BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ROBOT LAU KÍNH TỰ HÀNH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S NGHIÊM HOÀNG HẢI

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Tạ Bá Tài

1711020376

17DDCA2

Đào Phan Huy Thơng

1711020396

17DDCA2

Nguyễn Thành Tâm

1711020477

17DDCA2

Tp. Hồ Chí Minh, 5 tháng 9/2021

i


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, cho em xin được gởi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nghiêm Hoàng
Hải, người đã hướng dẫn em hết sức nhiệt tình và giúp em vượt qua được những hạn
chế về kiến thức của bản thân để hoàn thành đồ án này.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến sự giúp đỡ hết sức nhiệt tình của các bạn cùng
khóa, sự ủng hộ của cha, mẹ, anh chị em trong gia đình cũng đã giúp em vượt qua
nhiều khó khăn trong q trình làm đồ án.
Ngoài ra, em xin cảm ơn tất cả các thầy trong trường Đại Học Công Nghệ đã
giảng dạy cho em suốt năm năm qua, cung cấp cho em kiến thức làm nền tảng để hoàn
thiện đồ án.
Mặc dù rất cố gắng để hồn thành tập đồ án, nhưng vì kiến thức cá nhân có hạn,
em khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em mong q thầy, cơ có thể chỉ bảo .
Em rất mong được đón nhận những ý kiến đóng góp.

vi


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ v
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................vi

MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................vi
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... viii
Chương 1: GIỚI THIỆU .................................................................................................. 1
1.1

Giới thiệu chương ............................................................................................... 1

1.2

Ứng dụng của đề tài ............................................................................................ 1

1.3

Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 1

1.4

Phương pháp và phương tiện nghiên cứu........................................................ 1

1.5

Lựa chọn phương pháp thực hiện đề tài [1] ....................................................... 2

1.6

Kết luận chương ................................................................................................. 4

Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP ........................................................................... 5

2.1

Giới thiệu chương ............................................................................................... 5

2.2

Cơ sở lý thuyết về cơ học ................................................................................... 6

2.3

Giới thiệu về DTMF ........................................................................................... 8

2.3.1

DTMF là gì?................................................................................................. 8

2.3.2

Mạch giải mã DTFM ................................................................................... 9

2.3.3

Chức năng các khối của IC MT8870 [2] ................................................... 11

2.4

Vi điều khiển MSP430x2xx [3] ........................................................................ 14

2.4.1


Giới thiệu chung về MSP430x2xx............................................................. 14

2.4.2

Các chân nhập, xuất ................................................................................... 17

iii


2.4.3
2.5

Điều xung dựa trên các bộ Timer của MSP430x2xx ................................. 19

Động cơ phân luồng ......................................................................................... 22

2.5.1

Giới thiệu ................................................................................................... 22

2.5.2

Đặc điểm kỹ thuật [5] ............................................................................... 23

2.5.3

Động cơ DC không chổi than .................................................................... 24

2.6


Cơ cấu chuyển động ......................................................................................... 29

2.7

Kết luận chương ............................................................................................... 30

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ................................................................. 31
3.1

Giới thiệu chương ............................................................................................. 31

3.2

Mạch vi điều khiển ........................................................................................... 32

3.3

Mạch giãi mã DTMF 8870 ............................................................................... 34

3.3.1

Sơ đồ nguyên lý: ........................................................................................ 34

3.3.2

Nguyên lý hoạt động:................................................................................. 35

3.4

Xây dựng chương trình điều khiển ................................................................... 36


3.4.1

Động cơ cánh quạt ..................................................................................... 39

3.4.2

Động cơ và bánh xe ................................................................................... 44

3.4.3

Driver điều khiển động cơ DC ( Mạch cầu H ) [6] .................................... 46

3.4.4

Buồng khí ................................................................................................... 50

3.4.5

Phần lau kính ............................................................................................. 51

3.4.6

Bảo mật ...................................................................................................... 52

