Tài liệu Truyền dữ liêu giữa hai máy tính

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ MÔN THỰC HÀ NH ĐIỆN TỬ NÂNG CAO ĐỀ TÀI TRUYỀN DỮ LIỆU GIỮ A HAI MÁY TÍ NH Giảng viên hướng dẫn : BÙI THƯ CAO Nhóm 1: Bảo Bảo HOÀNG THÀNH LONG VÕ QUỐC BẢO ĐOÀN THỊ HẰNG Chuyên ngành: Điện Tử Viễn Thông Mã chuyên ngành: 7510302 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Điện-Điên tử, đã tạo điều kiện cho chúng em có cơ hội được học tập nâng cao triǹ h độ và được báo cáo ngày hôm nay, chúng em xin cám ơn các Thầy Cô đã truyền đạt trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu, làm nền tảng để từng bước thực hiện và hoàn thành dự án này. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy, TS. Bùi Thư Cao, các Thầy đã định hướng, hướng dẫn, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành dự án này. Ngoài ra, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các nhà khoa học, các tác giả của các công trình nghiên cứu đã trích dẫn trong đề tài này đã cung cấp nhiều nguồn tư liệu quý báu, những kiến thức liên quan trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, chúng em xin được gửi lời cảm ơn đến gia đình, cơ quan công tác, bạn bè, các anh chị đã chia sẻ, giúp đỡ và góp ý cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện dự án này. Chúc Trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM phát triển mạnh mẻ, vươn ra tầm thế giới! Kính Chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khỏe, công tác tốt, gặt hái được thật nhiều trong sự nghiệp trồng người đầy vẻ vang của mình. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 2 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao MỤC LỤC Chương 1 Tổ ng quan đề tài ....................................................................................... 10 1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 10 1.2 Mu ̣c tiêu đề tài ................................................................................................. 10 1.3 Yêu cầ u đề tài .................................................................................................. 10 1.4 Pha ̣m vi đề tài .................................................................................................. 10 1.4 Ý nghiã đề tài .................................................................................................. 11 1.5 Kế hoa ̣ch thực hiê ̣n đề tài ................................................................................ 11 Chương 2 Cơ sở lí thuyế t ........................................................................................... 13 2.1 Điề u chế ASK .................................................................................................. 13 2.1.1 Giới thiê ̣u điề u chế ASK .......................................................................... 13 2.1.2 Lý thuyế t điề u chế ASK ........................................................................... 14 2.1.3 Sơ đồ khối điều chế .................................................................................. 14 2.2 Arduino ............................................................................................................ 15 2.2.1 Định nghĩa ................................................................................................ 15 2.2.2 Lịch sử phát triển ..................................................................................... 15 2.2.3 Phần cứng ................................................................................................. 16 2.2.4 Cách lập trình ........................................................................................... 19 2.3 Visuo studio ..................................................................................................... 19 2.3.1 Định nghĩa ................................................................................................ 19 2.3.2 Tính năng ................................................................................................. 20 2.3.3 Giao diện Visuo Studio: ........................................................................... 