BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA: ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH --------------------------------ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG AUDIO KĨ THUẬT SỐ GVHD: ThS. Nguyễn Trường Duy SVTH: Đỗ Hồng Phúc MSSV:13141239 Hoàng Gia Huy MSSV: 13141112 Tp. Hồ Chí Minh 12/2019 https://doan.edu.vn/
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA: ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH --------------------------------ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG AUDIO KĨ THUẬT SỐ GVHD: ThS. Nguyễn Trường Duy SVTH: Đỗ Hồng Phúc MSSV: 13141239 Hoàng Gia Huy MSSV: 13141112 Tp. Hồ Chí Minh 12/2019 https://doan.edu.vn/
Tiến hành thiết kế PCB cho từng module.
https://doan.edu.vn/
ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---Tp. HCM , ngày 3 tháng 12 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đỗ Hồng Phúc MSSV: 13141239 Họ tên sinh viên 2: Hoàng Gia Huy MSSV: 13141112 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp : 13141DT I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG HI END AUDIO KĨ THUẬT SỐ II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Sử dụng Raspberry Pi 3 Model B 1.2v để làm bộ music server chạy hệ điều hành Volumio. Tín hiệu số chất lượng cao được sử dụng trong hệ thống là các file nhạc chuẩn Lossless, Hi-res audio, DSD được Rip từ CD, DVD, SACD và một số là mua trực Moduletuyến. DAC pifi 2 để làm bộ giải mã âm thanh kĩ thuật số chất lượng cao và xuất tín hiệu đã qua xử lý. Bộ Aduino làm bộ điều khiển module PT2315 làm bộ chỉnh âm sắc cho tín hiệu lấy từ DAC. - Bộ khuếch đại công suất dùng chipamp KIA6210 lấy tín hiệu đã qua xử lý và xuất tín hiệu ra loa. Loa Victor toàn dải T150D dùng để phát âm thanh cho hệ thống.
Lập trình kết nối điều khiển. Chạy thử nghiệm hệ thống.
Tìm hiểu về các module DAC pifi, LCD 16x2, pt2315, cảm biến chạm Tiến hành thiết kế các thành phần ban đầu của hệ thống.
2. Nội dung thực hiện: Nghiên cứu về raspberry, arduino Tìm hiểu hệ điều hành Volumio Nghiên cứu các kiến thức liên quan đến Audio, các chuẩn nhạc( nhạc số & tương tự),thiết kế mạch khuếch đại công suất, thiết kế của thùng loa, các cách chống nhiễu cho hệ thống âm thanh, kiến thức bao quát về cách bố trí hệ thống audio, xử lý phòng nghe (tán âm, tiêu âm, basstrap,vv).
Tiến hành thiết kế sơ đồ nguyên lý cho từng module trong hệ thống.
iii Cân chỉnh và hoàn thiện hệ thống. Viết báo cáo. Báo cáo đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Trường Duy CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH https://doan.edu.vn/
Tuần 12 (4/11 10/11) Tiến hành kết nối các module vào hệ thống, test chạy thử tất cả trên hệ thống. Tuần 13,14 (11/11 24/11) Có lỗi phát sinh trong hệ thống nên phải tiến hành tìm lỗi và khắc phục lỗi kèm tinh chỉnh hệ thống.
Tuần 10 (21/10 27/10) Tiến hành vẽ mạch KIA6210, mạch nguồn 12v cho KIA6210, mạch nút nhấn 3 phím cảm ứng, mạch hoàn thiện module Arduino + PT2315 + connector (audio processor) hoàn chỉnh. Tuần 11 (28/10 3/11) Tiến hành thi công các module nguồn, module audio processor, module nút nhấn, đặt mạch in 2 lớp cho module KIA6210.
https://doan.edu.vn/
Tuần 15 (25/11 1/12) Lấy kết quả thực nghiệm viết đề cương cho báo cáo. Tuần 16,17 (2/12 15/12) Viết báo cáo tốt nghiệp.
Tuần 5 (16/9 22/9) Cài đặt phần mềm, cấu hình volumio trên raspi3, tìm nguồn nhạc số demo, làm mạch demo module PT2315. Tuần 6,7,8,9 (23/9 20/10) Lập trình điều khiển Module PT2315, điều chỉnh tăng giảm được volume, bass, treble bằng Arduino Uno.
Tuần 18 (16/12 20/12) Chỉnh sửa, kiểm tra lần cuối và nộp quyển báo cáo.
Tuần 3 (2/9 8/9) Thiết kế sơ đồ khối, tìm tài liệu, nghiên cứu đề tài. Tuần 4 (9/9 15/9) Cài đặt các công cụ hỗ trợ lập trình điều khiển để thực hiện đề tài.
iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---Tp. HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đỗ Hồng Phúc MSSV: 13141239 Hoàng Gia Huy MSSV: 13141112 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG HI END AUDIO KĨ THUẬT SỐ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (19/8 25/8) Gặp giáo viên hướng dẫn, nhận đề tài đồ án tốt nghiệp. Tuần 2 (26/8 1/9) Tìm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và thực hiện đề tài, viết đề cương đồ án tốt nghiệp.
iv Tuần 19 (21/12 26/12) Báo cáo đồ án tốt nghiệp. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) https://doan.edu.vn/
iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm đồ án tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và công trình nghiên cứu, không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép nhóm đồ án hoàn toàn chịu tráchTp.nhiệm.HồChí Minh, ngày 09 tháng 12 năm 2019 Người thực hiện đề tài Đỗ Hồng Phúc Hoàng Gia Huy https://doan.edu.vn/
v LỜI CẢM ƠN “Uống nước nhớ nguồn, ăn quả nhớ kẻ trồng cây” là truyền thống mang giá trị nhân văn vô cùng quý báu mà từ xưa đến nay ông cha ta đã răng dạy và gìn giữ cho đến tận ngày hôm nay. Chính vì lẽ đó mà nhóm nghiên cứu luôn luôn vô cùng tỏ lòng biết ơn chân thành đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm tận tình trong thời gian qua để hoàn thành tốt đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và thi công hệ thống Hi-end audio kĩ thuật số”. Và điều vô cùng đặc biệt hơn mà không thể không nhắc đến đó là sự hướng dẫn vô cùng tận tình của Thầy ThS.Nguyễn Trường Duy và các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử Công Nghiệp Y Sinh đã giúp đỡ hết sức nhiệt tình nhóm trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài được giao. Quả đúng với câu “Không Thầy đố mày làm nên”. Vì thế, trong lời đầu tiên của cuốn báo cáo đồ án tốt nghiệp này, Nhóm muốn dành lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Thầy ThS.Nguyễn Trường Duy và các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử Công Nghiệp Y Sinh của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chính Minh. Đồng thời nhóm nghiên cứu cũng thể hiện sự biết ơn đối với các bạn cùng lớp đã góp ý kiến xây dựng đề tài được hoàn thiện hơn. Không thể quên được, nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến những đấng sinh thành dưỡng dục đã luôn hỗ trợ, động viên và cũng là niềm động lực lớn lao để nhóm có thể hoàn thành tốt đề tài. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng nhóm sẽ khó tránh khỏi những lúc làm các Thầy Cô, các bạn phiền lòng. Kính mong quý Thầy Cô, cùng các bạn lượng thứ bỏ qua.
Với vốn kiến thức hạn hẹp cùng kinh nghiệm sống ít ỏi của mình thì chắc chắn trong bài báo cáo sẽ có những sai lầm thiếu sót. Nhóm nghiên cứu rất làm thứ lỗi và mong nhận được những chỉ dạy, đóng góp vô cùng quý báu của quý Thầy cô cùng các bạn để nhóm có thể hoàn thiện tốt đề tài hơn nữa. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Đỗ Hồng Phúc Hoàng Gia Huy
https://doan.edu.vn/
MỤC LỤC Trang bìa........................................................................................................................i Nhiệm vụ đồ án.............................................................................................................ii Lịch trình .....................................................................................................................iii Cam đoan ....................................................................................................................iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng vẽ …………………………………………………………………… xi Tóm tắt .......................................................................................................................xii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu 2 1.3 Nội dung nghiên cứu 2 1.3.1. Kết nối thiết bị........................................................................................... 2 1.3.2. Tiến hành xử lý ban đầu............................................................................ 2 1.3.3. Tiến hành thiết kế...................................................................................... 2 1.3.4. Thi công kết nối các thiết bị...................................................................... 3 1.3.5. Hoàn thiện sản phẩm................................................................................. 3 1.3.6. Viết báo cáo 3 1.4. Giới hạn 3 1.5 Bố cục 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................ 5 2.1 Giới thiệu về hệ thống Hi-end Audio kĩ thuật số............................................... 5 2.1.1. Giới thiệu chung 5 2.1.2. Các khái niệm cơ bản trong lĩnh vực Audio 9 2.1.3. Các chuẩn âm thanh trong Audio ...................................................... 16 2.1.4. Các kiến thức về xử lý âm học trong phòng nghe .............................. 27 2.2 Hệ điều hành Volumio và khái niệm về Music Server .................................... 30 2.2.1 Hệ điều hành Volumio............................................................................. 30 2.2.2 Ngôn ngữ Python..................................................................................... 32 https://doan.edu.vn/
ii 2.2.3. Music Server........................................................................................... 34 2.2.4. Lý thuyết về thùng loa............................................................................ 37 2.2.5. Âm thanh Hi End.................................................................................... 44 2.3 Giới thiệu phần cứng........................................................................................ 45 2.3.1. Raspberry Pi 3 Model B V1.2................................................................. 45 2.3.2 Module DAC Pifi V2.0 48 2.3.3. LCD 16x2 49 2.3.4. Module I2C 51 2.3.5. Arduino Uno........................................................................................... 53 2.3.6. IC Audio Processor PT2315................................................................... 55 2.3.7. Module cảm biến chạm TTP223............................................................. 58 2.3.8. IC khuếch đại âm tần KIA6210.............................................................. 59 2.3.9. Loa toàn dải 12cm................................................................................... 61 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 62 3.1 Giới thiệu 62 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 63 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 63 3.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 65 3.2.2.a Khối nguồn phát và giải mã .......................................................... 66 3.2.2.b Khối tiền khuếch đại..................................................................... 68 3.2.2.c Khối khuếch đại công suất ............................................................ 79 3.2.2.d Khối nguồn.................................................................................... 83 3.2.2.e CNC vỏ hoàn thiện ....................................................................... 85 3.6 Thiết kế thùng loa toàn dải 12cm 86 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 89 4.1 Giới thiệu. .......................................................................................................... 89 4.2 Thi công hệ thống .............................................................................................. 89 4.2.1. Tiến hành vẽ PCB và thi công mạch nguồn 13VDC 89 4.2.2. Tiến hành vẽ PCB mạch tiền khuếch đại 91 4.2.3. Tiến hành vẽ PCB mạch khuếch đại 92 4.2.4. Tiến hành kết nối các module trong hệ thống ......................................... 94 4.3 Đóng khung thành phẩm..................................................................................... 97 4.4 Lập trình hệ thống............................................................................................... 98 https://doan.edu.vn/
iii 4.4.1 Lưu đồ chương trình mạch tiền khuếch đại ............................................. 98 4.4.2 Phần mềm lập trình ................................................................................110 4.5 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ...............................................................114 4.5.1. Tài lieueh hướng dẫn sử dụng ...............................................................114 4.5.2 Quy trình thao tác...................................................................................114 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................... 120 5.1 Kết quả sản phẩm ............................................................................................120 5.1.1. Demo bằng nhạc số chất lượng cao.......................................................120 5.1.2 Điều chỉnh phù hợp cho mỗi thể loại nhạc.............................................121 5.2 Nhận xét đánh giá chung 121 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................... 122 6.1 Kết luận ............................................................................................................122 6.2 Hướng phát triển...............................................................................................122 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................124 PHU LỤC 126 https://doan.edu.vn/
hiện đại..............................................................8 Hình
cho quá trình thu âm ..........................................................13 Hình
âm "A".........................................................................11 Hình
Tín
16
15
Âm
thống
.................................................................................22
viii Hình 2.1: Một hệ thống chơi nhạc số 2.2: của 2.3: Các thiết bị cần 2.4: hiệu âm thanh 2.5: thanh Stereo Hình 2.6: Hệ loa 5.1 Hình 2.7: trình lượng tử hoá Hình 2.8: Hình 2.9: biểu đồ dạng sóng PCM sách
PCM..............................................................................................................23
Đồ thị dao động
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang
Tiến
...............................................................................24 Hình 2.10: So sánh DSD với PCM ...............................................................................27 Hình 2.11: Cấu trúc hệ điều hành Volumio..................................................................32 Hình 2.12: Một thiết bị Music server hãng Nativ.........................................................35 Hình 2.13: Một danh
Mono...............................................................................15 Hình
