Tải bản đầy đủ - 0trang
- 1 bộ chng cửa

3.2 Thiết kế sơ đồ khối



Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý

3.3.1 Tổng quan về Raspberry

Raspberry Pi Foundation là một tổ chức giáo dục phi lợi nhuận (số đăng kí

1129409) cơ sở tại Anh. Mục tiêu của tổ chức là tạo ra các sản phẩm dùng trong

giáo dục áp dụng cho người lớn cũng như trẻ em. Các sản phẩm của Raspberry Pi

Foundation thường hướng đến các sản phẩm vi tính và Raspberry Pi là một trong

các sản phẩm đó.

Raspberry Pi như là một máy tính có kích thước nhỏ (chỉ bằng một chiếc thẻ

credit-card), có giá thành thấp. Raspberry Pi có thể kết nối với màn hình máy tính,

hoặc tivi, có thể kết nối với các thiết bị đầu vào như camera, bàn phím, chuột như

một chiếc máy vi tính thơng thường. Raspberry Pi thích hợp cho mọi người ở mọi

lứa tuổi để khám phá, tìm hiểu hoạt động của một máy tính và để học làm thế nào

tạo nên một chương trình bằng các ngơn ngữ như Python, Scratch. Với Raspberry

Pi, chúng ta có thể làm được mọi việc mà chúng ta mong muốn ở một chiếc máy



24



tính để bàn thực hiện, từ lướt web, nghe nhạc, xem phim với chất lượng cao, tạo

bảng tính, làm file word cũng như chơi game.

Ngồi ra, Raspberry còn có khả năng tương tác với các thiết bị ngoại vi khác

và đã được sử dụng trong các dự án phần cứng như máy nghe nhạc, thiết bị dự báo

thời tiết, thiết bị dò tìm cha mẹ, các dự án smarthouse với cảm biến hồng ngoại.

Hiện tại, Raspberry Pi đang được sử dụng khá phổ biến trên thế giới, với đối tượng

chủ yếu là các học sinh để tìm hiểu về lập trình cũng như cách thức làm việc của

máy tính.



Hình 3.2 Rasberry

3.3.1.1 Cấu trúc phần cứng Raspberry



Hình 3.3 Mơ hình kiến trúc phần cứng Raspberry

Mơ hình trên là mơ hình kiến trúc phần cứng của Raspberry Pi. Bao gồm bộ

vi xử lý, bộ nhớ trong RAM, cổng kết nối với các thiết bị nhập xuất, cổng kết nỗi

USB và đầu vào Ethernet. Tuy nhiên, ứng với mỗi model khác nhau của

Raspberry Pi sẽ có một kiến trúc khác nhau, thêm hoặc bớt các link kiện phần cứng.

Phiên bản Raspberry Pi đầu tiên là Raspberry Pi model A được phát hành vào

tháng 2 năm 2013. Tiếp theo đó là các model Raspberry Pi model A+, Raspberry Pi



25



model B, Raspberry Pi model B+. Và phiên bản mới nhất là Raspberry Pi 2 vừa

được phát hành vào tháng 2 năm 2015.

- Vi xử lý: Bộvi xử lý được sửdụng trong Raspberry Pi thếhệ đầu tiên tương

đương với bộ vi xử lý được dùng trong các smartphone cũ như (iPhone 3G,

iPhone 3GS). Raspberry Pi chạy dựa trên hệ thống Broadcom BCM2835. Bao gồm

vi xử lý 700 MHz ARM1176JZF-S, bộ xử lý độ họa VideoCore IV GPU và RAM.

Nó có bộ nhớ đệm Level 1 là 16Kb, Level 2 là 128Kb. Bộ nhớ đệm Level 2 được sử

dụng chủ yếu bởi GPU. RAM của Raspberry Pi nằm dưới chân của CPU.

-



RAM: Với phiên bản ban đầu của Raspberry Pi, RAM của nó là 256MBvới 128MB

được chia cho GPU và 128MB dành cho CPU. Với dung lượng bộ nhớ trong này,

Raspberry Pi có thể xử lý được video 1080p và 3D đơn giản. Tuy nhiên do nhu cầu

tăng cao, nên trong các model tiếp theo, dung lượng bộ nhớ trong đã được nhà cung

cấp tăng lên thành 512MB (Model B, B+) và 1GB (Raspberry Pi 2).