24 2.4. Visual basic .................................................................................................... 25 2.4.1 Giới thiê ̣u về Visual Basic ....................................................................... 25 2.4.2 Khởi động phần mềm và tạo project ........................................................ 25 2.4.3 Giới thiệu giao diện .................................................................................. 27 2.4.4 Ngôn ngữ lâ ̣p trình Visual Basic .............................................................. 28 Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 3 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao 2.4.5 Thư viê ̣n ................................................................................................... 31 2.5 Multisim .......................................................................................................... 32 2.5.1 Định nghĩa ................................................................................................ 32 2.5.2 Giới thiệu giao diện MultiSim ................................................................. 32 2.5.3 Điều chỉnh giao diện của MultiSim ......................................................... 34 2.6 Mạch thu phát tín hiệu RF ............................................................................... 36 2.6.1 Đinh ̣ nghiã ................................................................................................ 36 2.6.2 Đă ̣c tính .................................................................................................... 36 2.6.3 Cách ta ̣o ra sóng RF ................................................................................. 36 2.6.4 Phương thức truyề n vô tuyế n RF ............................................................. 37 2.6.3 Ý nghĩa ..................................................................................................... 37 2.6.4 Ứng dụng .................................................................................................. 37 Chương 3 Thiế t kế hê ̣ thố ng thu phát sử du ̣ng module RF ....................................... 38 3.1 Mạch thu phát tín hiệu RF ............................................................................... 38 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý ....................................................................................... 38 3.1.2 PCB .......................................................................................................... 40 3.1.3 Ma ̣ch 3D ................................................................................................... 41 3.1.4 Kết quả mô phỏng .................................................................................... 42 3.2 Hê ̣ thố ng thu phát sử du ̣ng module RF ........................................................... 44 3.2.1 Sơ đồ khố i ................................................................................................ 44 3.2.2 Sơ đồ nguyên lí ........................................................................................ 44 3.2.3 Lưu đồ giải thuâ ̣t ...................................................................................... 45 3.3 Lâ ̣p trình .......................................................................................................... 46 3.3.1 Code của bô ̣ phát RF ................................................................................ 46 3.3.2 Code của bô ̣ thu RF .................................................................................. 47 3.4 Thực hành kế t nố i hê ̣ thố ng ............................................................................. 48 3.5 Kế t nố i bô ̣ thu phát với giao diê ̣n Visual Basic ............................................... 50 3.5.1 Giao diê ̣n hê ̣ thố ng ................................................................................... 50 Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 4 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao 3.5.2 Lưu đồ giải thuâ ̣t của giao diê ̣n ................................................................ 