nhạc trên Music server 36 Hình 2.14: Hệ thống có sử dụng Music server 37 Hình 2.15: Thùng loa toàn dải 38 Hình 2.16: Kích thước đóng thùng sẽ được tính toán theo công thức 2.4....................39 Hình 2.17: Loa Treble...................................................................................................40 Hình 2.18: Loa Mid.......................................................................................................41 Hình 2.19: Loa Bass......................................................................................................42 Hình 2.20: Loa toàn dải.................................................................................................43 Hình 2.21: Mặt trước của board Raspberry Pi3 Model B 45 Hình 2.22: Sơ đồ thành phần chính của Raspberry Pi3 Model B 47 Hình 2.23: Sơ đồ chân GPIO Raspberry Pi3 48 Hình 2.24: Module DAC Pifi........................................................................................49 Hình 2.25: LCD 16x2....................................................................................................50 Hình 2.26: Module I2C.................................................................................................51 Hình 2.27: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh (Fast mode)....................................................................................................................52 Hình 2.28: Hoạt động của SDA, SCL khi truyền nhận dữ liệu 52 Hình 2.29: Module Arduino Uno 54 Hình 2.30: Phần mềm biên dịch Arduino IDE 55 Hình 2.31: Chip PT2315...............................................................................................56 https://doan.edu.vn/
............................................................................61
2 chân giao tiếp I2C của mạch PT2315 với vi điều khiển..........................74 Hình 3.14: Module I2C.................................................................................................77 Hình 3.15: Cách kết nối module I2C với lcd và board Arduino Uno R3 .....................79 Hình 3.16: Cấu trúc bên trong của chip KIA6210........................................................81 Hình 3.17: Đồ thị của độ khuếch đại ............................................................................82 Hình 3.18: Đồ thị công suất ngõ ra của chip KIA6210 82 Hình 3.19: Nguồn cho Raspberry Pi3 83 Hình 3.20: Adapter 5VDC 2A ......................................................................................84 Hình 3.21: Biến áp xuyến 10VAC 5A..........................................................................85 Hình 3.22: Loa toàn dải 12cm.......................................................................................86 Hình 3.23: Đáp tuyến tần số của loa toàn dải 12cm ....................................................86 Hình 3.24: Thiết kế thùng loa ma trận (Horn) ..............................................................87 Hình 3.25: Loa Treble 5cm...........................................................................................88 Hình 3.26: Đáp tuyến tần số loa Treble 5cm 88 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 13VDC 89 Hình 4.2: Sơ đồ đi dây PCB mạch nguồn 13VDC 90 Hình 4.3: Mặt trước và mặt sau của module nguồn 13VDC ........................................90 https://doan.edu.vn/
.............................................................................58
ix Hình 2.32: Sơ đồ chân IC PT2315................................................................................57 Hình 2.33: Cảm biến chạm TTP223 Hình 2.34: IC khuếch đại KIA6210 Hình 2.35: Sơ đồ cấu tạo và kết nối của IC KIA6210 ..................................................60 Hình 2.36: Loa toàn dải và loa treble Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 63 Hình 3.2: Sơ đồ kết nối hệ thống 65 Hình 3.3: Vị trí chân kết nối giữa Raspberry Pi3 và DAC Pifi 67 Hình 3.4: Sau khi đã kết nối DAC Pifi với Raspberry Pi3 ...........................................68 Hình 3.5: Sơ đồ khối module tiền khuếch đại...............................................................68 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối bộ tiền khuếch đại...................................................................69 Hình 3.7: Hình mặt trước của Arduino Uno R3............................................................71 Hình 3.8: Hình mặt sau của Arduino Uno R3...............................................................71 Hình 3.9: Hình chỉ ra 2 chân giao tiếp I2C theo thư viện Wire.h 72 Hình 3.10: Hình mặt trước (trái) và mặt sau (phải) của module TTP223 72 Hình 3.11: Kết nối của khối nút nhấn với khối xử lý trung tâm 73 Hình 3.12: Mạch PT2315..............................................................................................74 Hình 3.13:
..............................................................................59
x Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại.........................................................91 Hình 4.5: Sơ đồ đi dây PCB mạch tiền khuếch đại.......................................................92 Hình 4.6: Mặt trên và dưới của module tiền khuếch đại...............................................92 Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch KIA6210...................................................................93 Hình 4.8: Sơ đồ đi dây PCB mạch KIA6210................................................................93 Hình 4.9: Mạch in trước và sau khi thi công mạch KIA6210 94 Hình 4.10: Kết nối biến áp xuyến với mạch nguồn 13VDC 94 Hình 4.11: Kết nối module nút nhấn, LCD với mạch tiền khuếch đại 95 Hình 4.12: Cố định module LCD, nút nhấn cảm ứng lên mặt trước khung..................95 Hình 4.13: Khoan, cố định các module lên giá đỡ và kết nối hệ thống........................96 Hình 4.14: Cố định ổ cắm EMI, Jack bắp chuối cắm loa ở mặt sau khung..................96 Hình 4.15: Kết nối loa bằng jack bắp chuối , kết nối ổ cứng chứa nhạc bằng cổng USB phía sau thiết bị 97 Hình 4.16: Hoàn thiện thành phẩm 97 Hình 4.17: Lưu đồ chương trình chính 98 Hình 4.18: Lưu đồ chương trình con kiểm tra nút nhấn mode .....................................99 Hình 4.19: Lưu đồ chương trình con kiểm tra nút nhấn up .........................................100 Hình 4.20: Lưu đồ chương trình con kiểm tra nút nhấn down .....................................102 Hình 4.21: Lưu đồ chương trình con tăng biến volume hoặc treble hoặc bass 1 đơn vị hoặc gán loudlessFunction=0x40 104 Hình 4.22: Lưu đồ chương trình con tăng biến volume hoặc treble hoặc bass 3 đơn vị hoặc gán loudlessFunction=0x40 104 Hình 4.23: Lưu đồ chương trình con giảm biến volume hoặc treble hoặc bass 1 đơn vị hoặc loudlessFunction=0x44.........................................................................................106 Hình 4.24: Lưu đồ chương trình con giảm biến volume hoặc treble hoặc bass 3 đơn vị hoặc gán loudlessFunction=0x44 106 Hình 4.25: Lưu đồ chương trình con giới hạn giá trị biến volume, treble, bass 108 Hình 4.26: Lưu đồ chương trình con truyền dữ liệu tới chip PT2315 109 Hình 4.27: Giao diện phần mềm Arduino IDE.............................................................110 Hình 4.28: Mô tả các lệnh của Arduino IDE ................................................................111 Hình 4.29: Vùng thông báo của Arduino IDE..............................................................112 Hình 4.30: Chọn đúng loại board Arduino Uno để nạp code .......................................112 Hình 4.31: Chọn cổng kết nối với board Arduino Uno R3...........................................113 Hình 4.32: Gõ lệnh mở cổng giao tiếp giữa máy tính với board Arduino Uno 113 Hình 4.33: Nhập mật khẩu để mở cổng kết nối bằng quyền admin. 113 Hình 4.34: Mở cổng kết nối thành công 115
https://doan.edu.vn/
............................................................................118
.........................................................................117
xi Hình 4.35: Bật công tắc ở mặt phía trước.....................................................................115 Hình 4.36: Giao diện Volumio......................................................................................116
..............................................................................117
Hình 4.37: Giao diện thư viện nhạc Hình 4.38: Chế độ điều khiển Volume Hình 4.39: Chế độ điều khiển Treble Hình 4.40: Chế độ điều khiển Bass 118 Hình 4.41: Chế độ điều khiển Loudness 119
https://doan.edu.vn/
.................................... 77 Bảng
5: Bảng
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Các kiểu mã thường dùng 33 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Rasberry Pi3 Model B 45 Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật của Arduino 54 Bảng 2.4: Bảng chức năng mỗi chân trong PT2315 57 Bảng 2.5: Giá trị cực đại của IC KIA6210...................................................................... 60 Bảng 3.1: Cách chọn trạng thái cho ngõ ra nút nhấn cảm ứng...................................... 73 Bảng 3.2: Hình mô tả bảng sự thật để điều chỉnh VOLUME........................................ 76 Bảng 3.3: Hình mô tả bảng sự thật để điều chỉnh 3.4: Hình mô tả bảng sự thật để điều chỉnh LOUDNESS 3 giá trị địa chỉ tùy chọn của Module I2C………………………………78 3.6: số về điện áp của chip KIA6210
........................................................ 80 https://doan.edu.vn/
Bảng
Thông
...............................................................................
TREBLE, BASS.............................. 76 Bảng
https://doan.edu.vn/
xi TÓM TẮT
Đề tài này tạo ra một hệ thống Hi-end audio được sử dụng để chơi những bản nhạc số chất lượng cao trong thời đại công nghệ số hóa và tốc độ đọc ghi những bản nhạc ngày càng hiện đại. Loại dữ liệu nhạc chất lượng cao yêu cầu phải có một phần cứng đáp ứng được dải tần số và phát huy hết khả năng của nó. Đề tài hướng đến xu hướng chơi nhạc số dần thay thế những CD, SACD,cassette, băng cối, đĩa than vì tính tiện dụng, dễ lưu trữ, không bị hư hỏng theo thời gian và đặc biệt là chất lượng có thể cao hơn nhiều so với CD và tiệm cận Analog. Nhóm nghiên cứu sử dụng raspberry làm máy tính để chạy hệ điều hành cho music server và tích hợp một bộ DAC Pcm để giải mã nhạc số. Phần preamp nhóm nghiên cứu và chế tạo bộ điều chỉnh âm sắc theo ý thích của chủ nhân thiết bị được điều khiển bởi Aduino, nút nhấn cảm ứng sẽ làm nhiệm vụ thay cho các volume cơ truyền thống và sẽ tránh hư hỏng do cơ cấu xoay cơ học. Thiết bị có trang bị một màn hình LCD để hiển thị các thông số khi điều chỉnh cho người sử dụng. Quan trọng nhất là bộ khuếch đại, nhóm nghiên cứu đã sử dụng chipamp KIA6210 để làm nhiệm vụ khuếch đại và đưa tín hiệu sóng âm ra loa( một trong những con chip hay trong phân khúc công xuất nhỏ). Điểm nổi bật của hệ thống là sự tiện lợi: tất cả đều được tích hợp trong 1 thiết bị duy nhất nhỏ gọn hơn rất nhiều so với một dàn âm thanh truyền thống, dễ dàng kết nối loa với thiết bị. không cồng kềnh, linh kiện của thiết bị cũng là linh kiện chất lượng cao và chất âm khi sử dụng thiết bị rất chi tiết chân thực, dễ dàng điều khiển thiết bị bằng bất cứ chiếc điện thoại smartphone nào cũng mạng Wifi. Giá thành của thiết bị cũng rất rẻ so với các sản phẩm do một hãng sản xuất.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 1 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay việc sử dụng các thiết bị gọi là thông minh ngày càng phổ biến trong cuộc sống ngàytạo nên sự hiện đại của thời đại 4.0. Các sản phẩm trở nên thông minh (Công nghệ số) như nhà thông minh, xe thông minh, khóa thông minh, ... cho ra đời một xã hội hiện đại hóa đa dụng và tiện lợi. Đặc biệt tất cả đều được đồng bộ hóa với nhau và có thể điều khiển tất cả chỉ cần 1 chiếc smartphone, 1 chiếc máy tính bảng, 1 chiếc laptop trong một mạng nội bộ. Tất cả các ví dụ kể trên tạo nên một xu hướng mới gọi tắt là IOT (Internet Of Things).
Trong lĩnh vực điện thanh nói riêng và đa số người nghe nhạc chất lượng cao (Audiophile) có rất nhiều trường phái, thường họ sở hữu cho mình 1 bộ dàn âm thanh có các thiết bị để phục vụ nhu cầu nghe nhạc của họ, và những thiết bị không thể thiếu là thiết bị phát tín hiệu, thiết bị xử lý tín hiệu, thiết bị khuếch đại âm thanh. Đa số người nghe nhạc ngày nay đều sử dụng CD vì độ phổ biến và chất lượng của nó. Giá thành của một chiếc CD hiện giờ khá cao và việc lưu trữ, tìm kiếm ra nội dung CD cần tìm rất mất thời gian. Nắm bắt được nhu cầu đó trong thị trường Audio, các sảnphẩmcũngdầnsốhóatheokhicáchãngAudiolớnnhưDENON,ONKIO,BOSE, JBL, KENWOOD,… cũng cho ra đời các sản phẩm chuyên nghe nhạc số chất lượng cao tích hợp (music server) thông qua các thiết bị lưu trữ bên ngoài như ổ cứng, usb, hoặc nghe nhạc trực tuyến (Stream) như Youtube, Spotify với các ứng dụng trên điện thoại do hãng cung cấp để điều khiển thiết bị rất tiện lợi và đơn giản. Tuy nhiên giá thành cho bộ sản phẩm đó rất cao, ngoài ra người dùng còn phải mua ứng dụng do hãngcungcấptrênAppstore(IOS) hoặc CH play(Android) để sửdụng đượcsản phẩm đó. Từ chính các nhu cầu số hóa hiện nay trong lĩnh vực Audio, nhóm đã đưa ra đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống Hi-end Audio kĩ thuật số” . để tiến hành nghiên cứu và thực hiện. Để đảm bảo việc thi công mạch theo như ý tưởng, chuẩn xác và không xảy ra sự cố bắt buộc ta phải tính toán và thiết kế. Nên nhóm đề ra mục tiêu chính là thi công
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Thiết kế PCB cho mạch tiền khuếch đại. - Thiết kế vỏ, cắt cnc vỏ bằng mica đen.
1.3.3 Tiến hành thiết kế - Thiết kế, vẽ PCB và đặt mạch in 2 lớp cho pcb KIA6210.
Thiết kế mạch khuếch đại, mạch nguồn tuyến tính. -
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 2
được hệ thống nghe nhạc số chất lượng cao có bộ tiền khuếch đại (Preamlifier) để người dùng có thể điều chỉnh tần số hợp với sở thích. Tính toán, thiết kế từng khối củahệthốngnhư:khối nguồn,khốiphát tínhiệu,khốitiềnkhuếchđại số,khối khuếch đại, khối nút nhấn cảm ứng, khối hiển thị . 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế hệ thống Hi end Audio xử lý nhạc số chất lượng cao bằng Raspberry pi3 và DAC pifi, điều chỉnh được bass, treble, volume, loudness thông qua chip xử lý âmthanh PT2315 được điều khiển bởi Arduino và khuếch đại tín hiệu nhờ chipamp KIA6210. Thiết kế đóng thùng ma trận cho loa 12 cm. 1 3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.3.1 Kết nối thiết bị Tìm hiểu thông tin linh kiện sản phẩm, thông số kỹ thuật. Kết nối module pifi DAC, ổ cứng vào Raspberry pi3. Kết nối các module xử lý âm thanh, nút nhấn, lcd vào Arduino. Kết nối các dây tín hiệu vào khối khuếch đại. Kết nối từ thiết bị ra loa 1.3.2 Tiến hành xử lý ban đầu Thực hiện nghiên cứu, thiết kế sơ đồ nguyên lý, PCBA cho hệ thống. - Tìm hiểu mua các loại linh kiện chất lượng cao phù hợp với hệ thống. - Tiến hành demo cắm test board các module trong mạch tiền khuếch đại. Lập trình điều khiển chip xử lý âm thanh PT2315 bằng Arduino.
https://doan.edu.vn/
Thiết kế thùng ma trận cho loa nỉ 12cm
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 3
https://doan.edu.vn/
1.3.4 Thi công, kết nối các thiết bị - Thi công các mạch in đã thiết kế. Tiến hành kết nối toàn bộ hệ thống, test chạy thử trên tất cả các board mạch module, test mạch bằng tai nghe. - Khử nhiễu nguồn vào bằng module EMI. Khử nhiễu cách ly cho chip PT2315. - Đóng thùng loa ma trận theo thiết kế cho loa 12cm. Kết nối loa vào hệ thống, nghe thử, cân chỉnh lần cuối.