3.5

Kết luận chương ............................................................................................... 54

Chương 4: QUY TRÌNH THI CÔNG ............................................................................ 55

Chương 5 : THI CÔNG .................................................................................................. 63
Chương 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN.......................................................... 74
6.1

KẾT QUẢ: ........................................................................................................ 74

6.2

KẾT LUẬN: ..................................................................................................... 74

6.3

HƯỚNG PHÁT TRIỀN ĐỀ TÀI ..................................................................... 74

iv


TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 75

v


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

MCU


Microcontroller Unit

Vi điều khiển

DC

Direct Current

Một chiều

PWM

Pulse Width Modulation

Điều xung

EDF

Electric Ducted Fan

Động cơ điện

ESC

Electronic Speed Controller

Điều khiển tốc độ điện tử

Li-Po


Lithium Polymer

Pin Li-Po

GPIO

General purpose I/O

Chân xuất nhập chung

DTFM

Dual-tone multi-frequency

Âm thanh đa tần số

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Hình ảnh 2 mẫu robot leo tường .............................................................................................. 2
Hình 1. 2 Robot leo tường sử dụng giác hút của ĐH Seoul ..................................................................... 3
Hình 1. 3 Mecho-Gecko đang leo trên cửa kính ...................................................................................... 4

Hình 2. 1 Sơ đồ khối tổng quát ................................................................................................................ 5
Hình 2. 2 Phân bố các lực trên robot khi leo tường ................................................................................. 7
Hình 2. 3 Sơ đồ chân MT8870 ................................................................................................................. 9
Hình 2. 4 Sơ đồ khối chức năng MT8870 .............................................................................................. 11
Hình 2. 5 Mạch steering ......................................................................................................................... 12

Hình 2. 6 So sánh về các thành viên của họ MSP430x2xx3 .................................................................. 16
Hình 2. 7 Sơ đồ chân IC MSP430G2553 ............................................................................................... 17
Hình 2. 8 Sơ đồ khối Timer A................................................................................................................ 20
Hình 2. 9 Timer A, up mode .................................................................................................................. 22
Hình 2. 10 Ducted fan dùng trong máy bay .......................................................................................... 23
Hình 2. 11 Cấu tạo một động cơ BLDC điển hình ................................................................................. 26
Hình 2. 12 Giản đồ so sánh dạng sóng sin ba pha và DC ba pha ........................................................... 27
Hình 2. 13 Sơ đồ khóa và q trình đóng cắt điều khiển động cơ BLDC .............................................. 28
Hình 2. 14 Giản đồ dòng điện tương ứng ba pha của dây quấn stator ................................................... 28

Hinh 3. 1 Sơ đồ khối ...................................................................................................... 31
Hinh 3. 2: Kit MSP430G2553 LaunchPad..................................................................... 33
Hinh 3. 3 Mạch điều khiển trung tâm MSP430G2553 .................................................. 33
Hinh 3. 4 Mạch nguồn 3.3V ........................................................................................... 34
Hinh 3. 5 Sơ đồ nguyên lý ............................................................................................. 34
Hinh 3. 6 Layout thi công .............................................................................................. 35
Hinh 3. 7 Lưu đồ thuật toán hàm main .......................................................................... 37
Hinh 3. 8: Lưu đồ thuật toán điều khiển Robot ............................................................. 38
Hinh 3. 9 Bộ điều dòng ESC (của hãng TURNIGY) ..................................................... 40
Hinh 3. 10 Ducted fan sử dụng trong đề tài ................................................................... 41
Hinh 3. 11 Pin Li-po 4 cell cung cấp cho cánh quạt ...................................................... 42
Hinh 3. 12 Kết nối giữa Pin-ESC-ducted fan................................................................. 42
Hinh 3. 13 Phương thức điều khiển độ rộng xung ......................................................... 42
Hinh 3. 14: Động cơ giảm tốc được sử dụng trong đề tài. ............................................. 44
Hinh 3. 15 Bánh xe được sử dụng trong đề tài .............................................................. 45