51 3.5.3 Code thu phát của giao diê ̣n ..................................................................... 52 3.5.4 Giao diê ̣n đã kế t nố i hê ̣ thố ng thu phát RF 315MHz ............................... 55 Chương 4 Kế t quả thực nghiê ̣m của hê ̣ thố ng ........................................................... 56 4.1 Mô hình hê ̣ thố ng thu phát sóng RF 315MHz ................................................. 56 4.2 Thu phát đươ ̣c tiń hiê ̣u từ hê ̣ thố ng hoàn chỉnh .............................................. 56 4.3 Thời gian truyề n và tố c đô ̣ khi tin ́ h toán lí thuyế t và thực tế .......................... 57 4.4 Sai số khi thực nghiê ̣m và xác đinh ̣ nguyên nhân ........................................... 57 Chương 5 Kế t luâ ̣n và hướng phát triể n .................................................................... 59 5.1 Đánh giá chấ t lươ ̣ng hê ̣ thố ng ......................................................................... 59 5.2 Đánh giá mức đô ̣ đa ̣t với mu ̣c tiêu đă ̣t ra ........................................................ 59 5.3 Hướng phát triển của đề tài ............................................................................. 59 5.4 Kinh nghiê ̣m đa ̣t đươ ̣c khi thực hiê ̣n đề tài ..................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 61 Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 5 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao DANH MỤC HÌNH ẢNH Hin ̀ h 1: Da ̣ng tín hiê ̣u ASK ................................................................................. 13 Hin ̀ h 2: Sơ đồ khố i điề u chế ASK ....................................................................... 14 Hình 3: Sơ đồ khố i giải điề u chế ASK ................................................................ 15 Hin ̀ h 4: Arduino chip dán .................................................................................... 17 Hình 5: ATmega8 ................................................................................................ 18 Hin ̀ h 6: Arduino chip cắ m ................................................................................... 18 Hình 7: Datasheet chip chân cắm ........................................................................ 18 Hin ̀ h 8: Giao diê ̣n Arduino .................................................................................. 19 Hình 9: Giao diê ̣n Visual Studio ......................................................................... 24 Hin ̀ h 10: Khởi động phần mềm ........................................................................... 26 Hình 11: Cấu hình cho Project mới ..................................................................... 27 Hin ̀ h 12: Giao diện MultiSim .............................................................................. 33 Hình 13: Cài đă ̣t cho người sử du ̣ng .................................................................... 35 Hin ̀ h 14: Sơ đồ nguyên lý mạch phát .................................................................. 38 Hin ̀ h 15: Sơ đồ nguyên lý mạch thu .................................................................... 39 Hin ̀ h 16: PCB mạch phát ..................................................................................... 40 Hin ̀ h 17: PCB mạch thu ....................................................................................... 41 Hin ̀ h 18: 3D mạch phát ........................................................................................ 41 Hin ̀ h 19: 3D mạch thu ......................................................................................... 42 Hình 20: Sơ đồ mô phỏng mạch phát .................................................................. 42 Hin ̀ h 21: Sơ đồ mô phỏng mạch thu .................................................................... 43 Hình 22: Kết quả mô phỏng tại mạch phát .......................................................... 43 Hin ̀ h 23: Kết quả mô phỏng tại mạch thu............................................................ 43 Hình 24: Sơ đồ khố i của hê ̣ thố ng ....................................................................... 