1.5 BỐ CỤC Chương 1: Tổng quan Đặt vấn đề liên quan đến đề tài, tìm hiểu những lý do và sự cần thiết để thực hiện đề tài, mục tiêu hoàn thành, giới hạn cũng như những bước đi từ cơ bản đến cụ thể mà nhóm sẽ thực hiện trong quá trình nghiên cứu đề tài.
1.3.5 Hoàn thiện sản phẩm - Tiến hành sắp xếp, đi dây cho toàn hệ thống, kiểm tra. - Lấy kết quả so sánh với tính toán lý thuyết, demo dạng sóng. Nhận xét nêu ưu nhược điểm của hệ thống. - Nêu hướng phát triển. 1.3.6 Viết báo cáo Thu thập kết quả viết đề cương báo cáo. - Viết báo cáo. - Chỉnh sửa, kiểm tra lần cuối trước khi nôp quyển báo cáo. Tiến hành báo cáo. 1.4 GIỚI HẠN - Công suất nhỏ, phù hợp phòng khoảng từ 15 20 m2 . Chỉ thích hợp với loa nhỏ và độ nhạy cao. - Không có các thiết bị chuyên dụng về lọc nhiễu như biến áp cách ly - Không có phòng nghe chuẩn, đầy đủ tán âm, tiêu âm.
Chương 4: Thi công hệ thống Thi công mạch nguồn, mạch khuếch đại công suất KIA6210.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 4 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày các kiến thức lý thuyết về Raspberry Pi 3, module DAC Pifi, Arduino, màn hình lcd 16x2, module cảm biến chạm TTP223, module Audio processor PT2315, chuẩn truyền I2S, I2C, kiến thức cơ bản về điện thanh, sóng âm thanh, nhạc số, hệ điều hành Volumio, kiến thức về hệ thống nghe nhạc số, kiến thức thiết kế amply, kiến thức về loa và thùng loa sẽ được áp dụng trong đề tài.
Cài đặt hệ thống Volumio trên raspberry, cấu hình các thông số như network, driver DAC, sắp xếp nhạc số trên ổ cứng. Thi công module tiền khuếch đại theo thiết kế. Lập trình điều khiển cho module tiền khuếch đại. Kiểm tra, chạy thử nghiệm và tinh chỉnh lỗi. Chương 5: Kết quả, Nhận xét và Đánh giá Trình bày kết quả đã đạt được và đưa ra những bàn luận về sản phẩm.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Kết luận chung về đề tài và hướng phát triển của nó.
Chương 3: Tính toán và Thiết kế Trình bày sơ đồ khối của hệ thống, tính toán thiết kế cho từng khối.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 5 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG HI END AUDIO KĨ THUẬT SỐ 2.1.1 Giới thiệu chung AUDIO là một lĩnh vực không thể thiếu trong cuộc sống và có lịch sử phát triển rất lâu đời. Chiếc máy hát đĩa than là chiếc máy có thể coi là phát minh đầu tiên vàcũng lâu đời nhất tínhthời điểmhiện tại khi đượcsản xuất lần đầu cáchđâykhoảng 200 năm. Lịch sử của việc ghi âm bắt đầu hình thành từ năm 1796 khi Antoine Favre, một thợ sản xuất đồng hồ đã trình bày ý tưởng của anh về một thiết bị mà ngày nay chúng ta biết đến với tên gọi máy hát có ống quay hình trụ, hay còn gọi là “Musical box”. Đó chỉ là một dụng cụ chơi nhạc tự động, có thể chơi các giai điệu định sẵn theo ý muốn nhưng không thể thu bất cứ âm thanh nào. Vì thế, để có thể tái hiện các tín hiệu âm thanh trong cuộc sống, trước hết người ta cần phải phát minh ra một thiết bị có thể ghi lại các âm thanh đó. Năm 1887, Emile Berliner, người Mỹ, đã phát minh ra một thiết bị có thể ghi lại các rung động của âm thanh trên đĩa kẽm thay vì trên các ống quay hình trụ. Thiết bị được gọi là máy thu âm. Thiết bị tạo ra các đường rãnh trên mặt phẳng của đĩa. Âm thanh thay sẽ được ghi lại qua các đường rãnh hình xoáy ốc có độ sâu không đổi trên một đĩa phẳng. Berliner gọi loại đĩa này là đĩa ghi âm. Các đĩa thu âm thời kỳ đầu và ống quay hình trụ có khả năng tạo ra âm thanh với chất lượng tương tự nhau, mặc dù về mặt lý thuyết, các ống quay hình trụ của Edison có thời lượng ghi/phát từ 2 hoặc 4 phút, thu với tốc độ 160 vòng/phút. Còn đĩa của Berliner chạy với tốc độ 60 vòng/phút trong thời gian 2 phút. Từ đó đĩa than và máy hát đĩa than ra đời đánh dấu chặn đường đầu tiên trong lịch sử ngành Audio. Mãi đến những 1900s sự ra đời một công nghệ mới đó là đèn điện tử, đánh dấu bước chuyển mình mạnh mẽ của ngành công nghiệp Audio khi dần loại bỏ tất cả các bộ phận cơ của mâm đĩa than chuyển dần sang chạy điện. Bước chuyển này khi đèn điện tử cũng được nghiên cứu và cho ra âm thanh trung thực như máy máy đĩa cơ khi sử dụng các cực cathode anode của đèn để khuếch đại tín hiệu sóng âm từ mâm đĩa than. Phải chờ đến những năm 20 của thế kỷ trước, những chiếc ampli đèn đầu https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 6 tiên mới được bán trên thị trường. Chúng tuy thiết kế rất đơn giản song đảm nhiệm chức năng khuyếch đại tín hiệu rất thành công. Tất cả các sơ đồ thiết kế chỉ sử dụng một loại đèn duy nhất được sản xuất thời bấy giờ, đó là đèn 3 cực đốt trực tiếp (direct heating triode) và chỉ chạy duy nhất ở class A. Khi ấy, người chơi phải dùng ampli đèn một cách rất cẩn thận vì đèn còn hiếm và giá đèn rất cao. Các ampli cổ đa phần sử dụng biến áp nối tầng (interstage transfomer) để hiệu suất hoạt động của đèn đạt được mức cao nhất. Thời đó tầng công suất không phải lúc nào cũng đòi hỏi phải có biến áp bởi vì một số loa cổ có trở kháng rất cao (hơn 2.000 ohm, trong khi ngày nay, đa số đều từ 4 8 ohm) và các loa đời cổ có thể nối trực tiếp với anode của đèn qua một tụ đầu to khổng lồ. Các chuẩn âm thanh bây giờ là mono chủ yếu và ampli đèn điện tử chỉ chạy theo kiểu monoblock. Và sau này có một kiểu cho stereo là single end. Stereo ra đời đánh dấu chuẩn âm thanh mới sống động và chân thật hơn. Khi các hãng thu âm bắt đầu cho ra những bản ghi stereo đầu tiên và dần thương mại hoá các sản phẩm audio của mình một cách mạnh mẽ. Năm 1935 đánh dấu sự ra đời của băng cối và công nghẹ ghi âm HIFI và đến tận năm 1955 thì công nghệ ghi âm stereo mớira đời, cũng với đó cácđầu chạybăng như AKAI, REVOX cũngchiếmthị trường Audio khi băng cối có thể xoá và chép lại một cách dễ dàng chứ không như mâm than. Và một phiên bản của băng từ đó là cassette khi công ty Royal Philips công bố sang chế và thương mại hoá sáng chế của mình với ưu điểm nhỏ gọn và âm thanh vẫn trung thực như băng cối. Năm 1960, các ampli bán dẫn phát triển và thay thế dần ampli bóng đèn bởi hiệu suất sử dụng có thể đạt 70% trong khi ampli bóng đèn chỉ đạt 10 15% khi dung cùng một mức độ điện áp và cường độ dòng điện. Âm thanh của ampli bán dẫn cũng rất chân thực nhưng không bằng ampli bóng đèn. Chỉ so sánh được độ trung thực khi sử dụng ampli Class A nhưng hiệu suất cũng không cao hơn ampli bóng đèn. Đến năm 1990 thì ampli Class D ra đời với sự thuận tiện như công suất lớn, hiệu suất đạt 80% công suất khuếch đại nhưng lại bị đánh giá về âm thanh khá thô và không trung thực. Trong những năm này thì công nghệ số hoá các tín hiệu âm thanh ngày càng phát triển mạnh khi những chiếc CD, MD, SACD thay thế các băng từ, đĩa than, tín hiệu được mã hoá theo nhị phân và rất dễ lưu trữ. Các khái niệm dữ liệu số cũng dần hình thành trong thời gian này. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 7 Những năm 2000s cho đến nay đánh dấu sự ra đời và phát triển mạnh mẽ khi các file nhạc master trên CD, SACD được nén lại và cho ra các dạng nhạc số với chất lượng từ thấp (m4a, mp3) đến cao (flac, wav, DSD). Khi công nghệ đọc ghi ngày càng nhanh, bộ chuyển đổi ADC càng chi tiết thì việc sản xuất các file nhạc số chất lượng cao và có thể tiệm cận với nhạc analog sẽ trở thành hiện thực vì tính lưu trữ, tiện dụng là chất lượng không thua kém gì so với nhạc analog từ đĩa than hay băng cối cả. Các thiết bị cũng dần trở nên hiện đại hơn khi các thiết bị giải mã âm nhạc số (DAC) chất lượng cao và có thể giải mã và đáp ứng được dải tần số cho tín hiệu khuếch đại trung thực nhất có thể [29]
Trong những năm gần đây, công nghệ số ngày càng mạnh mẽ và ứng dụng tích hợp với mạng nội bộ Wifi để điều khiển thiết bị ngày một trở nên phổ biến trong tất cả các lĩnh vực liên quan đến điện tử, tự động hóa. Lĩnh vực Audio cũng tích hợp thành công được các sản phẩm có thể điều khiển qua Wifi, bluetooth. Mạnh mẽ nhất khi một sản phẩm được ra đời trong 2 năm trở lại đây có tên gọi là Music server. Thiết bị này ngày càng phổ biến trong giới nghe nhạc số chỉ trong một thời gian ngắn xuất hiện trên thị trường. Có hàng ngàn lợi ích mà Music Server sắp, sẽ và đang mang lại cho người chơi nhạc. Nhưng điểm nổi bật nhất của Music Server đem lại đó là tính tiện dụng, đơn giản và quản lý tập chung. Thiết bị có khả năng điều khiển thông qua điện thoại di động, máy tính bảng, laptop. Vì vậy, Music Server là một kho nhạc được kết nối với mạng nội bộ gia đình (không cần internet) giúp người chơi nhạc số có thể play, stop, next bài chỉ với 1 chiếc điện thoại trên tay. Music Server còn giúp người yêu nhạc quản lý hàng ngàn Album yêu thích sắp xếp theo tên ca sỹ, tên album, thể loại nhạc, nhạc sỹ . điều mà việc quản lý truyền thống là không thể. Hình 2.1 là ví dụ về một hệ thống có sử dụng Music server Hình 2.1. Một hệ thống nhạc số hiện đại
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 8 Sơ đồ này bao gồm các thành phần sau: a. Nguồn nhạc: Thiết bị Music server cần có một nguồn nhạc từ bên ngoài để quản lý, xử lý và điều khiển tín hiệu ngõ ra. Nguồn nhạc được sử dụng trong hệ thống là các file nhạc số có chất lượng từ thấp đến cao (mp3 đến DSD) đều được sử dụng được trong hệ thống. Các file nhạc có thể được lưu trữ trong ổ cứng và kết nối với thiết bị Music server để thiết bị đọc file. Ổ cứng NAS cũng có thể sử dụng làm nguồn nhạc. Một ưu điểm là chúng ta có thể truyền tín hiệu thông qua các chuẩn như chrome cast, airplay hoặc bluetooth. Chúng ta cũng có thể streme nhạc từ các nguồn nhạc số online như spotify, tidal, youtube bởi khả năng đa dụng là dễ dàng sử dụng. b. Music server: Thiết bị này là một chiếc máy tính nhúng có hệ điều hành dùng để chơi nhạc số do hãng cung cấp và chức năng không khác giừ một chiếc máy tính để bàn hay laptop với đầy đủ chip vi xử lý, Ram, bộ nhớ trong... và các tác vụ chỉ chuyên để xử lý nhạc số. Thiết bị này sẽ nhận file nhạc số từ nguồn nhạc và cho phép người dùng truy xuất dữ liệu nhạc từ ổ cứng thông qua một mạng nội bộ. Người dùng có thể sắp xếp, tìm kiếm, tạo danh mục yêu thích và nghe nhạc một cách thuận tiện nhất có thể. Thiết bị có thể kết hợp với DAC để giải mã nhạc số và xuất tín hiệu đã chuyển đổi qua bộ khuếch đại công suất c. Bộ khuếch đại công suất( Amplifier ): Đầu vào của thiết bị nhận tín hiệu từ Music server là dạng tín hiệu được chuyển đổi từ dạng số sang tương tự (sóng sin). Tùy vào chất lượng file nhạc, khả năng giải mã và độ đáp ứng tần số của bộ khuếch đại, tín hiệu sau khi giải mã sẽ đạt được độ chân thực của những bản ghi master trong phòng thu. Từ đó sẽ xuất tín hiệu âm thanh ra loa. d. Loa https://doan.edu.vn/
Quá trình truyền âm cũng là quá trình làm lan truyền dao động âm. Truyền âm là quá trình di chuyển sóng âm nên tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính chất của môi trường (bản chất, tính đàn hồi, mật độ, nhiệt độ, ..). Nói chung tốc độ âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí: vrắn > vlỏng> vkhí.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 9 Loa là thiết bị quan trọng nhất trong dàn âm thanh, loa làm nhiệm vụ phát ra âm thanh, khâu cuối cùng trong việc truyền tín hiệu trong hệ thống. Việc cảm nhận và đánh giá một hệ thống phụ thuộc hoàn toàn vào thiết bị này. 2.1.2 Các khái niệm cơ bản trong lĩnh vực AUDIO: a. Lý thuyết về âm thanh Âm thanh là hiện tượng vật thể rung động phát ra tiếng và lan truyền đi trong không khí. Tai của chúng ta nghe được âm thanh là nhờ màng nhĩ. Màng nhĩ nối liền với hệ thống thần kinh. Quá trình thu nhận âm thanh diễn ra như sau: làn sóng âm thanh từ vật thể rung động phát ra, được lan truyền đi trong không gian tới tai ta, làm rung màng nhĩ theo đúng nhịp điệu rung động của vật thể đã phát ra tiếng. Nhờ đó mà ta nghe được âm thanh. Còn không khí chính là môi trường truyền dẫn âm thanh. Phân loại âm thanh: + Nhạc âm là những âm có tần số xác định. Âm thanh do các nhạc cụ phát ra, tiếng nói, tiếng hát của con người là các nhạc âm. + Tạp âm là những âm không có tần số xác định. + Âm nghe được có tần số từ 16 Hz đến 20000 Hz và gây ra cảm giác âm ở tai ngườiTai ta không phải luôn luôn nghe được tất cả các âm từ 16 Hz đến 20000 Hz mà còn phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo sinh lý của tai (như màng nhỉ, ...) nên khả năng nhận được cảm giác âm của những người khác nhau có thể khác nhau. Đoạn video sau đây phát ra âm có tần số tăng liên tục từ 20 Hz đến 20000 Hz.