-



Network: Trong phiên bản Raspberry Pi thếhệ đầu tiên (A, A+) nhà cungcấp

chưa tích hợp cổng Ethernet. Vì vậy nếu muốn kết nối internet người dùng

phải thông qua USB wifi adapter. Chỉ từ model B trở đi, nhà cung cấp

Raspberry Pi mới tích hợp cổng Ethernet 10/100 Mbit/s Ethernet(8P8C) vào

trong thiết bị của mình. Qua đó giúp người dùng có thể kết nối internet có

dây và khơng dây.



-



Thiết bị ngoại vi: Đối với Raspberry Pi, người dùng có thểkết nốikeyboard,

mouse như đối với một máy vi tính bình thường. Ngồi ra, Raspberry Pi còn

cho phép chúng ta kết nối với các thiết bị ngoại vi khác như camera, cảm

biển hồng ngoại cũng như các linh kiện phần cứng khác.



-



Video: Bộxửlý video của Raspberry Pi cho phép xử lý video độphân giảicao,

chạy được trên các tivi hiện đại hiện nay. Như HD, Full HD, các màn hình có

độ phân giải cao hơn hoặc thấp hơn và cả các dòng tivi có độ phân giải cũ.

Danh sách các độ phân giải như: 640×350 EGA, 640×480 VGA, 800×600

SVGA; 1024×768 XGA; 1280×720 720p HDTV, 1280×768 WXGA variant,

1280×800 WXGA, 1280×1024 SXGA; 1366×768 WXGA, 1400×1050

SXGA+; 1600×1200 UXGA, 1680×1050 WXGA+, 1920×1080 p HDTV;

1920×1200 WUXGA. Nó có thể giải mã tín hiệu video PAL-BGHID, PALM, PAL-N, NTSC và NTSC-J.



26



-



Đồng hồ thực: Raspberry Pi khơng có đồng hồ thực như trên máy vi

tínhthơng thường. Vì vậy nó khơng thể lưu giữ thời gian thực tế khi không

hoạt động. Đồng hồ thường được lấy dựa vào đồng hồ internet khi Raspberry

Pi được kết nối mạng.



a) Raspberry Pi model A và Raspberry Pi model A+ [2]



Hình 3.4. Raspberry Pi model A và Raspberry Pi model A+



Giá

Chip

CPU



Raspberry Pi

Raspberry Pi

model A

model A+

25$

20$

Broadcom BCM2835

700 MHz single-core ARM1176JZF-S

Broadcom VideoCore IV @ 250 MHz[35]

[36]

OpenGL ES 2.0 (24 GFLOPS) MPEG-2 and



GPU



VC-1

(with license), [37] 1080p30 H.264/MPEG-4

AVC



RAM

Cổng USB 2.0



high-profile decoder and encoder

256 MB (shared with GPU)

1 cổng

HDMI (rev 1.3 & 1.4), 14 HDMI độ phân



Ngõ ra video

Ngõ ra audio

Bộ nhớ trong



giải từ

640×350 tới 1920×1200

Qua 2 cổng analog 3.5mm và HDMI

Hỗ trợ các thẻ SD /

MicroSD slot



27



MMC/SDIO

Cổng network

enthernet



Khơng có



Bảng 2.1 - Bảng so sánh các thông số kĩ thuật giữa Raspberry Pi model A và

Raspberry Pi model A+

b) Raspberry Pi model B và Raspberry Pi model B+ [2]



Hình 3.5. Mạch Raspberry Pi model B và Raspberry Pi model B+



Giá

Chip

CPU



Raspberry Pi

Raspberry Pi

model B

model B+

35$

30$

Broadcom BCM2835

700 MHz single-core ARM1176JZF-S

Broadcom VideoCore IV @ 250 MHz[35]

[36]

