đệm ngõ ra ……………………………………………………………………………………….. 22
2.3.4.3 Định dạng dữ liệu cho bộ DAC …………………………………………………………………. 23
2.3.4.4 Quá trình chuyển đổi
………………………………………………………………………………… 23
2.3.4.5 Nguồn xung kích ngoài …………………………………………………………………………….. 24
2.3.4.6 DMA dành cho DAC ………………………………………………………………………………. 24
2.3.4.7 Cấu hình DAC cho sản phẩm ……………………………………………………………………. 25
2.3.4.8 Hoặt động của bộ DAC
……………………………………………………………………………. 25
2.3.5 DMA ( Direct Memory Access) ……………………………………………………………………… 26
2.3.5.1Giới thiệu DMA ……………………………………………………………………………………….. 26
2.3.5.2 Đặc điểm chính………………………………………………………………………………………… 26
2.3.5.3 Hoạt động vận chuyển dữ liệu của DMA …………………………………………………… 27
2.3.5.4 Bộ phân xử
………………………………………………………………………………………………. 27
2.3.5.5 Ngắt DMA ………………………………………………………………………………………………. 27
2.3.5.6 DMA dành cho 2 kênh DAC …………………………………………………………………….. 28
2.3.5.7 Cấu hình DMA cho sản phẩm …………………………………………………………………… 28
2.3.6 Giao diện EXTI (External event/ interrupt controller) ………………………………………. 30
2.3.6.1 Đặc điểm chính………………………………………………………………………………………… 30
2.3.6.2 Định vị các nguồn ngắt ngoài ……………………………………………………………………. 31
2.3.7 Khối điều khiển ( các nút nhấn) ………………………………………………………………………. 32
2.3.8 Khối hiển thị LCD
………………………………………………………………………………………….. 33
2.3.9 Mạch khuếch đại công suất …………………………………………………………………………….. 35
CHƢƠNG 3 MÔ HÌNH PHẦN MỀM ………………………………………………………………..37
3.1 Định dạng file WAVE………………………………………………………………………………37
3.2 Công cụ hỗ trợ lập trình ……………………………………………………………………………39
3.2.1 Trình biên dịch Keil uVerion4
……………………………………………………………..39
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Mục lục
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang vii
3.2.2 Trình soạn thảo Source Insight …………………………………………………………….40
3.2.3 Chƣơng trình nạp Flash Loader Demonstrator (FLD)
……………………………..40
3.3 Giới thiệu các bộ thƣ viện hỗ trợ lập trình …………………………………………………..44
3.3.1 Bộ thƣ viện chuẩn CMSIS …………………………………………………………………..44
3.3.2 Bộ thƣ viện DOSFS ……………………………………………………………………………45
CHƢƠNG 4 NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
…………………………….55
4.1 Những hạn chế của sản phẩm…………………………………………………………………….55
4.2 Hƣớng phát triển tiếp theo ………………………………………………………………………..55
Tài liệu tham khảo ………………………………………………………………………………………….56
Datasheet của các IC ………………………………………………………………………………………57
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Danh sách hình vẽ
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang viii
Danh sách hình vẽ
Chƣơng 1
Hình 1.1: Sơ đồ khối sản phẩm ……………………………………………………………………………1
Hình 1.2: Kiến trúc vi xử lý ARM-Cortex M3……………………………………………………….3
Hình 1.3: Kiến trúc chung của dòng STM32 …………………………………………………………4
Chƣơng 2
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch ………………………………………………………………………….5
Hình 2.2: EASY KIT ………………………………………………………………………………………….6
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn………………………………………………………………….7
Hình 2.4 Cấu Trúc Của Ổ Đĩa …………………………………………………………………………….7
Hình 2.5: Cấu trúc chung của mỗi phân vùng
………………………………………………………..9
Hình 2.6: Giao tiếp giữa SD Card và SPI……………………………………………………………12
Hình 2.7 Cấu trúc đáp ứng R1 và R3 …………………………………………………………………14
Hình 2.8: Đọc một khối dữ liệu
…………………………………………………………………………15
Hình 2.9: Đọc nhiều khối dữ liệu ………………………………………………………………………16
Hình 2.10: Sơ đồ khối giao diện SPI ………………………………………………………………….18
Hình 2.11: Sơ đồ kết nối Micro SD Card với giao diện SPI2 ……………………………….19
Hình 2.12: Trạng thái clock tĩnh của SPI …………………………………………………………..20
Hình 2.13: Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi DAC
…………………………………………………21
Hình 2.14: Ngõ ra không đệm ( có tải và không tải ở ngõ ra)………………………………..22
Hình 2.15: Ngõ ra có đệm ( có tải và không tải ở ngõ ra)
…………………………………….22
Hình 2.16: Thanh ghi dữ liệu tƣơng ứng với 3 trƣờng hợp Single mode…………………23
Hình 2.18 Quá trình chuyển đổi không cần xung kích………………………………………….24
Hình 2.19: Sơ đồ khối của bộ điều khiển DMA.
…………………………………………………27
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Danh sách hình vẽ
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang ix
Hình 2.20: Bộ điều khiển DMA2 và ánh xạ ngoại vi của nó …………………………………28
Hình 2.21: Sơ đồ khối của EXTI ……………………………………………………………………….31
Hình 2.22: Các nguồn ngắt của EXTI0 ………………………………………………………………31
Hình 2.23: Các nguồn ngắt của EXTI15 ……………………………………………………………32
Hình 2.24: Sơ đồ khối của module điều khiển …………………………………………………….32
Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý các nút nhấn……………………………………………………………33
Hình 2.26: Sơ đồ nguyên lý khố LCD
……………………………………………………………….34
Hình 2.27: Sơ đồ giải thuật mô tả trình tự giao tiếp với LCD…………………………………35
Hình 2.28: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất ………………………………………36
Chƣơng 3
Hình 3.1: Định dạng file WAVE
………………………………………………………………………..37
Hình 3.2: Minh họa định dạng của file WAVE…………………………………………………….39
Hình 3.3: Trang cài đặt kết nối …………………………………………………………………………..41
Hình 3.4: Trang trạng thái của Flash …………………………………………………………………..42
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang x
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Danh sách bảng biểu
Danh sách bảng biểu
Bảng 2.1 Mark Boot Recor………………………………………………………………………………..8
Bảng 2.2 Thông tin của một phân vùng ……………………………………………………………….8
Hình 2.5: Cấu trúc chung của mỗi phân vùng ………………………………………………………..9
Bảng 2.3: Thông tin chứa trong Boot sector ………………………………………………………..10
Bảng 2.4: Giá trị của các mục nhập trong FAT……………………………………………………11
Bảng 2.5: Cấu trúc của Directory Table
……………………………………………………………..11
Bảng 2.6: Cấu trúc lệnh của SD Card………………………………………………………………….13
Bảng 2.7: Một số lệnh thƣờng gặp của SD Card………………………………………………….13
Bảng 2.8: Các chân của bộ DAC
………………………………………………………………………22
Bảng 2.9: Nguồn xung kích ngoài
……………………………………………………………………..24
Bảng 2.10 Các yêu cấu ngắt của DMA …………………………………………………………….28
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Chương 1. Giới thiệu chung về sản phẩm
SVTH:
PHẠM VĂN VANG
Trang 1
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN PHẨM
1.1 Sơ đồ khối
AMPLIFIER
Đặc điểm:
Hình 1.1: Sơ đồ khối sản phẩm