+ Siêu âm là những âm có tần số lớn hơn 20000 Hz, tai người không nghe được.
https://doan.edu.vn/
+ Hạ âm là những âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz, tai người không nghe được.
https://doan.edu.vn/
Nếu có một nguồn âm kích thước nhỏ (gọi là nguồn điểm) phát ra sóng âm đồng đều theo mọi hướng. Gọi P là công suất của nguồn âm và giả sử biên độ sóng âm không đổi khi truyền đi thì tại điểm M cách nguồn âm này đoạn d có cường độ âm là (2.2)
Vận tốc truyền lan của âm thanh phụ thuộc vào môi trường truyền âm. Trong hành trình truyền lan, nếu gặp phải các chướng ngại vật như tường, núi đá, hàng cây… thì phần lớn năng lượng của âm thanh sẽ bị phản xạ trở lại, một phần nhỏ tiếp tục truyền về phía trước. Phần bị phản xạ lại biến thành nhiệt năng tiêu tán đi. Các đặc trưng vật lý của âm + Tần số âm là tần số dao động của nguồn âm. Âm trầm có tần số nhỏ, âm cao có tần số lớn. + Độ lớn âm thanh (I) tại một điểm là đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà sóng âmtải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểmđó, vuông góc với phương truyền âm trong một đơn vị thời gian. Xét một âm truyền qua một diện tích S (có dạng hình học đối xứng) theo phương vuông góc với diện tích S. Gọi W là lượng năng lượng mà sóng âm này tải qua S trong t giây thì cường độ âm tại tâm đối xứng của S là (2.1)
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 10 Khi sóng âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số (và do đó chu kỳ) của sóng không đổi. Trong mỗi môi trường đồng tính thì âm truyền đi với tốc độ không đổi.Bên cạnh đó, có một số chất truyền dẫn âm rất kém. Ví dụ như các chất mềm, xốp như bông dạ hay cỏ khô…Các chất này còn có tên gọi là chất hút âm. Các chất này thường được làm vật liệu để lót tường nhằm cách âm ở các rạp hát, các phòng hát karaoke, phòng cách âm… để hút ẩm, giảm tiếng vang của âm thanh.
Trong đó I là cường độ âm tại điểm đang xét, đơn vị là oát trên mét vuông (W/m2)
Nếu dây rung với một bó sóng thì dây phát ra âm có tần số thấp nhất (tần số fmin đã biết trong bài sóng dừng). Ta hãy gọi tần số này là tần số fo và gọi là âm cơ bản (còn gọi là họa âm thứ 1).
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 11 + Mức cường độ âm L là đại lượng đo bằng lôgarit thập phân của tỉ số giữa cường độ âm đang xét và cường độ âm chuẩn Io. Cường độ âm chuẩn Io được lấy bằng 10 12 W/m2 (2.3) Trong đó L là mức cường độ âm tại điểm đang xét, đơn vị là ben (B) Người ta thường dùng ước đơn vị của B là đề xi ben (dB) : 1 B = 10 dB. + Đồ thị dao động âm và phổ của âm Giả sử ta dùng một micro để ghi lại một âm. Tín hiệu điện do micro này tạo ra cho ta hình ảnh của đồ thị của dao động âm đang xét. Hình 2.2. Đồ thị dao động của âm "A" Âm cơ bản và họa âm Khi một sợi dây đàn ghi ta rung thì nó phát ra âm do trên dây có xảy ra hiện tượng sóng dừng.
Khảo sát thực nghiệm cho thấy dây này còn phát ra các âm có tần số 2fo, 3fo, 4fo .... gọi là họa âm thứ 2, họa âm thứ 3, họa âm thứ 4, ... Các họa âm có biên độ khác nhau khiến đồ thị dao động âm của các nhạc cụ khi phát ra cùng một nốt nhạc cũng khác nhau. Sự khác nhau này phân biệt được bởi âm sắc của chúng. Các đặc trưng sinh lý của âm
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 12 + Độ cao của âm gắn liền với tần số âm. Âm trầm có tần số nhỏ, âm cao có tần số lớn. Chú ý: Không thể nói: Âm có tần số 800 Hz cao gấp đôi âm có tần số 400 Hz (Mời bạn nghe lại các âm ở đầu bài). + Độ lớn của âm gắn liền với mức cường độ âm (tức là cũng phụ thuộc vào cường độ âm). + Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm hoặc phổ của âm. Hai nhạc cụ khác nhau phát ra cùng một nốt nhạc, cùng độ cao, cùng cường độ sẽ chắc chắn khác nhau về âm sắc. b. Tái tạo âm thanh trong lĩnh vực Audio Trong lịch sử, khi chưa có điện và các thiết bị điện tử ,âm thanh được con người tái tạo bằng những nhạc cụ như đàn, sáo, kèn, trống, .v.v. để phục vụ cho mục đích thưởng thức âm nhạc. Các nhạc cụ ngày xưa và cho đến bây giờ đều được chế tác theo các nguyên lý vật lý về âm thanh. Ví dụ một cây đàn piano có 88 phím thì sẽ tương đương với mỗi khoảng tần số trong từ 16hz 20000hz, tạo nên các giai điệu trong âm thanh khi kết hợp lại với nhau. Ngày nay, khi có các thiết bị điện tử tân tiến, con người sẽ sử dụng các thiết bị âm thanh vào 2 mục đích phổ biến nhất đó là ghi âm hoặc phát lại âm thanh. + Quá trình ghi âm Để chuẩn bị cho quá trình ghi âm, cần có nguồn âm, thiết bị chuyển tải, xử lý, ghi tín hiệu và định dạng đích cho tín hiệu âm thanh cần ghi. Trước đây thì chủ yếu người ta định dạng đích theo tín hiệu analog, ghi bằng cách tạo ra những rãnh (vật lý) trên đĩa nhựa. Người ghi âm có thể điều khiển độ nông sâu của rãnh theo dạng sóng âm cần ghi, và trên đĩa sẽ có những rãnh mô phỏng dạng sóng âm. Ngoài ra thì còn có thể ghi trên các băng từ, mở bằng máy cassette. Nhưng ngày nay thì công nghệ phát triển hơn rất nhiều, người ta sẽ dùng các loại tín hiệu số (tín hiệu digital) để thay thế cho các dạng tín hiệu analog. Điều này có thể hiểu như là mỗi tần số âm thanh tương tự được mã hóa thành một dãy số và ghi vào đĩa CD. Nhưng để mã hóa được toàn bộ dải sóng âm thanh liên tục thì số https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 13 lượng ký tự cần dùng không có giới hạn.Vì vậy, người ta không mã hóa và ghi lại toàn dải sóng âm, mà chỉ ghi các giá trị tương tự, cách đều, đủ gần trên trục thời gian. Các điểm tín hiệu âm thanh tương tự được mã hóa và ghi lại gọi là điểm trích mẫu. Thiết bị mã hóa chuỗi tín hiệu âm thanh tương tự thành dãy số được gọi là Analog to Digital Converter (ADC).
https://doan.edu.vn/
Để hiểu rõ hơn về các thiết bị cần có để tạo thành phòng thu âm gia đình, các bạn có thể tham khảo bài viết: Các thiết bị tạo nên phòng thu âm gia đình Hình 2.3. Các thiết bị cần cho quá trình thu âm Quá trình tái tạo âm thanh
Trong quá trình tái tạo âm thanh ở các thiết bị trước đây, ví dụ như máy hát cổ, chỉ cần có một màng rung gắn một chiếc kim lướt tỳ nhẹ vào các rãnh âm có trên đĩa nhựa, màng rung sẽ sẽ rung theo độ nông sâu của rãnh. Đối với băng từ thì cuộn dây bên trong băng từ sẽ được kéo chạy qua khe hẹp của lõi sắt từ (đầu từ) khi đó trên cuộn dây sẽ xuất hiện sức điện động theo dạng tín hiệu được ghi trên băng từ. Và khi đó cả máy hát cổ lẫn băng từ chỉ cần có thêm một thiết bị khuếch đại các tín hiệu âm thanh này thì người nghe có thể thưởng thức âm thanh phát ra từ loa. Còn với đĩa CD thì đầu đọc sẽ tải toàn bộ dữ liệu âm thanh kỹ thuật số vào một bộ nhớ tạm để có thể giải mã tuần tự từng dãy số (chứa thông tin mã hóa các
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 14 tín hiệu âm thanh tương tự) đạt tốc độ phù hợp. Trong quy trình này, các chuỗi tín hiệu mã hóa từ CD vừa lưu vào bộ nhớ tạm được “đánh thức” bởi đầu đọc quang học và chuyển đến ngõ vào của thiết bị DAC. Tại ngõ ra của DAC xuất hiện tín hiệu âm thanh tương tự vào thời điểm trích mẫu tương ứng lúc ghi. Phần công việc còn lại cũng thuộc về bộ khuếch đại và các loa. Nguồn âm Nguồn âm thanh Mono (Monophonic) Âm thanh Mono hay còn gọi là âm thanh đơn kênh (1 kênh), xuất phát từ một hướng. Người nghe khi nghe các dàn âm thanh mono thường sẽ cảm nhận được âm thanh mình đang nghe được đều được phát ra từ một điểm trong không gian. Dàn âm thanh theo kiểu mono nếu gồm 2 loa (hay 2 cột loa với nhiều loa chồng lên nhau) thì âm thanh giống như được phát ra từ một điểm ở chính giữa 2 loa/cột loa. Hình 2.4. Tín hiệu âm thanh Mono Một số ví dụ về âm thanh Mono: Âm thanh phát ra từ một người đang đứng nói chuyện trước mặt Một chú chim đứng yên hót trên cây. Nguồn âm thanh Stereo https://doan.edu.vn/
https://doan.edu.vn/
Hình 2.5. Âm thanh Stereo
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 15 Stereo (âm thanh nổi) là phần giao thoa giữa các âm thanh được phát ra từ ít nhất hai hoặc nhiều nguồn khác nhau. Và quan trọng hơn nữa là chúng được phát ra từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái.
Ví dụ điển hình về âm thanh Stereo: + Một chú chim vừa bay vừa hót từ bên phải sang bên trái và thêm tiếng xe máy của một chiếc xe máy chạy theo hướng ngược lại. Nguồn âm thanh đa kênh Ngoài ra thì hiện nay các hệ thống âm thanh đa kênh cũng sử dụng để nghe nhạc rất hiệu quả, vì ngày nay các ban nhạc nổi tiếng trên thế giới cũng đã bắt đầu ghi âm các loại album của họ trên các hệ thống âm thanh đa kênh. Và như thế khi sử dụng dàn âm thanh stereo để nghe các bản nhạc này thì sẽ bỏ sót khá nhiều tín hiệu âm thanh.
Từ xa xưa các nhà vật lý đã mô phỏng các hiện tượng tự nhiên bằng những chuỗi thay đổi liên tục. Đây chính là dòng âm thanh analog. Ví dụ như tiếng người nói chuyện được mô phòng theo hình sin. Hay âm thanh trong đĩa cơ học, phim nhựa quang học, băng cassette cũng được ghi lại bằng những chuỗi tín hiệu hình sin liên tục…
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 16
Hình 2.6. Hệ thống loa 5.1 Các hệ thống âm thanh đa kênh phổ biến hiện nay bao gồm: hệ thống 5.1, 7.1, 9.1… Các con số trước dấu chấm là số kênh độc lập của hệ thống, còn số sau dấu chấm sẽ là số lượng loa sub (loa siêu trầm) trong hệ thống âm thanh đó 2.1.3 Các chuẩn âm thanh trong Audio a. Âm thanh tương tự (Analog) Âm thanh tương tự là tín hiệu âm thanh tương đồng với âm thanh bên ngoài.
Các tín hiệu âm thanh như nhạc cụ, tiếng hát ca sĩ sẽ không bị thay đổi về các âm sắc và nét đặc trưng của từng tín hiệu. Vậy âm thanh tương tự chính là các tín hiệu âm thanh liên tục và được biểu diễn bằng biểu đồ dạng sóng sin.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 17 Dòng âm thanh này thường được dùng cho các hệ thống loa karaoke gia đình.Từ công nghệ analog này người ta sáng chế nên các phương tiện nghe nhìn như phim ảnh, băng nhạc, băng video, điện thoại viễn thông, phát thanh truyền hình Một hệ thống âm thanh tương tự sẽ sử dụng một bộ chuyển đổi chụp âm thanh và chuyển đổi dạng sóng vật lý của âm thanh thành các thể hiện điện của những dạng sóng. Những âm thanh này sẽ được lưu giữ trên băng hoặc truyền đi. Để phát ra âm thanhquátrìnhnàyđượcđảongược,cáctínhiệuâmthanhđượckhuếchđạivàchuyển đổi thành dạng sóng vật lý qua một loa. Dù là sao chép, lưu giữ hay khuếch đại thì âm thanh analog sẽ giữ lại đặc điểm giống dạng sóng cơ bản của nó và rất nhạy cảm với tiếng ồn và biến dạng. Lịch sử âm thanh tương tự Bản chất của âm thanh tự nhiên là các tín hiệu tương tự (analog) mang các giá trị điện áp biến thiên liên tục. Những âm thanh này khi được nghe trực tiếp từ nguồn phát. Nhưng con người muốn lưu giũ và chế biến nó theo ý mình do đó công nghệ analog ra Nămđời.1796 được đánh dấu là năm bắt đầu của công nghệ âm thanh analog . Lúc này một người thợ sản xuất đồng hồ có tên Antonine Favre trình bày ý tưởng về một dụng cụ chơi nhạc giống như máy hát. Thiết bị này chỉ có thể phát mà không thể ghi lại âm thanh trong cuộc sống. Đến năm 1877, là năm ra đời chiếc máy ghi âm đầu tiên do Emile Berliner phát minh dựa trên những phát minh trước đó của Edison. Và sau đó việc xử lý âm thanh không ngừng phát triển. Lúc này việc xử lý âm thanh bao gồm việc thu, phát, truyền dẫn và lưu trữ âm thanh dưới dạng tương tự (analog) được ứng dụng phổ biến. Ưu nhược điểm của âm thanh analog - Ưu điểm Chất lượng tín hiệu chuẩn do kỹ thuật lưu trữ ở dạng hình sin chuỗi thay đổi liên tục. https://doan.edu.vn/
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 18 Âm thanh có độ phân giải cao, chất lượng âm thanh rất tốt. Hệ thống máy móc tuy cồng kềnh nhưng lại đơn giản do đó giúp tiết kiệm được nhiều chi phí đầu tư máy móc. Với những băng đĩa ghi âm analog thì có thể cắt nối được. Analog chủ yếu để truyền tải thông tin đi xa. Chúng ta có thể tìm thấy ứng dụng của công nghệ này trong tín hiệu truyền hình,vệ tinh,di động,cáp quang.