44 Hin ̀ h 25: Sơ đồ nguyên lí của bô ̣ phát RF ........................................................... 44 Hình 26: Sơ đồ nguyên lí của bô ̣ thu RF ............................................................. 44 Hin ̀ h 27: Lưu đồ giải thuâ ̣t bô ̣ phát RF................................................................ 45 Hình 28: Lưu đồ giải thuâ ̣t bô ̣ thu RF ................................................................. 45 Hin ̀ h 29: Lắ p ráp bô ̣ phát RF ............................................................................... 48 Hình 30: Lắ p ráp bô ̣ thu RF ................................................................................. 48 Hình 31: Na ̣p code vào bô ̣ phát và bô ̣ thu ........................................................... 49 Hình 32: Thực hiê ̣n kế t nố i bô ̣ phát và bô ̣ thu với máy tính ............................... 49 Hin ̀ h 33: Giao diê ̣n bô ̣ phát ................................................................................. 50 Hình 34: Giao diê ̣n bô ̣ thu ................................................................................... 50 Hin ̀ h 35: Lưu đồ giải thuâ ̣t của giao diê ̣n ............................................................ 51 Hình 36: Giao diê ̣n đã kế t nố i hê ̣ thố ng thu phát RF 315MHz ........................... 55 Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 6 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Hin ̀ h 37: Mô hiǹ h hê ̣ thố ng thu phát sóng RF 315MHz ...................................... 56 Hình 38: Thu phát đươ ̣c tín hiê ̣u từ hê ̣ thố ng hoàn chin̉ h.................................... 56 Hin ̀ h 39: Tố c đô ̣ truyề n ........................................................................................ 57 Hình 40: Thu phát đươ ̣c tín hiê ̣u từ hê ̣ thố ng hoàn chin̉ h.................................... 57 Hin ̀ h 41: Giao diê ̣n cải thiê ̣n ................................................................................ 59 Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 7 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao DANH MỤC BẢNH BIỂU Bảng 1: Bảng kế hoa ̣ch thực hiê ̣n ........................................................................ 12 Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 8 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với những ứng dụng của khoa học kĩ thuật trên tiên tiến, thế giới chúng ta đã và đang ngày một thay đổi,văn minh và hiê ̣n đại hơn. Sự phát triển của kĩ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Điện tử đang trở thành một ngành công nghiệp đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công nông lâm ngư nghiệp cho đến các nhu cầu thiết bị trong đời sống hàng ngày. Một trong những ứng dụng quan trọng trong công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa hay những thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào để vận hành điều khiển. Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên,em đã thiết kế và thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong nhà sử dụng module thu phát sóng vô tuyến. Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 9 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 1 Tổ ng quan đề tài Chương 1 Tổ ng quan đề tài 1.1 Đặt vấn đề Mục tiêu của đồ án môn học 1 giúp cho sinh viên có những khả năng sau: - Tự sắp xếp kế hoạch làm việc. - Tự tìm tòi tra cứu tham khảo tài liệu. - Biết tính toán thiết kế cách mạch ứng dụng dựa và các môn cơ sở ngành. - Thi công một số sản phẩm đơn giản. Vì vậy cùng với sự hướng dẫn của thầy Bùi Thư Cao, người thực hiện đề tài đã chọn đồ án môn học 2. Đồ án vận dụng các kiến thức đã học về vi điều khiển, thu phát sóng RF,…. Và là cơ hội để người thực hiện đề tài có thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm kiểm tra sự khác nhau giữa lý thuyết so với trên thực tế. 1.2 Mục tiêu đề tài - Thiế t kế lắ p ráp mô hình thu phát truyề n dữ liê ̣u giữa hai máy tin ́ h sử du ̣ng ki ̃ thuâ ̣t ASK. 1.3 Yêu cầ u đề tài - Máy tin ́ h có phầ n mề n Visual Basic cho phép truyề n dữ liê ̣u giữa hai máy tiń h. - Cách thức hoa ̣t đô ̣ng ở bô ̣ phát: + Nhâ ̣p dữ liê ̣u vào giao diê ̣n. + Gửi dữ liê ̣u đế