OpenGL ES 2.0 (24 GFLOPS) MPEG-2 and



GPU



VC-1

(with license), [37] 1080p30 H.264/MPEG-4

AVC



RAM

Cổng USB 2.0



high-profile decoder and encoder

512 MB (shared with GPU)

2 cổng

HDMI (rev 1.3 & 1.4), 14 HDMI độ phân



Ngõ ra video

Ngõ ra audio



giải từ

640×350 tới 1920×1200

Qua 2 cổng analog 3.5mm và HDMI



28



Hỗ trợ các thẻ SD /

MMC/SDIO



Bộ nhớ trong

Cổng network

enthernet



MicroSD slot



10/100 Mbit/s Ethernet (8P8C)



Bảng 2.2 - Bảng so sánh các thông số kĩ thuật giữa Raspberry Pi model B và

Raspberry Pi model B+



3.3.1.2 Raspberry Pi3 moel B+

- Thông số kỹ thuật:

Raspberry Pi model B+

39$

Broadcom BCM2837 chipset running at 1.2



Giá

Chip



GHz

64-bit quad-core ARM Cortex-A53

Broadcom VideoCore IV @ 250 MHz[35]



CPU



[36]

OpenGL ES 2.0 (24 GFLOPS) MPEG-2 and

GPU



VC-1

(with license), [37] 1080p30 H.264/MPEG-4

AVC

high-profile decoder and encoder

1 GB LPDDR2 memory

2 cổng

HDMI (rev 1.3 & 1.4), 14 HDMI độ phân



RAM

Cổng USB 2.0

Ngõ ra video



giải từ 640×350 tới 1920×1200



Ngõ ra audio

Bộ nhớ trong

Cổng network

enthernet



RCA video/audio connector

Qua 2 cổng analog 3.5mm và HDMI

Hỗ trợ các thẻ SD /

MicroSD slot

MMC/SDIO

802.11 b/g/n Wireless LAN



Bảng 2.3 - Bảng các thông số kĩ thuật của Raspberry Pi 2

- Cấu trúc chung của phần cứng



29



Hình 3.6 Cấu trúc phần cứng Raspberry Pi 3

Thơng số cấu hình tổng quan Raspberry Pi 3 Model B

Raspberry Pi 3 Model B là thế hệ thứ 3 của board mạch Raspberry Pi, nó ra

đời vào tháng 2 năm 2016. So với thế hệ trước (Raspberry Pi 2), nó có những thay

đổi:

 CPU 64 bit quad-core bộ vi xử lý ARM Cortex A53, tốc độ 1.2GHz gấp 10

lần so với thế hệ đầu tiên.

 Tích hợp wireless chuẩn 802.11n.

 Bluetooth 4.1 (sở hữu tính năng tiết kiệm năng lượng BLE).

 Broadcom là nhà sản xuất chip (SoC) cho Raspberry Pi 3, với tên mã



















BCM2837.

Bộ nhớ RAM 1Gb

4 cổng USB

Cổng HDMI, hỗ trợ Full HDMI

Cổng Ethernet (hay là cổng mạng LAN)

Jack cắm audio 3.5mm

Giao tiếp Camera qua CSI

Hỗ trợ hiển thị DSI

Khe gắn Micro SD card được hàn chết trên board theo kiểu Push-Pull (nghĩa

là bạn muốn gắn vào thì đẩy thẻ vào, lấy ra thì kéo ra), theo như hãng giải



thích sẽ tốt hơn kiểu Push-Push trước kia.

- Chân pin out của Raspberry Pi 3:



30



Hình 3.7 Chân pin out của Raspberry Pi 3

Chân pin trên Raspberry Pi 3 được đánh số từ 1 đến 40 theo thứ tự từ trái qua

phải, từ trên xuống dưới, bao gồm nhiều loại chân pin với các chức năng khác nhau:

-



Chân PWR(power) là chân cấp nguồn (+) bao gồm haichân có điện áp 3.3V

(chân số 1 và chân số 17, đủ cấp nguồn cho đèn LED hoạt động) và hai chân

có điện áp 5V (chân số 2 và chân số 4, thường dùng làm nguồn để kích hoạt

các mạch Arduinos, mạch RF,…).



-



Chân GND(Ground) là chân âm (-) dùng cho các kết nốiđể tạo thành mạch

điện kín. Các chân 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34, 39 là các chân âm.



-



Chân GPIO:



31



 GPIO là viết tắt của General Purpose Input Output. GPIO chính là cửa

ngõ để giao tiếp giữa vi điều khiển với “thế giới bên ngoài”.