Nhược điểm Âm thanh analog thường lẫn nhiều tạp âm không cần thiết như tiếng gió…. Bị giảm chất lượng và thường bị giới hạn số lần sao chép sang các thiết bị, khi sao chép nhiều lần sẽ ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh.
Trong phát thanh truyền hình công nghệ này phải xử lý tín hiệu ở nhiều mức gây nhiễu, nghẹt tiếng Ngày nay các loại hình của âm thanh analog vẫn được lưu trữ và phát triển như đĩa than, băng cối, cassette và các thiết bị đọc chúng. Vì tính mộc mạc, chân thật và có tính chất cổ xưa nên giá trị của chúng khá cao so với một thiết bị phát và giải mã số hiện giờ. b. Âm thanh số (Digital) Âm thanh số là công nghệ được sử dụng để ghi chép, lưu trữ, tạo ra, tái tạo âm thanh bằng cách sử dụng các tín hiệu âm thanh mà chúng đã được mã hóa dưới dạng số cụ thể ở đây là số 0 và 1. Hệ thống âm thanh kỹ thuật số cho phép thao tác nén, lưu trữ, xử lý và truyền tải âm thanh dễ dàng, thuận lợi. Tín hiệu này có thể ghi lại, chỉnh sửa và thay đổi sử
Tín hiệu âm thanh bị tác động bởi dao động và điện áp và bị biến dạng Khi ghi hình thường khá phức tạp bằng nhiều mức trong các băng từ tính như băng cassette hay băng video.
Người ta có thể nén âm thanh để làm giảm kích thước tập tin và có thể xem, nghe trực tiếp trên các thiết bị như điện thoại, máy tính… Việc sao chép thông tin dễ dàng không bị giới hạn số lần thao tác và không ảnh hưởng chất lượng âm thanh.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 19 dụng. Với âm thanh kỹ thuật số chúng ta có thể thực hiện nhiều bản sao mà không ảnh hưởng chất lượng. Lịch sử phát triển của âm thanh digital Do những tiến bộ đáng kể trong khoa học kỹ thuật âm thanh digital xuất hiện để khắc phục những nhược điểm của âm thanh analog. Những năm 1970 nó được biết đến và dần trở nên phổ biến. Trong nhiều lĩnh vực ghi âm và sản xuất âm thanh công nghệ digital được sử dụng nhiều tiêu biểu như việc in phát hành băng đĩa được thay bằng ghi âm kỹ thuật số. Năm 1990 và 2000 âm thanh digital được dùng nhiều trong viễn thông.Công nghệ âm thanh kỹ thuật số được sử dụng vào việc ghi âm, sản xuất và phân phối âm nhạc phổ biến vào năm 2010. Từ đây việc phân phối các sản phẩm âm nhạc trở nên dễ dàng và rẻ hơn rất nhiều so với âm thanh analog. Và cho đến nay âm thanh kỹ thuật nói riêng và công nghệ kỹ thuật số nói chung số đã trở nên phổ biến và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực không chỉ âm nhạc giải trí. Ưu nhược điểm của âm thanh digital Ưu điểm So với tín hiệu analog thì tín hiệu số có nhiều ưu điểm tiêu biểu như: Có thể lưu giữ và xử lý thông tin dễ dàng. Khi đã ghi âm một bài hát chúng ta có thể tiến hành sửa đổi, xử lý bất cứ lỗi nào để nó hay hơn, hợp với người nghe hơn. Việc lưu trữ âm thanh đa dạng có thể trên đĩa Cd, máy nghe nhạc, ổ đĩa, usb hoặc một thiết bị lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số nào đó.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 20 Nhờ việc lưu giữ dễ dàng gọn nhẹ nên việc phân phối âm thanh nói chung và âm nhạc nói riêng dễ dàng và tiết kiệm chi phí hơn qua internet. Trước đó người ta phân phối âm nhạc bằng cách bán các bản bản sao vật lý như băng đĩa… Âm thanh kỹ thuật số được giữ nguyên gốc Âm thanh digital đã được loại bỏ tất cả tạp âm Âm thanh digital không bị biến dạng - Nhược điểm Âm thanh, tín hiệu dễ bị tổn thất do ở dạng số. Tín hiệu âm thanh sẽ bị ảnh hưởng dù chỉ mất vài byte thôi. Hệ thống xử lý âm thanh digital hiện đại và phức tạp do đó tốn kém kinh phí đầu tư hơn. Âm thanh digital là kết quả của bước tiến công nghệ thể hiện lợi thế nổi trội nhất là trong việc lưu giữ, xử lý và sao chép thông tin. Nhiều người thắc mắc liệu trong tương lai âm thanh digital có thay thế cho âm thanh analog hay không. Tuy nhiên mỗi loại có một ưu và nhược điểm riêng nênsẽ song song tồn tại.Các bạn sẽvẫnđược thưởngthức âmnhạc theonhững cách khác nhau tùy thuộc vào sở thích. c. Các định dạng nhạc số Sự phát triển của công nghệ và thiết bị di động hiện nay đang từng bước biến nhạc số trở thành một loại hình lưu trữ tiện lợi không thể thiếu. Chúng ta hãy cùng điểm sơ qua về các mốc phát triển của nhạc số và các định dạng của chúng. Các mốc ngoặt tiêu biểu Năm 1976: Tiến sĩ Stockham (Soundstream) ứng dụng bản ghi âm số 16 bit đầu tiên. Năm 1981: Philips cho ra đời CD, IBM giới thiệu máy tính 16 bit. https://doan.edu.vn/
Năm 1983: Cáp quang lần đầu tiên được ừng dụng trong trung chuyển tín hiệu âm thanh ở khoảng cách xa, từ New York đến Washington D.C. Năm 1990: Dolby công bố giải pháp âm thanh vòm 5.1 cho rạp hát gia đình. Năm 1996: kỹ thuật ghi âm 24 bit/96kHz ra đời. Năm 1997: Đĩa DVD Video hỗ trợ âm thanh 6 kênh ra đời. Năm 1999: Sony và Philips bắt tay nghiên cứu định dạng DSD Công nghệ PCM (Pulse code modulation) PCM là một áp dụng trực tiếp chuyển đổi A/D.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 21 Năm 1982: Sony giới thiệu bộ chuyển đổi PCM F1 14 bit và 16 bit cho VCR, đồng thời cũng công bố đầu đọc CD đầu tiên Model CDP 101.
Giả sử biên độ của mỗi xung trong một hệ PAM thì được làm tròn đến một mức có thể. Giả sử, trước hết hàm thời gian gốc (Analog) được làm tròn cho dạng sóng hình bậc thang như hình 7.16. Kế đó, ta lấy mẫu hàm bậc thang và truyền các mẫu theo cách biến điệu biên độ xung (PAM). Sự làm tròn được hiểu như là sự lượng tử hoá, và nó sẽ gây ra một error (nhiễu lượng tử hoá). Đó là, sự xấp xỉ bậc thang thì không giống hệt hàm gốc và sự sai biệt giữa chúng là một error. Khả năng sửa error là lý do lớn nhất để lượng tử hoá tín hiệu. Thí dụ, giả sử ta muốn truyền một tín hiệu đến một khoảng cách xa trên cáp đồng trục. Nếu tín hiệu được truyền theo kiểu PAM thông thường nhiễu sẽ chen vào theo đường truyền và nhiễu cộng thêm vào mỗi mạch khuếch đại (có nhiều mạch khuếch đại cần đến trên đường truyền để chống lại sự suy giảm phát sinh trên đường truyền). Nếucũng tín hiệu đó,bâygiờ tatruyềnbằngcáchdùng PAMlượng tử hoá.Trong vài điều kiện, hầu hết error sẽ được sửa sai. Nếu những repeater được đặt sao cho nhiễu chen vào giữa bất kỳ hai trạm thì nhỏ hơn một nữa của cở bước của bậc thang. Mỗi repeater sẽ giữ hàm đến dạng bậc thang gốc trước khi khuếch đại và gửi đi.
Sựlượng tửhoá làmtròncác mứcdùng làmbậcthang giốngtínhiệu mong muốn. Số mức xác định độ phân giải (Resolution) tín hiệu. Đó là, một sự thay đổi nhỏ nào trong mức tín hiệu cũng có thể được phân tích bằng cách nhìn phiên bản lượng tử hoá của tín Nếuhiệu.cần độ phân giải cao, số mức lượng tử hoá phải tăng. Lúc ấy, khoảng cách giữa các mức giảm.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 22 Hình 2.7. Tiến trình lượng tử hoá Trong một hệ thống PCM, tự vựng của các tín hiệu truyền chỉ chứa hai, 0 và 1. Các mức lượng tử hoá được mã hoá thành các số nhị phân. Vậy, nếu có 8 mức lượng tử hoá, thì những trị được mã hoá thành các số nhị phân 3 bit. Ba xung sẽ được cần để gửi mỗi trị lượng tử. Mỗi xung biểu diễn hoặc 0 hoặc 1. Điều đó giống như khái niệm của ADC. Hình 7.17 biểu diễn s(t) và dạng sóng của PCM 2 bit và 3 bit. Hình 2.8. PCM Một xung lên biểu diễn cho bit 1 và một xung Zero biểu diễn bit 0. Hoàn điệu BCM thì đơn giản là một DAC. Khối biến điệu và hoàn điệu thường là IC LSI và được gọi tên là CODEC( coder decoder ). https://doan.edu.vn/
“Tần số lấy mẫu” chính là số lần biên độ rung mỗi giây của sóng âm còn “độ sâu của bit" thể hiện số lượng bit của thông tin đo được từ mỗi mẫu âm tương ứng với độ phân giải của mỗi bộ dữ liệu âm thanh số. Như vậy ta có thể thấy, “âm thanh số” chính là những thay đổi về biên độ tần số sóng âm dao động trong một khoảng thời gian nhất định, tạo ra âm thanh. Tần số lấy mẫu và độ sâu của bit càng cao thì tín hiệu analog được mô phỏng lại càng chính xác. Hiện nay, tần số lấy mẫu của các file định dạng PCM có thể lên đến 352,8kHz hoặc hơn nữa tuy nhiên, các DAC thông thường, tầm trung chỉ hỗ trợ 192kHz, riêng cũng có một vài sản phẩm như iFi iDAC 2 hoặc iFi Nano iDSD cũng có thể đáp ứng 384kHz Thường thì dạng PCM phần nào có thể được phân giải ngay thành tín hiệu analog với bất cứ DAC nào. Do tính đơn giản đó, âm thanh PCM được coi là loại âm không tổn hao (lossless) do không bị nén, tuy nhiên dung lượng lưu trữ rất lớn Âm thanh ta thường nghe trên CD hayđịnh dạng WAV chính là nó, cứ mỗi giây âm thanh được lấy mẫu (sample) với tần số mẫu 44.1kHz (44100 lần trong 1 giây), với mỗi mẫu là 16 bit dữ liệu. Ví dụ, cứ 1 phút âm thanh, ta có công thức sau: 44.100 sampling X 2 kênh (trái phải) X 2 bytes (16 bit = 2 bytes) X 60 giây = 10.584.000 bytes = 10.1 Mb. Mỗi CD có dung lượng khoảng 750Mb, xấp xỉ 74 phút âm thanh. Từ công thức ta tính ra được 1 giây của âm thanh gốc sẽ có bitrate là 1411kbps.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 23 Lossless Audio
https://doan.edu.vn/
PCM gồm hai thành phần: tần số lấy mẫu (sample rate) và độ sâu bit (bit depth).
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 24 Hình 2.9. biểu đồ dạng sóng PCM Trên máy tính, thông thường có thể nhìn PCM dưới định dạng như: WAV là dạng file âm thanh không nén dựa trên định dạng PCM. Nếu được lấy mẫu với tần số 44.1 kHz tức 16 bit (tương đương với chất lượng CD) thì 1 phút âm thanh sẽ tiêu tốn tới 10 MB ổ cứng. WAV dạng này thường được thu âm thanh (bài hát, diễn văn…) theo dạng thô và sau đó được xử lý bằng các thiết bị phòng thu hoặc phần mềm chuyên biệt để xuất ra các dạng file chiếm dung lượng ít hơn. FLAC: Free Lossless Audio Codec, là một định dạng khá được cũng khá phổ biến hiện nay và cũng có khá nhiều máy nghe nhạc hỗ trợ định dạng này, việc giải mã FLAC không phụ thuộc vào quá trình mã hóa, tức là mã hóa chậm nhưng giải mã vẫn khá nhanh, FLAC hiện nay có 9 level chia theo mức độ từ 0 8, và tốc độ bit dao động trong khoảng 600 1100 kbps, ở level càng cao thì thời gian mã hóa càng lâu để dung lượng giảm xuống.