n arduino. + Truyề n dữ liê ̣u đế n bô ̣ thu qua sóng RF 315MHz. - Cách thức hoa ̣t đô ̣ng ở bô ̣ thu: + Nhâ ̣n dữ liê ̣u từ bô ̣ phát qua sóng RF 315MHz. + Hiể n thi ̣dữ liê ̣u đã gửi từ bô ̣ phát. 1.4 Pham ̣ vi đề tài Với sự cố gắng, nỗ lực, chúng em đẽ hoàn thành được việc tìm hiểu nghiên cứu và tạo ra được sản phẩm là hệ thống giao tiếp và truyền dữ liệu giữa hai máy tính bằng sóng RF. Tuy nhiên, có giới hạn về thời gian và trình độ, khó khăn trong việc tìm hiểu tìm kiếm linh kiện thi công, nên khoảng cách điều khiể n bị giới hạn trong khả năng Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 10 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 1 Tổ ng quan đề tài thu phát cao tần do độ chính xác chưa cao của mạch. Đồng thời, thi công sản phẩm bằng các thiết bị đơn giản và thiếu thốn nên chưa đạt yêu cầu về tính thẩm mỹ. 1.4 Ý nghiã đề tài - Thiết kế và mô phỏng được một nghiên cứu và ứng dụng viễn thông. - Sử dụng các kết quả thực nghiệm, tư duy phân tích xác định các ưu nhược điểm và cải tiến chất lượng của thiết bị. 1.5 Kế hoac̣ h thực hiê ̣n đề tài STT Nô ̣i dung Tuầ n Sinh viên thực hiê ̣n Nhâ ̣n xét của GVHD 1 Tuầ n 1 - Giới thiê ̣u về mô ̣t project Đoàn Thi ̣Hằ ng hoàn chỉnh. Hoàng Thành Long Võ Quố c Bảo 2 Tuầ n 2 - Xây dựng mô hiǹ h sơ đồ khố i Đoàn Thi ̣Hằ ng hê ̣ thố ng truyề n dẫn kế t nố i có Hoang Thanh Long ̀ ̀ dây Võ Quố c Bảo 3 Tuầ n 3 - Xây dựng mô hiǹ h sơ đồ khố i Đoàn Thi ̣Hằ ng hê ̣ thố ng truyề n dẫn kế t nố i Hoang Thanh Long ̀ ̀ không dây Võ Quố c Bảo Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 11 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 1 Tổ ng quan đề tài 4 Tuầ n 4 đế n Tuầ n 7 - Tìm hiể u tài liê ̣u về kế t nố i có Đoàn Thi ̣Hằ ng dây giữa 2 máy tin ́ h Hoàng Thành Long - Tìm hiể u truyề n dẫn có điề u Vo Quố c Bao ̉ ̃ chế - Thảo luâ ̣n về mô hình điề u chế có dây và không dây - Thố ng nhấ t về mô hình điề u chế có dây và không dây - Truyề n trực tiế p 2 board arduino có dây và không dây - Tìm hiể u phầ n mề n Multisin, Visual Studio / Visual basic -Tìm hiể u module thu phát RF 315MHz 5 Tuầ n 8 - Lâ ̣p trình phầ n mề n Đoàn Thi ̣Hằ ng Đế n - Thiế t kế phầ n cứng Hoàng Thành Long Tuầ n 10 - Thực hành lắ p ráp hê ̣ thố ng Võ Quố c Bảo - Thực hiê ̣n kế t nố i hê ̣ thố ng - Hoàn chỉnh hê ̣ thố ng - Làm báo cáo - Chuẩ n bi ̣ thuyế t trình về hê ̣ thố ng Tuầ n 11 - Hoàn thành báo cáo đế n tuầ n - Thuyế t trinh bao cao ́ ́ ̀ 12 Đoàn Thi ̣Hằ ng Hoàng Thành Long Võ Quố c Bảo Bảng 1: Bảng kế hoạch thực hiê ̣n Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 12 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 2 Cơ sở lí thuyế t Chương 2 Cơ sở lí thuyế t 2.1 Điều chế ASK 2.1.1 Giới thiêụ điề u chế ASK Định nghĩa: ASK (Amplitude Shift Keying), tiếng Việt gọi là điều chế số theo biên độ tín hiệu. Tín hiệu ASK có dạng sóng dao động có tần số f, mỗi bit đặc trưng bởi biên độ khác nhau của tín hiệu. Hiǹ h 1: Da ̣ng tin ́ hiê ̣u ASK Khi tín hiệu dữ liệu số được truyền bằng phương pháp AM thì kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật kỹ thuật dời biên (ASK, Amplitude- Shift Keying). Bit 1 được truyền đi bởi sóng mang có biên độ E1 và bit 0 bởi sóng mang biên độ E2. - Đă ̣c điể m: + Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất. + Phương pháp này chỉ phù hơ ̣p trong truyề n số liê ̣u tố c đô ̣ thấ p ( xấ p xỉ 1200bps trên kênh truyề n thoa ̣i). + Tần số của tín hiê ̣u mang đươ ̣c dùng phụ thuô ̣c vào chuẩ n giao tiế p đang đươ ̣c sử du ̣ng. + Kỹ thuâ ̣t này đươ ̣c dùng trong cáp quang. Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 13 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 2 Cơ sở lí thuyế t 2.1.2 Lý thuyế t điề u chế ASK - Điề u chế ASK: sóng điều biên được ta ̣o ra bằ ng cách thay đổ i biên đô ̣ sóng mang theo biên đô ̣ sóng mang theo biên đô ̣ tiń hiê ̣u gố c. - Phương pháp này với các bit 0 và 1 làm thay đổ i biên độ của tin ́ hiê ̣u sóng mang, trong đó tố c đô ̣ truyề n tín hiệu ASK bị giới ha ̣n bởi các đă ̣c tính vâ ̣t lí của môi trường truyền. Truyền dẫn ASK thường rất nha ̣y cảm với nhiễu. Nhiễu thường là các tín hiê ̣u điê ̣n áp xuấ t hiê ̣n trên đường dây từ các nguồ n tiń hiê ̣u khác ảnh hưởng đươ ̣c lên biên đô ̣ của tín hiê ̣u ASK. Băng thông dùng cho ASK: BW = (1+d)Nbaud Trong đó: BW: băng thông Nbaud: tố c đô ̣ baud d: thừa số liên quan đế n điề u kiê ̣n đường dây (có giá tri ̣bé nhất là 0) Ta thấ y băng thông tối thiể u cầ n cho quá trình truyền thì bằ ng tố c đô ̣ baud. 2.1.3 Sơ đồ khối điều chế a. Điều chế ASK Hình 2: Sơ đồ khố i điề u chế ASK b. Giải điều chế ASK Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 14 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 2 Cơ sở lí thuyế t Hiǹ h 3: Sơ đồ khố i giải điề u chế ASK c. Ưu điể m và nhược điểm - Ưu điểm: + Chỉ dùng một sóng mang duy nhất. + Phù hợp với truyền tốc độ thấp ,dễ thực hiện. - Nhược điểm: + Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu. + Khó đồng bộ, it dùng trong thực tế. d. Ứng dụng + RDIF + Module RF 2.2 Arduino 2.2.1 Định nghĩa Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm. Phần cứng Arduino (các board mạch vi xử lý) được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau. 2.2.2 Lịch sử phát triển Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 15 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 2 Cơ sở lí thuyế t một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.Giá của các board Arduino dao động xung quanh €20, hoặc $27, nếu được "làm giả" thì giá có thể giảm xuống thấp hơn $9. Các board Arduino có thể được đặt hàng ở dạng được lắp sẵn hoặc dưới dạng các kit tựlàm-lấy. Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở). Người ta ước tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã được sản xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã được đưa tới tay người dùng. 2.2.3 Phần cứng Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquino tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình. Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các board được lập trình thông qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc vào đời phần cứng. Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa RS232 sang Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 16 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 2 Cơ sở lí thuyế t TTL. Các board Arduino hiện tại được lập trình thông qua cổng USB, thực hiện thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232. Vài biến thể, như Arduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụng một board adapter hoặc cáp nối USBto-serial có thể tháo rời được, Bluetooth hoặc các phương thức khác. (Khi sử dụng một công cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay vì ArduinoIDE, công cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn sẽ được sử dụng.)Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho những mạch ngoài. Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O kỹ thuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input analog, có thể được sử dụng như là 6 chân I/O số. Những chân này được thiết kế nằm phía trên mặt board, thông qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm). Nhiều shield ứng dụng plug-in cũng được thương mại hóa. Các board Arduino Nano, và Arduino-compatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các chân header đực ở mặt trên của board dùng để cắm vào các breadboard. Có nhiều biến thể như Arduino-compatible và Arduino-derived. Một vài trong số đó có chức năng tương đương với Arduino và có thể sử dụng để thay thế qua lại. Nhiều mở rộng cho Arduino được thực thiện bằng cách thêm vào các driver đầu ra, thường sử dụng trong các trường học để đơn giản hóa các cấu trúc của các 'con rệp' và các robot nhỏ. Những board khác thường tương đương về điện nhưng có thay đổi về hình dạng-đôi khi còn duy trì độ tương thích với các shield, đôi khi không. Vài biến thể sử dụng bộ vi xử lý hoàn toàn khác biệt, với các mức độ tương thích khác nhau. Trong môn học đồ án 2, chúng em lựa chọn sử dụng hai board Arduino UNO R3: + X1 chip dán Hình 4: Arduino chip dán Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 17 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 2 Cơ sở lí thuyế t Hin ̀ h 5: ATmega8 + X1 chip cắm Hình 6: Arduino chip cắ m Datasheet chip chân cắm: Hiǹ h 7: Datasheet chip chân cắm Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 18 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 2 Cơ sở lí thuyế t 2.2.4 Cách lập trình Các Arduino tích hợp môi trường phát triển ( IDE ) là một nền tảng ứng dụng (ví của Windows , MacOS , Linux ) được viết bằng ngôn ngữ lập trình Java . Nó được sử dụng để viết và tải các chương trình lên các bảng tương thích Arduino, nhưng cũng với sự trợ giúp của các lõi bên thứ 3, các bảng phát triển nhà cung cấp khác. Arduino IDE hỗ trợ các ngôn ngữ C và C ++ bằng cách sử dụng các quy tắc đặc biệt về cấu trúc mã. Hiǹ h 8: Giao diê ̣n Arduino 2.3 Visuo studio 2.3.1 Định nghĩa Microsoft Visual Studio là một môi trườngphát triển tích hợp (IDE) từ Microsoft. Nó được sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, cũng như các trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web. Visual Studio sử dụng nền tảng phát triển phần mềm của Microsoft như Windows API, Windows Forms, Windows Presentation Foundation, Windows Store và Microsoft Silverlight. Nó có thể sản xuất cả hai ngôn ngữ máy và mã số quản lý. Visual Studio bao gồm một trình soạn thảo mã hỗ trợ IntelliSense cũng như cải tiến mã nguồn. Trình gỡ lỗi tích hợp hoạt động cả về trình gỡ lỗi mức độ mã nguồn và gỡ lỗi mức độ máy. Công cụ tích hợp khác bao gồm một mẫu thiết kế các hình thức xây dựng giao diện ứng dụng, thiết kế web, thiết kế lớp và thiết kế giản đồ cơ sở dữ liệu. Nó chấp nhận các plug-in nâng cao các chức năng ở hầu hết các cấp bao gồm Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 19 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao Chương 2 Cơ sở lí thuyế t thêm hỗ trợ cho các hệ thống quản lý phiên bản (như Subversion) và bổ sung thêm bộ công cụ mới như biên tập và thiết kế trực quan cho các miền ngôn ngữ cụ thể hoặc bộ công cụ dành cho các khía cạnh khác trong quy trình phát triển phần mềm. Visual Studio hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau và cho phép trình biên tập mã và gỡ lỗi để hỗ trợ (mức độ khác nhau) hầu như mọi ngôn ngữ lập trình. Các ngôn ngữ tích hợp gồm có C, C++ và C++/CLI (thông qua Visual C++), VB.NET (thông qua Visual Basic.NET), C# (thông qua Visual C#) và F# (như của Visual Studio 2010[5]). Hỗ trợ cho các ngôn ngữ khác như J++/J#, Python và Ruby thông qua dịch vụ cài đặt riêng rẽ. Nó cũng hỗ trợ XML/XSLT, HTML/XHTML, JavaScript và CSS. Microsoft cung cấp phiên bản "Express" (đối với phiên bản Visual Studio 2013 trở về trước) và "Community" (đối với bản Visual Studio 2015 trở về sau) là phiên bản miễn phí của Visual Studio. 2.3.2 Tính năng Giống như bất kỳ IDE khác, nó bao gồm một trình soạn thảo mã hỗ trợ tô sáng cú pháp và hoàn thiện mã bằng cách sử dụng IntelliSense không chỉ cho các biến, hàm và các phương pháp mà còn các cấu trúc ngôn ngữ như vòng điều khiển hoặc truy vấn. IntelliSense được hỗ trợ kèm theo cho các ngôn ngữ như XML, Cascading StyleSheets và JavaScript khi phát triển các trang web và các ứng dụng web. Các đề xuất tự động hoàn chỉnh được xuất hiện trong một hộp danh sách phủ lên trên đỉnh của trình biên tập mã. Trong Visual Studio 2008 trở đi, nó có thể được tạm thời bán trong suốt để xem mã che khuất bởi nó. Các trình biên tập mã được sử dụng cho tất cả các ngôn ngữ được hỗ trợ. Các trình biên tập mã Visual Studio cũng hỗ trợ cài đặt dấu trang trong mã để điều hướng nhanh chóng. Hỗ trợ điều hướng khác bao gồm thu hẹp các khối mã lệnh và tìm kiếm gia tăng, ngoài việc tìm kiếm văn bản thông thường và tìm kiếm Biểu thức chính quy. Các trình biên tập mã cũng bao gồm một bìa kẹp đa mục và một danh sách công việc. Các trình biên tập mã hỗ trợ lưu lại các đoạn mã được lặp đi lặp lại nhằm để chèn vào mã nguồn sử dụng về sau. Một công cụ quản lý cho đoạn mã được xây dựng là tốt. Những công cụ này nổi lên như các cửa sổ trôi nổi có thể được thiết lập để tự động ẩn khi không sử dụng hoặc neo đậu đến các cạnh của màn hình. Các trình biên tập mã Visual Studio cũng hỗ trợ cải tiến mã nguồn bao gồm tham số sắp xếp lại, biến Hoàng Thành Long-Võ Quố c Bảo 20 Đoàn Thi ̣Hằng GVHD: Bùi Thư Cao