Vi


Hinh 3. 16 Pin Turnigy 3S 11.1V 2200mAh ................................................................. 45

Hinh 3. 17 Kit mạch cầu H............................................................................................. 46
Hinh 3. 18 IC L298N ..................................................................................................... 46
Hinh 3. 19 Nối song song hai cầu H để điều khiển động cơ lên đến 4A. ..................... 48
Hinh 3. 20 Mạch bảo vệ ................................................................................................. 49
Hinh 3. 21 Đáp ứng điện áp theo thời gian khi có ngắn mạch....................................... 49
Hinh 3. 22 Bề mặt buồng khí ......................................................................................... 51
Hinh 3. 23 Lưu đồ thuật toán kiểm tra mật khẩu ........................................................... 53
Hình 4. 1 Biểu tượng của SOLIDWORKS 2019 ........................................................... 55
Hình 4. 2 Màn hình làm việc của SOLIDWORKS 2019 ............................................... 55
Hình 4. 3 Màn hình chọn cơng việc của SOLIDWORKS 2019 .................................... 56
Hình 4. 4 Mặt ngồi của vỏ 1 ......................................................................................... 56
Hình 4. 5: Mặt trong của vỏ 1 ........................................................................................ 57
Hình 4. 6 Mặt ngồi của vỏ 2 ......................................................................................... 57
Hình 4. 7: Mặt ngồi của vỏ 2 ........................................................................................ 58
Hình 4. 8: Phần vỏ để làm cô lập phần động cơ phản lực.............................................. 58
Hình 4. 9 Phần động cơ DC 24V để di chuyển bánh xe ................................................ 59
Hình 4. 10 Động cơ phản lực EDF 70mm kèm motor 3200KV Ducted Fan ................ 60
Hình 4. 11 Bánh xe......................................................................................................... 61
Hình 4. 12 Màn hình chọn cơng việc của SOLIDWORKS 2019 .................................. 61
Hình 4. 13 Các phần cần sắp xếp lại để hoàn thiện mơ hình ......................................... 62
Hình 5. 1 Mặt trên của mơ hình ..................................................................................... 63
Hình 5. 2: Mặt trước của mơ hình .................................................................................. 64
Hình 5. 3: Mặt sau của mơ hình ..................................................................................... 64
Hình 5. 4 Mặt trái của mơ hình ...................................................................................... 65
Hình 5. 5 Mặt phải của mơ hình..................................................................................... 65
Hình 5. 6 Mặt dưới của mơ hình .................................................................................... 66
Hình 5. 7 Phần bên trong của mơ hình ........................................................................... 67

vii



DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Các tần số DTFM ............................................................................................ 8
Bảng 2. 2: Chức năng từng chân của MT8870 .............................................................. 10
Bảng 2. 3: Bảng mã chức năng ...................................................................................... 14
Bảng 2.4: PxSEL và PxSEL2 ......................................................................................... 18
Bảng 2. 5 Các mode ứng với từng giá trị của OUTMODx ............................................ 21

viii


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào đời sống con người đã làm thay
đổi căn bản diện mạo của thế giới. Từ công nghệ điện tử, máy tính, truyền thơng đến
hóa học, năng lượng… đã giúp chúng ta thuận tiện, dễ dàng hơn và đạt hiệu quả cao
hơn trong công việc. Trong những lĩnh vực đó, cơng nghệ robot cũng đã góp một phần
hữu hiệu vào những thành tựu đã đạt được. Robot trở thành một cánh tay đắc lực cho
con người, làm những việc con người không làm được, tần suất 24/24 giờ và trong
những mơi trường nguy hiểm đến tính mạng, sức khỏe con người. Xã hội càng phát
triển thì những tịa nhà cao tầng mọc lên càng nhiều, một khó khăn nảy sinh trong việc
vệ sinh các ơ cửa kính bên ngồi tịa nhà ở độ cao hàng chục, thậm chí hàng trăm mét
thực sự là một thử thách đối với con người, khi công nhân phải đối mặt với rất nhiều
rủi ro nếu phải thực hiện cơng việc đó một cách thủ cơng. Lấy cảm hứng từ đó, chúng
em thực hiện đề tài “Robot lau kính”.
Đề tài được chia thành 6 chương có nội dung như sau:
Chương 1: Giới thiệu
Chương này sẽ giới thiệu tổng quát về mục đính nghiên cứu, ứng dụng của
nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, cách lựa chọn phương pháp thực hiện đề tài.
Chương 2: Tổng quan giải pháp
Chương này sẽ giới thiệu về cơ sở lí thuyết, các thiết bị được sử dụng trong đề