WMA9: Đây cũng là một định dạng lossless được hỗ trợ bởi microsoft, tuy nhiên nó gần như chỉ thông dụng trên máy zune của microsoft, và chất lượng khá tốt.
https://doan.edu.vn/
APE: Monkey's audio, đây cũng là định dạng Lossless thông dụng, tuy nhiên nó chưa phổ biến trên các máy nghe nhạc như FLAC ALAC còn gọi là M4A: Apple lossless audio code, định dạng này được sáng lập bởi Apple, dành riêng cho các thiết bị của họ, sau này nó trở nên phổ biến hơn khi được sử dụng trên các thiết bị của hãng khác, tuy nhiên ALAC không được phổ biến như FLAC và APE.
https://doan.edu.vn/
áctập tin MP3 đầu tiênbắt đầu xuất hiện vào khoảng những năm1990 và được công bố chính thức vào năm 1993. Khi mà Internet và mạng ngang hàng (peer to peer) đang dần trở nên phổ biến thì MP3 cũng nhanh chóng trở thành định dạng âm thanh được lựa chọn nhiều bởi chất lượng tốt và kích thước nhỏ.Các bit rate thường thấy trên những tập tin Mp3 có giá trị vào khoảng 128 Kbps, 192 Kbps, 256 Kbps, 320 Kbps. Đây vẫn là con số khá thấp so với 1411 Kbps trên các CD hay các định dạng PCM. Nhưng chính việc giảm bit rate xuống thấp cũng góp phần làm giảm kích thước của các tập tin MP3. Công nghệ DSD( Direct Stream Digital )
Direct Stream Digital (DSD) là thương hiệu của Sony và Philips dùng trong hệ thống tái tạo tín hiệu âm thanh kỹ thuật số được sử dụng cho Super Audio CD (SACD). Kỹ thuật chuyển đổi DSD được phát triển bởi Andreas Koch và Ed Meitner của EMM Labs. Sau đó Koch thành lập AKDesign và tiếp tục nghiên cứu về sự chuyển giao tập tin DSD qua kết nối USB. Công nghệ DSD tiếp tục được phát triển và thương mại hóa bởi Sony và Philips, sau đó năm 2005 Philips bán lại cho Sonic Studio để phát triển hơn nữa.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 25 Lossy: Đại diện tiêu biểu nhất cho khái niệm nhạc Lossy là Mp3. Lossy (mất nhiều). Mp3 đã có một thời kỳ thịnh vượng và góp phần giúp cho việc truyền tải âm nhạc đến mọi người được nhanh chóng và dễ dàng MP3 là viết tắt của MPEG 1 Audio Layer 3, một định dạng mã hóa âm thanh kỹ thuật số, được dùng để tạo ra các tập tin với dung lượng được giảm đi rất nhiều, trong khi chất lượng thu được vẫn gần giống như những gì thể hiệntrên một máynghe đĩaCD.Mp3đượcthiếtkếbởiMovingPicture Experts Group (MPEG), đây là một tập đoàn chịu trách nhiệm về thiết lập tiêu chuẩn mã hóaCaudio.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 26 DSD dùng công nghệ mã hóa tín hiệu bằng mật độ xung nhịp (pulse density modulation encoding) một công nghệ dùng để lưu trữ tín hiệu âm thanh trên phương tiện lưu trữ kỹ thuật số sử dụng cho SACD. Tín hiệu sẽ được lưu trữ giống như âm thanh kỹ thuật số với nắn âm delta sigma; một chuỗi các giá trị 1 bit với sampling rate 2.8224MHz (gấp 64 lần CD Audio là 44.1kHz, nhưng chỉ bằng khoảng 1/32768 so với 16 bit). Nắn nhiễu âm được tạo ra trong tín hiệu gấp 64 lần tín hiệu gốc giúp giảm tiếng ồn và biến âm gây ra do sự thiếu chính xác của lượng âm trong tín hiệu 1 bit. Lịch sử-Phát triển DSD là một phương pháp lưu trữ tín hiệu Delta Sigma trước khi áp dụng phương pháp thập phân nhằm chuyển đổi tín hiệu đó thành tín hiệu PCM. Công nghệ huyển đổi Delta Sigma được mô tả lần đầu tiên trong bằng sáng chế của C.C. Cutler năm 1954, nhưng chưa có tên như vậy cho đến khi được đề cập trong một văn kiện năm 1962 của Inose. Trước đây, thập phân không tồn tại và tín hiệu oversample như thế nào phải được gửi đi như thế ấy. Đề xuất chia 1/10 dữ liệu oversample delta sigma để chuyển đổi thành âm thanh PCM đã không được nhắc đến cho đến năm 1969, trong một bài viết của DJ Goodman. Ứng dụng chuyển đổi DSD được phát triển bởi Andreas Koch và Ed Meitner, những thành viên sáng lập ban đầu của EMM Labs. Andreas Koch về sau đã rời khỏi EMM Labs và thành lập AKDesign và tiếp tục nghiên cứu về sự chuyển giao tập tin DSD qua kết nối USB. Công nghệ DSD sau đó đã được phát triển và thương mại hóa bởi Sony và Philips, tạo ra CD audio. Tuy nhiên, Philips sau đó bán lại cho Sonic Studio vào năm 2005 để tiếp tục phát triển Kỹ thuật DSD https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 27 Hình 2.10. So sánh DSD với PCM. 2.1.4 Các kiến thức về xử lý âm học trong phòng nghe a. Các bề mặt nhẵn song song không được che phủ Có lẽ sự cố thường gặp và cũng nghiêm trọng nhất trong các phòng nghe là các bức tường song song không được xử lý. Hai bức tường nhẵn đối diện nhau có thể gây ra hiện tượng âm thanh dội đi dội lại nhiều lần ngay cả khi âm thanh phát ra trực tiếp từ loa đã dùng hẳn. Hiện tượng này tương tự như khi bạn đứng trong một căn phòng trống không có thảm treo trên tường và vỗ tay, có cảm giác âm thanh như lưu lại trong không gian một lúc lâu sau Chúng gây ảo giác không gian trở nên rộng lên gấp nhiều lần. Tương tự, hiện tượng dội âm gây những cảm giác sai lệch về âm thanh, khiến chúng bị méo mó, khác hẳn âm thanh gốc.
>> Cách khắc phục: Chỉ cần đặt vật tiêu âm hoặc âm lên một trong hai bề mặt. Vật đó có thể là những tấm rèm vải dày, rèm nhung hoặc các tấm tiêu âm làm bằng gỗ, bằng tre nứa, bằng mút gai (mút trứng).
https://doan.edu.vn/
b. Âm dội từ sàn và tường Một điều không thể tràng khỏi là chúng ta thường phải đặt loa gần tường và sát với sàn nhà nên âm thanh mà bạn nghe được không chỉ phát ra trực tiếp từ loa mà còn bị phản xạ từ tường, sàn và trần. Những âm thanh này đo tới tai nghe chậm hơn âm thanh đi thẳng, và còn bị méo. Chúng làm cho âm thanh tổng thể không được trong trẻo và trung thực với bản gốc.
>> Cách khắc phục: Chỉ cần đặt một vật tán âm hoặc tiêu âm lên hai bức tường, nhất là mảng tường giữa loa và người nghe. Xử lý phản xạ còn dễ hơn nhiều: một tấm thảm đặt trên sàn sẽ hấp thu hầu hết âm dội. Một điều khá thú vị là mỗi lọai thảm có tác động khác nhau lên âm thanh. Theo kinh nghiệm của nhiều dân chơi âm thanh ngoại quốc, thảm len sẽ làm cho âm thanh cân bằng và tự nhiên hơn thảm làm từ sợi tổng hợp. Đó là do các sợi trong thảm len đều có chiều dài và độ dàykhác nhau. Như vậy thảm len sẽ hấp thu được các tần số khác nhau. Ngược lại, thảm tổng hợp được dệt từ các sợi có hình dáng và kích cỡ giống y như nhau nên chỉ hấp thụ dải tần hẹp. Ở ta, việc kiếm được thảm len dày để làm tiêu âm không phải là dễ. Có thể dùng tạm các tấm mút gai cùng với các tán âm bằng gỗ cũng có hiệu quả khá. c. Âm bass dày và nặng
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 28 Âm thanh phản xạ ảnh hưởng rất xấu tới sự nghe của chúng ta… Đặc tính hấp thụ âm thanh của các bức tường ở hai bên loa cũng ảnh hưởng tới cường độ và “chất âm phản xạ. Vì thế, âm thanh phản xạ không chính xác như âm thanh trực tiếp phát ra mặt trước loa. Thêm nữa, khi âm thanh trực tiếp và âm thanh phản xạ kết hợp với nhau, ta sẽ thấy một mớ âm thanh hỗn hợp từ hai nguồn âm này. Âm phản xạ đi tới tai nghe thường chậm trễ hơn âm trực tiếp, sinh ra hiện tượng lệch pha khiến cho âm thanh bị méo. Chính vì thế mà phản xạ âm từ hai bên tường là một trong những nguyên nhân lý giải tại sao cùng một cặp loa nhưng đặt trong các căn phòng khác nhau thì tiếng cũng rất khác. Hiện tượng phản xạ trên không chỉ ảnh hưởng đến tính cân bằng của âm thanh mà còn mất độ chính xác của âm hình. Nhưng theo kinh nhgiệm của Công Audio nếu duy trì được mức phản xạ vừa phải thì lại làm tăng độ rộng mở của sân khấu, song nếu thái quá nó gợi lên cảm giác rõ rệt về khoảng cách giữa các loa. Điều này xóa nhòa ranh giới giữa các âm hình và khiến cho sân khấu âm thanh thiếu tập trung và chính xác. Âm thanh cũng phản xạ từ sàn và trần. Phản xạ âm sàn ít ảnh hưởng tới sự nghe hơn phản xạ từ trần vì khoảng cách giữa loa tới sàn nhỏ hơn giữa loa và trần, nên đường truyền âm thanh cũng ngắn hơn, sự sai pha sẽ ít hơn. Và trần hơi nghiêng sẽ có lợi hơn nếu bạn đặt loa ở phía trần bị nghiêng xuống. Góc nghiêng của trần sẽ hướng những âm thanh phản xạ từ trần đi chệch khỏi tai người nghe.
https://doan.edu.vn/
>> Cách khắc phục: Thông thường, chúng ta có thể khắc phục bằng cách đơn giản mà hiệu quà là dịch chuyển loa. Nhưng nếu làm vậy mà chưa cải thiện được tình hình, nhiều người nghĩ ngay đến chuyện “thay loa”, hãy dùng giải pháp lắp các tấm tiêu âm bass. Chúng sẽ hút các tần số thấp và biến các tần số này thành nhiệt truyền vào trong các chất liệu sợi ở bên trong các tấm tiêu âm này. Nên làm thêm các cột “chân voi” đặt ở góc phòng để triệt tiêu sóng âm tần số thấp. Trong trường hợp tiếng bass quá dội, có thể làm thêm các hộp cộng hưởng Hemholtz là hiệu quả nhất. d. Các vật phản xạ gần loa Tất cả các đồ vật có tính phản xạ âm thanh đứng gần loa đều có thể làm âm hình biến dạng, thiếu chiều sâu. Ít người biết rằng chính chiếc TV với màn hình thủy tinh có tính phản xạ âm thanh mạnh đặt giữa hai loa lại là thủ phạm làm xấu âm thanh rất nhiều. Chính vì thế, nên dịch chuyển chiếc TV này cũng như các vật cản khác (ampli công suất, loa sub woofer…) ra càng xa loa càng tốt. Chất lượng trình diễn của nhiều bộ dàn chuyển biến rất nhiều khi những “nhân vật” đứng sai vị trí được chuyển ra rìa phòng. Âm hình trở nên tập trung hơn, tiếng cũng sâu hơn. Nếu đồ vật không thể dịch chuyển, hãy phủ tấm vải hút âm lên chúng. Kéo rèm cửa sổ phía sau lại mỗi khi nghe nhạc. e. Tìm vị trí loa vị trí đặt loa là yếu tố mang tính quyết định. Tìm vị trí thích hợp cho loa là việc đầu tiên nên làm trước khi dùng đến biện pháp xử lý âm học phòng nghe. f. Cân bằng giữa vật hấp thu thấp và cao Hầu hết các phòng đều có đặc tính tiêu âm tần số cao mà không hấp thu tần số thấp. Ngoài thảm, rèm và các đồ làm bằng chất liệu mềm, có thể sử dụng thêm các cột “chân voi” hoặc các thiết bị tiêu âm tự chế dạng tấm để giữ độ cân bằng về thời gian dội âm. Âm bass nặng nề, chậm chạp là do những bất cân bằng này. g. Dịch chuyển vị trí nghe để cân băng và tối ưu tiếng bass
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 29 Tiếng bass bị dày và nặng là một vấn đề nan giải mà nguyên nhân thường là do sự bất hợp lý về chế độ cộng hưởng của phòng, về vị trí và chất lượng của loa, hoặc độ hấp thu tiếng bass của phòng quá thấp. Và ngay cả vị trí ngồi nghe cũng liên quan đến độ dày và nặng của tiếng bass.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 30 Sóng đứng tần số thấp sẽ tạo ra những vị trí có áp suất âm thanh (thanh áp) khác nhau. Chuyển vị trí ngồi sẽ tạo ra độ cân bằng phù hợp nhất. Với các phòng nghe dư tiếng bass, tránh ngồi sát vào tường sau vì tiếng bass ở đó nghe rất nặng nề. Ngươc lại nếu cảm thấy hơi thiếu bass, có thể lùi vị trí nghe gần với tường sau để cân bằng trở lại với dải âm cao. 2.2 HỆ ĐIỀU HÀNH VOLUMIO VÀ KHÁI NIỆM VỀ MUSIC 2.2.1SERVERH ệ điều hành Volumio Volumio là một hệ điều hành mở dành cho tất cả các máy tính đang có trên thị trường ngày nay. Không giống như window, Mac OS, unbutu linux và một số hệ điều hành khác trên thế giới, Volumio là hệ điều hành dành cho music server và dùng để chơi nhạc chuyên nghiệp. Volumio có rất nhiều phiên bản có thể chạy trên tất cả các máy tính từ máy bàn, laptop, đến các hệ máy như NUC. Đặc biệt, Volumio có thể kết hợp với máy tính nhúng nhỏ gọn như raspberry pi cùng với các cổng GPIO sẽ tạo nên một hệ thống hoàn hảo để tạo nên 1 thiết bị Music server với sự đồng bộ về mặt điều khiển lẫn nhỏ gọn. Thiết bị Music server chạy volumio có khả năng tương thích với mọi DAC có hỗ trợ chuẩn giao tiếp I2S, nhờ đó việc chơi nhạc số, đặc biệt là nhạc số chất lượng cao trở nên cực kì dễ dàng so với những chiếc DAC rời truyền thống phải kết nối với máy tính để nhận nhạc số thông qua cổng xuất USB. Hệ điều hành Volumio có thể đọc được hầu như tất cả các file nhạc số hiện có với tất cả các định dạng khác nhau trên ổ cứng chứa nhạc. Volumio giúp tạo các playlist nhạc yêu thích hoặc sắp xếp tuỳ ý theo tên các ca sĩ, thể loại, năm,... Ngoài ra, chúng ta có thể stream nhạc trực tuyến từ Spotify, Youtube, Tidal,... trong cùng một một mạng nội bộ. Ta có thể truy xuất tất cả các thông tin bài nhạc, danh sách nhạc từ ổ cứng thông qua một thiết bị bất kì có thể lên mạng được như smartphone, máy tính, laptop và điều khiển tất cả các chức năng của Music server thông qua web server do chính Volumio tạo mà không cần phải mua hoặc down bất kì ứng dụng hỗ trợ nào. Ngoài ra, chúng ta cũng có thể streme nhạc từ smartphone qua thiết bị bằng Airplay (IOS) hoặc Chrome cast (Android). https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 31 Volumio là một hệ điều hành với mã nguồn mở, tương tự như Linux, Volumio cho phép người dung truy xuất thông tin dữ liệu sâu trong hệ thống và từ đó, việc lập trình chạy mềm cho hệ điều hành trở nên đơn giản và ta có thể tuỳ biến thông qua code Python được viết trong command khi máy tính nhúng được kết nối với một màn hình LCD. Trong đây, Volumio cho phép thực hiện các thao tác lập trình để tuỳ biến cho phần user interface. Volumio có kiến trúc hệ thống như sau: Volumio OS làm nhiệm vụ nhận các hoạt động thao tác từ người dùng và hệ sinh thái Debian Jessie tuỳ chỉnh các tác vụ và xuất tín hiệu âm thanh thông qua các gói phần mềm là các plugin do người dùng cài đặt. Volumio core là ứng dụng máy chủ được viết bằng javacript dung để chạy trình phát nhạc là điều khiển các chức năng cơ bản trong hệ điều hành. Hình 2.11. Cấu trúc hệ điều hành Volumio https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 32 2.2.2 Ngôn ngữ Python Python là ngôn ngữ lập trình được sử dụng rất phổ biến ngày nay để phát triển nhiều loại ứng dụng phần mềm khác nhau như các chương trình chạy trên desktop, server, lập trình các ứng dụng web.v.v. Ngoài ra Python cũng là ngôn ngữ ưa thích trong ngành khoa học về dữ liệu (data science) cũng như là ngôn ngữ phổ biến để xây dựng các chương trình trí tuệ nhân tạo trong đó bao gồm machine learning. Được tạo ra bởi Guido Van Rossum, thiết kế bắt đầu vào cuối những năm 1980 và được phát hành lần đầu tiên vào tháng 2 năm 1991. Đặc Điểm Nổi Bật Của Python. Python là ngôn ngữ dễ học: ngôn ngữ Python có cú pháp đơn giản, rõ ràng sử dụng một số lượng không nhiều các từ khoá, do đó Python được đánh giá là một ngôn ngữ lập trình thân thiện với người mới học.