 Ngoài ra chân GPIO còn có một số chức năng đặc biệt khác như chân

giao tiếp UART, ngõ vào timer, bus địa chỉ, ngõ vào ngắt ngoài…

 Khi sử dụng một chân pin ta chỉ cần xuất mức logic (LOW – 0, HIGH –

1) ra tương ứng với chân đó.

 Đầu tiên, sử dụng GpioController.GetDefault() để có được bộ điều khiển

GPIO:

 var gpio = GpioController.GetDefault();

 Nếu thiết bị khơng có bộ điều khiển GPIO thì hàm trên sẽ trả về null

 Sau đó mở chân pin bằng các gọi hàm GpioController.OpenPin() với giá

trị LED_PIN

 Khi ta có chân pin thì ta dùng hàm GpioPin.Write() để xét giá trị cho

chân pin GpioPinValue.High hoặc GpioPinValue.Low.

 Cuối cùng, dùng hàm GpioPin.SetDriveMode() để xét trạng thái cho chân

pin, nếu đặt chân pin ở trạng thái output thì xét giá trị truyền vào là

GpioPinDriveMode.Output, nếu là input thì xét giá trị truyền vào

GpioPinDriveMode.In

Các chân pin khác: Ngồi các chân pin PWR, GND, GPIOnhư trên, thì hệ

thống chân pin còn có các chân pin khác với các chức năng khác nhau như chân

I2C1, SPI0, SPI1,…



32



Hình 3.8 Sơ đồ chân kết nối Raspberry Pi 3 [2]

3.3.1.3 Các hệ điều hành chạy trên Raspberry Pi

Raspberry Pi chủ yếu sử dụng hệ điều hành Linux. Chip của Raspberry Pi

đượcdựa trên phiên bản 6 của ARM. Các phiên bản cũ của Raspberry Pi không chạy

được hệ điều hành windows. Chỉ đến phiên bản Raspberry Pi 2, mới hỗ trợ

chạy được Windows 10 IoT Core.

Các hệ điều hành phổ biến trên Raspberry Pi bao gồm:

-



Raspbian:



Hình 3.9. Giao diện hệ điều hành Raspbian



33



 Raspbian là phiên bản hệ điều hành phổ biến nhất trên Raspberry Pi. Đa

số người dùng sẽ được khuyên sử dụng phiên bản hệ điều hành này.

Nhưng tại sao?

 Raspbian là một hệ điều hành dễ sử dụng và với sự hỗ trợ tốt của cộng

đồng trên thế giới. Hơn thế nữa, Raspbian là phiên bản khơng chính thức

của Debian Wheezy – một phiên bản Linux có tiếng. Raspbian rất đơn

giản và quen thuộc. Nó là nền tảng rất tốt cho những người mới bắt đầu

làm quen với Raspberry Pi nói riêng và Linux nói chung. Giống như một

chiếc máy tín Windows, Raspbian bao gồm các ứng dụng đa phương tiện

và đồ họa (xem ảnh, xem phim, soạn thảo notepad), và nếu chúng ta cần

nhiều hơn, chúng ta có thể cài thêm các gói phần mềm khác như trình

duyệt internet, nhắn tin, bộ phần mềm văn phòng,…

-



Ubuntu MATE:



Hình 3.10. Giao diện hệ điều hành Ubuntu MATE

 Ubuntu MATE có một cộng đồng rất tích cực và làm việc chăm chỉ để phát

hành một phiên bản của Ubuntu MATE cho Raspberry Pi 2, đó làRaspbian là phiên

bản hệ điều hành phổ biến nhất trên Raspberry Pi. Đa số người dùng sẽ được

khuyên sử dụng phiên bản hệ điều hành này.

 Raspbian là một hệ điều hành dễ sử dụng và với sự hỗ trợ tốt của cộng đồng

trên thế giới. Hơn thế nữa, Raspbian là phiên bản khơng chính thức của Debian

Wheezy – một phiên bản Linux có tiếng. Raspbian rất đơn giản và quen thuộc. Nó

là nền tảng rất tốt cho những người mới bắt đầu làm quen với Raspberry Pi nói



34