tài.
Chương 3: Phương pháp giải quyết
Chương này sẽ là phần xây dựng lưu đồ thuật tốn, cách điều khiển các động
cơ có trong robot, giới thiệu các linh kiện thực tế, thiết kế mạch, thiết kế robot.
Chương 4: Quy trình thiết kế
Chương này sẽ là các quy trình thiết kế mơ hình mô phỏng
Chương 5: Thi công
Chương này sẽ chạy thử mô hình sản phẩm
ix


Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận
Sau một thời gian nghiên cứu, thi công và chạy thử đề tài: “Thiết kế robot lau
kính tự hành” đã hồn thành và đạt một số kết quả sau:
•

Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại robot leo tường lau kính

thơng dụng hiện nay.
•

Phân tích các thơng số kỹ thuật và phương án thiết kế một robot leo tường dùng

nguyên lý phản lực cơ bản.
•

Thiết kế khung robot, thiết kế mạch, viết chương trình điều khiển robot qua sóng

điện thoại.
•


Chạy mơ phỏng sản phẩm

x


Chương 1:

GIỚI THIỆU
1.1 Giới thiệu chương
Chương một sẽ giới thiệu khái quát về ứng dụng của đề tài, mục đích nghiên cứu,
phương pháp và phương tiện nghiên cứu, cũng như đưa ra lựa chọn phương án thi công
đề tài để đạt hiệu quả tốt nhất, phù hợp với khả năng, nguồn nguyên liệu sẵn có và giá
thành hiện nay.
1.2 Ứng dụng của đề tài
Robot có khả năng di chuyển trên các mặt phẳng thẳng đứng hay trần nhà dựa
vào nguyên tắc khí động học được tạo ra từ cánh quạt phản lực gắn trên thân. Tín hiệu
điều khiển được truyền qua tín hiệu DTMF của điện thoại. Khi hồn thành, robot có
thể thay thế con người trong việc vệ sinh cửa kính ở mặt ngồi các tịa nhà cao tầng
một cách an tồn và hiệu quả.
1.3 Mục đích nghiên cứu
Tạo ra một ứng dụng trong đó sử dụng Robot leo tường để lau kính, giúp con
người tiết kiệm được thời gian cũng như công sức để vệ sinh nhà ở hoặc văn phịng
làm việc của mình. Ngồi ra, ứng dụng cịn có thể áp dụng cho các tịa nhà cao tầng
nhằm giảm nguy hiểm có thể xảy ra cho các công nhân làm việc ở đây.
1.4 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
•

Phương pháp khảo cứu tài liệu:
Tham khảo, tra cứu từ các tài liệu có liên quan để thấu hiểu những kiến thức có


liên quan đến đề tài đang thực hiện.
Phương tiện: Tạp chí chuyên ngành, các sách kỹ thuật chuyên môn, các website,
diễn đàn trực tuyến .…