Python có khả năng tương thích cao (highly portable): Cchương trình phần mềm viết bằng ngôn ngữ Python có thể được chạy trên nhiều nền tảng hệ điều hành khác nhau bao gồm Windows, Mac OSX và Linux.
Python là ngôn ngữ dễ hiểu: mã lệnh (source code hay đơn giản là code) viết bằng ngôn ngữ Python dễ đọc và dễ hiểu. Ngay cả trường hợp bạn chưa biết gì vềPythonbạncũngcóthểsuyđoánđượcýnghĩacủatừngdònglệnhtrongsource code.
https://doan.edu.vn/
Khả năng mở rộng và có thể nhúng: giả sử một ứng dụng đòi hỏi sự phức tạp rất lớn, chúng ta có thể dễ dàng kết hợp các phần code bằng C, C++ và những ngôn ngữ khác (có thể gọi được từ C) vào code Python. Điều này sẽ cung cấp cho các ứng dụng những tính năng tốt hơn cũng như khả năng scripting mà những ngôn ngữ lập trình khác khó có thể làm được. Ngôn ngữ thông dịch cấp cao: không giống như C/C++, với Python chúng ta không phải lo lắng những nhiệm vụ khó khăn như quản lý bộ nhớ, dọn dẹp những dữ liệu vô nghĩa... Khi chạy code Python, nó sẽ tự động chuyển đổi code sang ngôn ngữ máy tính có thể hiểu. Một ứng dụng viết bằng ngôn ngữ Python có thể bao gồm một hoặc nhiều tập tin khác nhau. Các tập tin chứa mã lệnh Python sẽ có phần mở rộng là .py (ví dụ hello.py, test.py...). Mã lệnh Python được viết tuân
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 33 theo các quy tắc được quy định sẵn. Ứng dụng python sẽ được biên dịch bằng phần mềm có tên là Python Interpreter. Bảng 2.1. Các kiểu mã thường dùng Mã kiểu C Type Python Type Kích thước tối thiểu tính theo byte 'b' signed char int 1 'B' unsigned char int 1 'u' Py_UNICODE Unicode character 2 'h' signed short int 2 'H' unsigned short int 2 'i' signed int int 2 'I' unsigned int int 2 'l' signed long int 4 'L' unsigned long int 4 'f' float float 4 'd' double float 8 Trong thực tế, việc sử dụng Python trên Volumio còn gặp khá nhiều lỗi và rất ít có một tài liệu nghiên cứu hoặc một công đồng đủ đông để hỗ trợ như là raspbian, window. Nên việc sử dụng Python để lập trình tuỳ biến hệ thống cũng rất ít được sử dụng 2.2.3 Music Server
Music Server là tên một thiết bị quản lý kho nhạc, có khả năng điều khiển thông qua điện thoại di động, máy tính bảng, laptop. Nói một cách dễ hiểu, Music Server là một kho nhạc được kết nối với mạng nội bộ gia đình (không cần internet) giúp người chơi nhạc số có thể play, stop, next bài chỉ với 1 chiếc điện thoại trên tay. Music Server còn giúp quản lý hàng ngàn Album yêu thích, xắp xếp theo tên ca sỹ, https://doan.edu.vn/
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 34 tên album, thể loại nhạc, nhạc sỹ.. điều mà việc quản lý bằng tay hay sổ sách là không thể. Ba Tính năng nổi bật của Music Server: Rảnh tay khi chơi nhạc : Đây là tính năng nổi bật nhất của Music Server. So với nghe nhạc truyền thống bằng CD, đĩa than…thì sở hữu các album nhạc số với chất lượng cao có lợi ích rất nhiều như việc lưu trữ, sắp xếp và giá thành thấp hơn rất nhiều. Khi muốn thay CD thì chỉ còn cách thay thủ công bằng tay, lấy CD cũ ra, thay CD mới vào cạnh đó, nếu CD có 10 bài thì chưa hẳn chúng ta đã thích cả 10 bài đó dẫn đến việc phải thay CD liên tục rất vất vả. Nhưng với khả năng sắp xếp dữ liệu của Music Server thì với hàng ngàn album có thể thay đổi 1 cách dễ dàng. Ngoài ra, việc quản lý, phân chia theo danh sách nhạc yêu thích, thể loại, ca sĩ…cũng rất thuận tiện cho người sử dụng. Hình 2.12. Một thiết bị Music server hãng Nativ
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 35 Tạo Playlist yêu thích: việc nghe nhạc bằng CD có hạn chế rất lớn, đó là trong 1 CD thì không phải lúc nào người nghe cũng thích tất cả các bài hát trong đó. Có khi cả CD chỉ thích có 1 bài, nhưng lại phải trả tiền mua CD cho cả 10 bài đó dẫn đến lãng phí. Vấn đề tạo 1 danh sách bài hát yêu thích với CD là việc bất khả thi vì sẽ không có nhà phát hành nào tạo riêng CD cho người nghe nhạc. Chỉ còn cách sử dụng dịch vụ ghi cd nhạc theo yêu cầu. Nhưng chất lượng ghi CD bên ngoài sẽ không được như CD gốc. Chuyện tạo Playlist yêu thích lại là một lợi thế lớn của Music Sever. Hình 2.13. Một danh sách nhạc trên Music server Cấu tạo và hoạt động https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 36 Music Server có thể hiểu nó như một cái máy tính có ổ cứng được kết nối mạnggiađình(cóhoặc khôngcóinternet).ToànbộquátrìnhđiềukhiểnMusic Server sẽ thông qua kết nối mạng. Bản thân Music Server sẽ được kết nối với dac nghe nhạc thông qua một trong các cổng như USB, Optical, Coxial. Đặc biệt là cổng USB nếu chơi nhạc DSD. Hình 2.14. Hệ thống có sử dụng Music server 2.2.4 Lý thuyết loa và thùng loa Có nhiều người đã nghĩ thùng loa chính là bộ phận ít chất “kỹthuật” nhất trong một bộ loa nhưng đó là tư duy sai lầm Cách Đóng Thùng Loa và Kỹ Thuật Đóng Thùng Loa chuẩn là 1 yếu tố cực kỳ quan trọng. Nhiệm vụ đầu tiên và quan trọng nhất của thùng loa chính là giữ cố định các loa trong một kết cấu được tính toán trước.
a. Cấu tạo thùng loa Khi nhìn vào một cái loa thùng nào đó, ta có thể thấy thiết kế bên ngoài của chúng vô cùng đơn giản và không có gì là phức tạp cả. Nhưng để làm ra một loa hoàn
https://doan.edu.vn/
Không chỉ có thế, thùng loa còn có tác dụng quan trọng về mặt âm học. Yếu tố này quyết định thiết kế về hình dáng của từng loại loa, từng hãng loa khác nhau.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 37 chỉnh thì các khâu từ lắp ráp, kiểm tra đến chọn lựa sản phẩm… đều phải được tuân theo một tiêu chuẩn kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt. Các bộ phận chính cấu tạo nên một hệ thống loa cơ bản đều phải được lựa chọn rất tỉ mỉ sao cho không những đạt được chất âm hiệu quả nhất mà còn đạt vẻ thẩm mỹ bên ngoài. Có 6 thành phần chính tạo nên một loa thùng: driver, lỗ dội âm (Bass reflex), thùng loa, jack nối dây, mạch phân tần, phụ kiện… Hình 2.15. Thùng loa toàn dải 1. Loa: Đây là trái tim và cũng là linh hồn của bất kỳ hệ thống loa nào. Về cơ bản, driver của loa chuyển tín hiệu điện thành sóng âm thanh, thông qua chuyển động màng loa. Driver có thể sắp xếp thành 4 dạng khác nhau dựa trên vai trò mà nó đảm nhiệm trong toàn dải tần số âm thanh.
2. Lỗ Dội Âm: Nhằm giải quyết vấn đề “thắt cổ chai” của các thùng loa và màng cấu tạo loa nhỏ, các nhà sản xuất thường cho thêm một lỗ dội âm để làm tăng thêm khả năng tái hiện tần số thấp. Lỗ này có thể được bố trí ở phía trước hoặc sau và được thiết kế dưới dạng lỗ đơn hay đôi.
3. Thùng Loa: là nơi chứa toàn bộ các thành phần của một hệ thống loa. Cấu trúc của nó, mà cụ thể là khoảng trống bên trong, có tầm quan trọng nhất định tới
4. Jack Nối Dây: Bình thường cổng jack cắm không hiện diện trên các loa rẻ tiền vốn đã được gắn sẵn từ cáp ở bên trong. Tuy nhiên, để có thể kết nối và có chất lượng hơn, loa phải có cổng nối dây riêng rẽ để có đầu vào chuẩn để cho đầu vào chuẩn 5. Mạch Phân Tần: Về cơ bản, đây là một bộ phận tách các kênh tín hiệu thành các dải âm thanh khác nhau cho từng thùng loa tương ứng, ví dụ tần số thấp cho loa bass và cao cho loa treble. Lý tưởng mà nói, các tín hiệu phải được chia tách sao cho dải âm không bị hụt hay chồng lên nhau.