1


•

Các phương pháp thực nghiệm: Trực tiếp thi công mạch, từ những kinh nghiệm,

những qui trình thực tế rút ra các kết quả chính xác đưa vào đồ án. Phương tiện: Các
dụng cụ liên quan phục vụ cho quá trình thi công.
1.5 Lựa chọn phương pháp thực hiện đề tài [1]
Việc chế tạo robot lau tường đã khơng cịn mới mẻ trên thế giới nữa, người ta đã
nghĩ đến nhiều giải pháp khác nhau giúp robot có thể di chuyển ở điều kiện ngược với
trọng lực như dùng lực hút nam châm, giác hút chân không hay mô phỏng khả năng
của các lồi bị sát như thằn lằn, rắn mối… Những giải pháp trên đã đạt được một số
thành tựu đáng kể nhưng những khó khăn gặp phải cũng khơng ít, đó là nguyên nhân
tại sao mảng đề tài này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sống.
Ví dụ như việc dùng lực hút nam châm chỉ được hỗ trợ trong mơi trường có bề
mặt là các chất có từ tính như vách tường bằng sắt, thân tàu ngầm, ơ tơ…

Hình 1. 1 Hình ảnh 2 mẫu robot leo tường
(a) Robot phát hiện vết nứt trên vỏ tàu
(b) VEX Magnetic Climbing Robot Model 2
2



Kiểu thứ 2 là sử dụng giác hút. Trường đại học Seoul National University, Seoul,
Hàn Quốc đã phát triển một số phiên bản của loại robot này. Các van cơ học điều khiển
các miếng hút khiến robot có thể bám dính vào bề mặt một lực tương đối lớn, nhưng
với kiểu thiết kế này, việc di chuyển robot khá khó khăn và không phù hợp với những
công việc trên bề mặt khơng thực sự bằng phẳng.

Hình 1. 2 Robot leo tường sử dụng giác hút của ĐH Seoul
Một giải pháp khác khá mới mẻ là robot phỏng sinh học. Để có thể bám trên
tường, robot sử dụng các miếng tiếp xúc được gắn dưới chân giống như một con tắc kè.
PEDA Labs và University of California Berkeley đã thiết kế một con robot như vậy có
tên là Mecho-Gecko.

3


Hình 1. 3 Mecho-Gecko đang leo trên cửa kính
Cũng giống như việc dùng giác hút, robot kiểu này không thể di chuyển linh động
được và kinh phí cho các miếng tiếp xúc thường khá cao.
Giải pháp cuối cùng cũng là giải pháp chúng em lựa chọn cho đề tài này là sử
dụng nguyên lý động học. Ưu điểm của nó là khơng q phức tạp và đắt đỏ, robot cũng
có thể di chuyển một cách rất linh hoạt như ở mặt đất. Chi tiết sẽ được chúng em giới
thiệu ngay sau đây.

1.6 Kết luận chương
Chương một cho ta một cách nhìn khái qt về mục đích nghiên cứu và ứng dụng
của đề tài: “Robot leo tường lau kính” cũng như qua nghiên cứu các phương pháp và
sản phẩm tương tự đã có trên thế giới để đưa ra phương án thi công đề tài tối ưu nhất.

4



Chương 2:

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1 Giới thiệu chương
Trong chương hai sẽ giới thiệu sơ đồ khối tổng quát, tìm hiểu về cơ sở lý thuyết
cơ học. Nghiên cứu về DTMF, về sơ đồ khối và chức năng các khối của IC giãi mã
MT8870. Giới thiệu về họ vi điều khiển MSP430x2xx3 và các thiết bị được sử dụng để
thi công robot.

Hình 2. 1 Sơ đồ khối tổng quát
Lợi dụng khả năng truyền tín hiệu DTMF từ bàn phím điện thoại, ta tích hợp
thêm một bộ giải mã DTMF (dùng IC MT8870). Đầu ra của bộ giải mã này là mã BCD
4 bit ứng với phím được bấm ở điện thoại điều khiển. Tín hiệu này được cung cấp cho
MCU MSP430 giải mã tương ứng với lệnh cần điều khiển để xuất ra các cơ cấu chấp
hành là bộ điều dòng ESC dùng để điều khiển cánh quạt phản lực Ducted Fan và kit
điều khiển motor nối với 4 motor trên robot.

5


2.2 Cơ sở lý thuyết về cơ học
Như đã giới thiệu, sở dĩ robot có thể di chuyển trên bề mặt thẳng đứng là nhờ có
cánh quạt phản lực quay với vận tốc lớn, tạo ra chênh lệch áp suất giữa trong và ngồi
buồng khí, khi áp lực lớn hơn trọng lực của thân robot thì nó có thể di chuyển được.
Từ cơng thức tính áp suất ta có được cơng thức tính chênh lệch áp suất:
Pat − Pin =

𝐹
𝐴


Trong đó:
Pin : Áp suất trong buồng khí
Pat : Áp suất khí quyển
A: Diện tích buồng khí
Từ đó ta có được:

F = A(Pat − Pin )

Lực ma sát khi robot di chuyển:

R = kN

Với:
R: Lực ma sát
N: Phản lực của tường tác dụng lên robot
k: Hệ số ma sát (phụ thuộc vào bề mặt)

6


Hình 2. 2 Phân bố các lực trên robot khi leo tường
Khi robot đứng yên trên mặt phẳng thẳng đứng, lực ép của buồng khí phải bằng
với phản lực (theo định luật 3 Newton).
Hay:
𝑁=𝐹
↔ 𝑁 = 𝐴(𝑃𝑎𝑡 − 𝑃𝑖𝑛 )
Vì lực nén của robot lên tường là thành phần theo phương x trong khi trọng lực
tác dụng theo phương y, nên lực để đẩy robot tiến lên tối thiểu phải bằng trọng lực.
𝑅 = 𝑃 = 𝑚𝑔

↔ 𝑘𝐴(𝑃𝑎𝑡 − 𝑃𝑖𝑛 ) = 𝑚𝑔

7


Để cải thiện khả năng bám của robot, ta nên:
•

Dùng bánh xe có độ bám tốt để tăng hệ số ma sát k

•

Tăng diện tích tiếp xúc của buồng khí với mặt tường (tăng A)

•

Tăng phản lực của cánh quạt để tạo chênh lệch áp suất lớn hơn (giảm Pin )

2.3 Giới thiệu về DTMF
2.3.1 DTMF là gì?
DTMF viết tắt của Dual-tone multi-frequency là một loại tín hiệu báo hiệu được
dùng trong viễn thơng, khi ta bấm một phím trên bàn phím, nó sẽ phát ra một âm riêng
biệt là sự trộn lẫn của 2 tần số khác nhau. Các tần số được chọn là những tần số đặc
biệt, ít gặp trong cuộc sống. Vì mỗi phím trên bàn phím ứng với một âm riêng biệt, và
có thể truyền từ điện thoại này sang điện thoại khác khi 2 bên đã thơng thoại với nhau,
nên nếu giải mã được tín hiệu này, ta sẽ tìm được tín hiệu điều khiển từ điện thoại bên
kia.
Ưu điểm:
•


Phạm vi điều khiển xa, chỉ cần 2 điện thoại nằm trong vùng phủ sóng là có thể sử

dụng được.
•

Có tính bảo mật cao: Ta có thể cài đặt mật khẩu để phân biệt đâu là tín hiệu điều

khiển hợp lệ.
•

Độ ổn định cao và ít bị nhiễu.

1209 Hz

1336 Hz

1477 Hz

697 Hz

1

2

3

770 Hz

4


5

6

852 Hz

7

8

9

942 Hz

*

0

#

Bảng 2. 1 Các tần số DTFM

8


Nhược điểm:
Có tính trễ tương đối khi điều khiển tùy thuộc vào mạng điện thoại đang sử dụng.
2.3.2 Mạch giải mã DTFM
Trong đề tài này, IC giải mã DTMF được dùng là MT8870 loại 18 chân của hãng
ZARLINK.


Hình 2. 3 Sơ đồ chân MT8870 [2]

9


Chân
số

Chức năng

Tên

Hướng

1

IN+

Đầu vào không đảo của opamp

IN

2

IN-

Đầu vào đảo của opamp (nối với đầu vào audio)

IN


3

GS

(Gain Select) đường hồi tiếp từ ngõ ra mạch khuếch đại IN/OUT
vi sai

4

VRef

Điện áp chuẩn hóa, thường = Vdd/2

OUT

5

INH

(INHibit) khi chân này ở mức cao: cấm giải mã các

IN

phím A, B, C, D. Bình thường nó được kéo xuống mức
0
6

PWND


(Power down) khi chân này ở mức cao sẽ cấm mạch

IN

dao động làm việc. Bình thường ở mức thấp
7

OSC1

Clock

IN

8

OSC2

Clock (output) thạch anh 3.579Mhz được nối giữa 2

OUT

chân này
9

VSS

Ground. Chân nối đất

10


TOE

(Three state Output Enable) chân này ở mức cao sẽ cho IN

IN

phép mở các đầu ra Q1-Q4, bình thường nối nguồn
11-14

Q1-Q4

Đầu ra BCD tương ứng với phím được nhấn (xem bảng OUT
5) trong đó Q1 là bit thấp nhất

15

StD

(Delay Steering) chân này sẽ lên mức cao mỗi khi đầu
vào là một tần số hợp lệ

16, 17
18

Est

Không dùng đến trong trường hợp này

OUT


VDD

Chân cấp nguồn, 5v

IN

Bảng 2. 2 Chức năng từng chân của MT8870 [2]

10


Hình 2. 4 Sơ đồ khối chức năng MT8870 [2]
2.3.3 Chức năng các khối của IC MT8870 [2]
2.3.3.1 Cấu hình ngõ vào:
Thiết kế đầu vào của MT8870 cung cấp 1 bộ khuếch đại opamp ngõ vào vi sai
cũng như một ngõ vào VREF để điều chỉnh điện áp cho đầu vào tại VDD/2. Chân GS
giúp nối ngõ ra bộ khuếch đại với ngõ vào qua một điện trở ngoài để điều chỉnh độ lợi.
2.3.3.2 Dial tone filter:
Khối này sẽ tách tín hiệu tone thành nhóm tần số thấp và tần số cao. Thực hiện
việc này nhờ 2 bộ lọc thông qua 6 bậc. Một từ 697Hz đến 941Hz và một từ 1209Hz
đến 1633Hz. Cả 2 nhóm tín hiệu này đều được biển đổi thành xung vng bởi bộ dị
Zero Crossing.
2.3.3.3 High group filter và Low group filter:
•

High group filter là bộ lọc 6 để lọc nhóm tần số cao có băng thông từ 697Hz đến

941Hz.

11



•

Low group filter là bộ lọc 6 để lọc nhóm tần số thấp có băng thơng từ 1209Hz

đến 1633Hz.
•

Ngồi ra, có bộ Zero Crossing detectors có nhiệm vụ dị mức khơng để biến đổi

tín hiệu thành xung vng.
2.3.3.4 Digital detection argorethm:
Khối này là bộ thuật toán dùng kỹ thuật số để xách định tần số của các tone đến
và kiểm tra chúng tương ứng với tần số chuẩn DTMF. Nhờ giải thuật lấy trung bình
phức tạp (complex averaging) giúp loại trừ các tone giả tạo thành tiếng nói trong khi
vẫn đảm bảo một khoảng biến động cho tone thực do bị lệch. Khi bộ kiểm tra nhận
dạng được hai tone đúng thì đầu ra EST (Early Steering) sẽ lên mức active (tác động).
Lúc khơng nhận được tín hiệu tone thì ngõ ra EST sẽ ở mức Inactive (không tác động).
2.3.3.5 Mạch steering:

Hình 2. 5 Mạch steering
Trước khi thu nhận một cặp tone đã giãi mã, bộ thu phải kiểm tra xem thời hằng
của tín hiệu có đúng khơng. Việc kiểm tra này được thực hiện bởi một bộ RC mắc
ngoài.
Khi chân EST lên mức high (mức logic cao) làm cho Vc tăng lên khi xả tụ. Khi
mà chân EST vẫn cịn high trong một thời đoạn hợp lệ thì Vc tiến mức ngưỡng Vtst
của logic Steering để nhận một cặp tone. Điện thế Vc chính là điện áp ngõ vào ST/GT,

12



do đó ngõ vào ST/GT có điện thế lớn hơn mức ngưỡng Vtst, điều này làm cho cặp
tone được ghi nhận và 4 bit dữ liệu tương ứng được đưa vào ngõ ra của bộ chốt. Lúc đó
chân EST cùng với chân ST/GT vẫn tiếp tục ở mức cao. Cuối cùng sau một thời gian
trễ ngắn cho phép việc chốt dữ liệu thực hiện xong thì chân STD của mạch Steering lên
mức logic cao báo hiệu răng cặp tone đã được ghi nhận.
Dữ liệu thu được sẽ đi ra hai chiều (data bus) khi mạch Steering được đọc. Mạch
Steering lại hoạt động nhưng theo chiều ngược lại để kiểm tra khoảng dừng giữa hai số
quay. Vì vậy, bộ thu vừa bỏ qua các tín hiệu q ngắn khơng hợp lệ lại vừa chấp nhận
các khoảng ngắt quá nhỏ để không thể coi dừng giữa các số. Chức năng này, cũng như
khả năng chọn thời hằng Steering bằng mạch ngoài cho phép người thiết kế điều chỉnh
hoạt động cho phù hợp với các đòi hỏi khác nhau của ứng dụng.

2.3.3.6 Điều chỉnh thời gian bảo vệ:
Thời gian tối thiểu cặp tone xuất hiện để đảm bảo cho việc nhận chính xác là:
Tpcc = tDD + tGTP
•

tDD: thời gian từ khi có cặp tone ổn định cho đến khi chân EST lên mức logic

cao, thời gian này là thời gian dò được cặp tone cố định
•

tGTP: thời gian bảo vệ đảm bảo sự có mặt của cặp tone.

•

Tpcc: thời gian tối thiểu cặp tone xuất hiện.
Thời gian tối thiểu cửa sự xuất hiện giữa hai cặp tone là: tID= tDA + tGTA


•

tDA: thời gian dị được sự mất cặp tone

•

tGTA: thời gian bảo vệ cho việc xách địh cặp tone bị mất.

•

tID: thời gian xuất hiện tổi thiểu giữa 2 cặp tone.

2.3.3.7 Mạch clock DTMF:
Mạch clock bên trong được sử dụng có tần số cộng hưởng là 3.579545Mhz. Một
nhóm IC MT8870 có thể được nối với nhau dùng chung một dao động thạch anh.
13


Bảng 2. 3 Bảng mã chức năng
2.4 Vi điều khiển MSP430x2xx [3]
2.4.1 Giới thiệu chung về MSP430x2xx
MSP 430 là họ vi điều khiển cấu trúc RISC 16-bit được sản xuất bởi công ty
Texas Instruments.
MSP là chữ viết tắt của “MIXED SIGNAL MICROCONTROLLER”. Là dòng
vi điều khiển siêu tiết kiệm năng lượng, sử dụng nguồn thấp, khoảng điện áp nguồn cấp
từ

1.8V – 3.6V.
MSP 430 kết hợp các đặc tính của một CPU hiện đại và tích hợp sẵn các module


ngoại vi. Đặc biệt IC MSP 430 là giải pháp thích hợp cho những ứng dụng yêu cầu
trộn tín hiệu.
Những đặc tính của dòng MSP 430 bao gồm:
Điện áp nguồn: 1.8V – 3.6 V.

14