6. Phụ Kiện: Có rất nhiều phụ kiện hỗ trợ để làm cho hệ thống loa trở nên hoàn hảo hơn rất nhiều, từ đơn giản là các đinh hay chân đế, tới các thiết bị giá đỡ treo tường…Các phụ kiện hỗ trợ này cũng cần phải được lựa chọn kĩ càng có sàng lọc, bởi lẽ nếu không chọn đúng sản phẩm tốt thì toàn bộ hệ thống âm thanh sẽ không trình diễn tốt chỉ vì chân đế không đủ vững khiến cho loa bị rung động trong khi đang hoạt động sẽ không tốt cho loa. Công thức để tính toán một thùng loa: (2.4)
Hình 2.16 Kích thước đóng thùng sẽ được tính toán theo công thức 2.4 Để tính toán được thể tích của một chiếc thùng loa thì sẽ có công thức cụ thể như sau, công thức này được dùng trong hầu hết các phần mềm thiết kế loa. Dựa vào công thức 2.1 cho chúng ta biết được các chỉ số quan trọng như Vas, Qts của loa. Ngoài ra trong trường hợp đóng các thùng loa theo kiểu xưa thì có thể đo kích thước thủ công hoặc sử dụng phần mềm. Vas
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 38 cách vận hành của loa. Bên cạnh yếu tố kích thước, vật liệu chế tạo cũng như độ dày của thùng cũng tác động rất lớn tới chất lượng âm thanh.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 39 và Qts là 2 thông số quan trọng nhất của loa, dựa vào đó để tính thể tích của thùng loa một cách chính xác nhất. Nhìn vào công thức có thể thấy thể tích thùng loa tỷ lệ thuận với Vas và Qts, như vậy, khi đọc thông số của một loa bất kỳ ta có thể tính nhẩm ra thể tích thùng loa cần cho củ loa đó như thế nào. Trong công thức trên thể tích thùng loa sẽ có đơn vị là Feet khối, ta cần phải đổi ra lít. 1 Feet khối bằng 28 lít cứ thế nhân ra ta sẽ ra thể tích của thùng theo lít (nước). Thể tích thùng cũng có thể được tính thô sơ bằng cách đo lòng của thùng loa rồi lấy chiều rộng x chiều cao x chiều sâu. b. Các loại loa Được coi là trái tim và cũng là linh hồn của bất kỳ bộ loa nào. Về cơ bản, loa chuyển tín hiệu điện thành sóng âm nhờ chuyển động màng loa. Trên thực tế, có 4 loại loa phổ biến, bao gồm: Hình 2.17. Loa Treble Loa tần số cao: hay còn gọi là loa treble, loa tweeter hay loa HF (High frequency). Nhiệm vụ của loa này là biểu diễn những âm cao, âm sắc của nhạc cụ và những hiệu ứng kiểu như kính vỡ... trong dải tần khoảng 2.000 20.000Hz. Những loa siêu cao hay super tweeter sẽ biểu diễn âm thanh ở khoảng trên 20.000Hz, và thậm chí có thể lên tới 100.000Hz. Loa tweeter thường có kích cỡ khoảng 1 inch với nhiều loại vật liệu làm màng loa như https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 40 đồng, nhôm, titan, ma giê, beryllium có trọng lượng nhẹ, damping thấp. Có nhiều loại tweeter phổ biến như cone, dome, piezo, ribbon, từ phẳng, tĩnh điện, Air Motion Transformer, horn, plasma hoặc ion… Hình 2.18. Loa Mid Loa trung, hay còn gọi là loa mid hoặc squawker, phụ trách dải âm thoại và các âm tai người dễ nghe thấy nhất, trong khoảng dải tần 250 2.000Hz. Kích thước của loa cũng thường lớn hơn loa tweeter nhưng hiếm khi quá lớn như loa trầm. Vật liệu làm màng loa chủ yếu là giấy hoặc các loại plastic như polypropylene, Cobex, Bextrene, sợi Kevlar, sợi thủy tinh, sợi carbon, hoặc các kim loại trọng lượng nhẹ như nhôm, ma giê, titan aluminium, magnesium, titanium... Các loa trung thường ở dạng cone, ít khi ở dạng dome hay dạng kèn, và hiếm khi sử dụng dạng tĩnh điện, từ phẳng hay ribbon. Phần lớn TV hay radio thường chỉ sử dụng 1 hoặc 2 loa trung để nghe tốt các giọng nói, nên khả phát âm thanh ở dải tần số thấp và tần số cao rất hạn chế. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 41
https://doan.edu.vn/
Hình 2.19 Loa Bass Loa trầm hay còn gọi là woofer, loa bass. Ban đầu, chữ “woof” xuất phát từ từ tượng thanh của tiếng chó sủa trong tiếng anh (woof woof). Loa trầm thường trình diễn âm thanh ở dải tần 500Hz trở xuống. Các loa trầm được đánh giá cao khi trình diễn rõ ràng các âm thanh ở tần sổ rất thấp, thậm chí có thể xuống dưới 20Hz. Các loa siêu trầm được gọi là subwoofer, xuất hiện dưới dạng loa riêng biệt chứ không chung thân loa với loa trung hay loa cao. Tiếng trống được coi là đối tượng được nhắc tới nhiều nhất khi nói tới loa trầm, còn khi nói về phim thì là tiếng bom rơi, pô xe...Thiết kế loa trầm phổ biến nhất là loa điện động dùng nón giấy cứng hoặc các vật liệu khác có trọng lượng nhẹ và cứng, đi kèm sẵn ampli tối ưu. Khả năng tái hiện độ sâu của loa đôi khi phụ thuộc vào kích cỡ nón loa và lượng không khí mà nó tác động. Ở mức áp lực âmthanh thông thường, hầu hết tai người đều có thể nghe được âm trầm ở mức 20Hz, và nhiều người có xu hướng thích nghe bass hơn treble do xu hướng âm nhạc đương đại.
Tuy nhiên, có thể thấy rằng loại loa phổ biến nhất trong thế giới Hi Fi vẫn là 2 đường tiếng (1 loa toàn dải phụ trách dải trung/trầm + 1 tweeter phụ trách dải cao) và 3 đường tiếng (một loa mỗi loại trầm trung cao).
Hình 2.20. Loa toàn dải Loa toàn dải hay còn gọi là loa full range có khả năng trình diễn cả dải âm mà không cần các loa cao-trung-trầm riêng biệt. Dải tần đáp ứng lý tưởng của loa toàn dải khá rộng, thường ở khoảng 20 20.000Hz theo lý thuyết. Tuy nhiên, các loa toàn dải chủ yếu phụ trách phần âm cao và âm trung, ở khoảng 100 20.000Hz. Loa toàn dải rất phổ biến, có thể tìm thấytrong TV, máy tính hay smartphone... thường là các thiết bị có thiết kế không gian dành cho loa nhỏ gọn để tối ưu thiết kế thẩm mỹ hoặc tính di động. Tuy nhiên, nhiều audiophile cũng thích chơi loa toàn dải vì sự liền mạch và đồng nhất của toàn bộ âm thanh. Loa toàn dải thường có dạng nón hoặc thiết kế nắp che bụi (dust cap) dạng dome để tối ưu hiệu suất dải âm cao. Các nhà sản xuất cũng có xu hướng tạo ra các loa toàn dải có độ nhạy cao (để tối ưu âm trầm) và sử dụng cuộn cảm nhẹ (để tối ưu âm cao), và cũng có nam châm lớn hơn khá nhiều so với thông thường, rồi được đặt trong thùng loa đặt biệt với buồng âm không quá lớn. Cần chú ý rằng loa đồng trục không được coi là loa toàn dải, nhưng loa tĩnh được thì có thể coi là loại loa toàn dải đặc biệt.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 42
Việc kết hợp giữa các loại loa không có bất cứ công thức nào đảm bảo tính ưu việt, do mỗi thiết kế đều có điểm mạnh và yếu riêng, phụ thuộc rất nhiều vào chi phí sản xuất, giá bán của sản phẩm và đặc biệt là định hướng và triết lý của hãng sản xuất.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 43 2.2.5 Âm thanh Hi-end Bộ dàn hi end tuy cũng dùng để thưởng thức âm nhạc trong gia đình nhưng nó hoàn toàn khác với các thiết bị âm thanh thông dụng. Các sản phẩm âm thanh Hi end phối hợp với nhau và hình thành lên 1 hệ thống các thiết bị tại tạo âm thanh rất độc đáo. Chúng không giống những hệ thống stereo vẫn được bày bán rộng rãi trong các cửa hàng hay các siêu thị điện tử. Đặc trưng của âm thanh hi end thể hiện rất rõ qua thiết bị âm thanh Hi End. Chúng được thiết kế bằng tài nghệ và nhạc cảm của những kỹ sư, những nghệ nhân đam mê âm nhạc. Ở họ, có sự kết hợp giữa những kỹ năng thuần thục để chế tạo ra các thiết bị âm thanh cùng đôi tai cảm nhận tinh tế những âm thanh do các sản phẩm của mình tạo ra, để từng bước đưa người nghe đến gần với âm nhạcthực sự.Trongsuynghĩ của nhiều người, thiết bịâmthanhHi Endluôn lànhững thiết bị phức tạp với nhiều tính năng cao siêu và giá rất cao Thứ nhất, thuật ngữ “Hi-End” đề cập đến khả năng trình tấu của một sản phẩm, không liên quan đến giá cả của nó. Nhiều hệ thống thực sự là Hi End nhưng giá tiền lại thấp hơn giá của hệ thống “tất cả trong một” bán trong các cửa hàng. Đó là những bộ dàn nằm trong khả năng tài chính của nhiều người tiêu dùng bình dân. Tuy nhiều thiết bị Hi End không rẻ tiền, nhưng điều đó không có nghĩa là phải đi vay tiền để mua trả góp một bộ dàn chất lượng. Thứ hai, âm thanh Hi End thuộc về vấn đề cảm thụ âm nhạc. Trên thực tế, chính các hệ thống Hi End thực thụ lại dễ sử dụng hơn các hệ thống âm thanh sản xuất hàng loạt đang được bán trên thị trường với chất lượng âm thanh trung bình. Do đó, cấc thiết bị Hi End thường rất giản dị, hoàn toàn không có những tính năng, chi tiết phức tạp, khó vận hành. Âm thanh Hi End chỉ tập trung vào chất lượng âm nhạc không tập trung vào xử lý hiệu ứng âm thanh giả tạo. Âm thanh Hi End là âm thanh dành cho người nghe nhạc yêu cầu cao về chất lượng và độ chân thật nhất của bài nhạc. Thứ ba, bất kì ai thích nghe nhạc cũng cảm nhận được cái chân thực và sự mọc mạc của hệ thống âm thanh Hi End. Đa phần người nghe nhạc không đòi hỏi các âm thanh cao phải tý tách hay âm bass phải mạnh và sâu. Cái họ cần ở một hệ thống Hi End là sự chân thực và đó là cái khó nhất để sở hữu một bộ dàn gọi là Hi End. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 44 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.3.1 Raspberry Pi 3 Model B V1.2 Raspberry Pi là từ để chỉ các máy tính chỉ có một board mạch (hay còn gọi là máy tính nhúng) kích thước chỉ bẳng một thẻ tín dụng, được phát triển tại Anh bởi RaspberryPi Foundation với mục đích ban đầu là thúc đẩyviệc giảng dạyvề khoa học máy tính cơ bản trong các trường học và các nước đang phát triển. Board mạch Raspberry Pi3 Model B này gồm vi xử lý Broadcom BCM2837, ARMv8 (64bit) quad core kết hợp với nhiều linh kiện khác để có thể dễ dàng lập trình và xây dựng các dự án. Cùng với đó là sự hỗ trơ từ nhiều mã nguồn mở và những ưu điểm mà Raspberry mang lại nên Raspberry Pi3 Model B là board mạch mà nhóm cần sử dụng trong đề tài. Hình 2.21. Mặt trước của board Raspberry Pi3 Model B Raspberry Pi3 Model B là môt dòng cơ bản thích hợp cho những người mới bắt đầu học lập trình. Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của Raspberry Pi3 Model B Vi xử lý Broadcom BCM2837, ARMv8 (64bit) quad-core CPU Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0,OpenVG 1080p60 , 400 MHz https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 45 Tốc đô xử lý 1.2 Ghz Power Ratings 800mA @ 5V Nguồn vào 2500mA @ 5V RAM (chia xẻ với CPU) 1GB LPDDR2 (900Mhz) GPIO 40 Dòng sử dụng I/O Pin 16mA Áp sử dụng I/O Pin 3.3V Dòng cho Module camera 250mA Kết nối 4xUSB CSI,Bluetoothwifi10/100mb2.0Ethernet802.11n4.1DSI Video & audio 1080p HDMI, stero audio 3.5mm jack Kích thước 85x56mm Bảng cho ta cái nhìn tổng quát về Raspberry Pi3 Model B với những thông số chính về điện áp hoạt động, điện áp đầu vào, số lượng chân vào ra, các dòng DC trên các I/O, bộ nhớ, tốc độ xử lý của board. https://doan.edu.vn/
https://doan.edu.vn/
Chân GPIO: hỗ trợ 40 chân vào ra.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 46
Cổng CSI camera: cho phép module camera cắm vào trực tiếp.
Nguồn vào Micro USB: công cấp nguồn vào cho Raspberry.
Hình 2.22. Sơ đồ thành phần chính của Raspberry Pi3 Model B Chức năng các linh kiện của board mạch: Cổng USB: 4 cổng USB này cho phép gắn 4 thiết bị USB khác nhau như chuột, bàn phím…. -
Cổng Ethernet: Cổng Ethernet để nhanh chóng thiết lập và truy cập internet. Audio/Video: kết hợp giắc cắm âm thanh 3.5mm và video tổng hơp.
Cổng DSI: cho phép màn hình cắm vào trực tiếp. Khe cắm thẻ MicroSD: cắm thẻ chứa hê điều hành sẽ khởi động khi ta cấp nguồn cho Rasperry. - Bluetooth: hỗ trợ Bluetooth 4.1. Bluetooth năng lượng thấp (BLE).
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 47 Sơ đồ cụm chân GPIO của Raspberry Pi3: Hình 2.23. Sơ đồ chân GPIO Raspberry Pi3 2.3.2 Module DAC Pifi V2.0 Mạch Raspberry Pi HIFI DAC Audio Sound Card PCM5122 được sử dụng với các mạch Raspberry Pi chuẩn GPIO 40 chân như Raspberry Pi 2, Raspberry Pi 3,... có chức năng chuyển đổi tín hiệu âm thanh Digital chất lượng cao tối đa 32 bits sang Analog tần số tối đa lên đến 384kHz (DAC = Digital to Analog Converter). Mạch Raspberry Pi HIFI DAC Audio Sound Card PCM5122 được kết nối với board mạch chính Raspberry Pi qua chuẩn I2S (Inter IC Sound) nên chỉ cần 2 chân tín hiệu trên Raspberry Pi để giao tiếp, mạch sử dụng IC DAC PCM5122 chính hãng từ TI. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 48 Hình 2.24. Module DAC Pifi Thông số kỹ thuật: IC chính: PCM5122 Kết nối với Raspberry Pi qua cổng GPIO 40 chân và truyền dữ liệu thông qua chuẩn I2S. Chuyển đổi tín hiệu âm thanh từ Digital sang Analog chuẩn Audiophile chất lượng cao. Sampling Frequency:384KHz Resolution (Bits) :16 32 Digital Audio Interface :I2S SNR :120dB THD: 93dB Dynamic range :112dB Jack âm thanh đầu ra: chuẩn RCA hoặc Jack 3.5mm. Driver trên Raspberry Pi giao tiếp I2S: Hifiberry + Tương thích Raspberry Pi chuẩn GPIO 40 chân: Raspberry Pi B+, Raspberry Pi 2, Raspberry Pi 3,.... Kích thước: 65 x 55mm 2.3.3 LCD 16x2 LCD 1602 một sản phẩm quen thuộc với những người mới học và muốn thực hiện các dự án về điện tử, lập trình. Với khả hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự, đồng thời có rất nhiều ví dụ mẫu được cộng đồng Arduino xâydựng sẵn sẽ giúp người https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 49 mới sử dụng làm quen nhanh hơn cũng như tiết kiệm được thời gian trong việc phát triển ứng dụng của mình. Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 5V. Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm. Chữ trắng, nền xanh. Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard. Đèn led nền có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng thích hợp. Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu. Hình 2.25 LCD 16x2 VSS: cực âm nguồn cho LCD GND: 0V. VDD: cực dương nguồn LCD 5V. Constrast Voltage (Vo): điều khiển độ sáng màn hình. Register Select (RS): lựa chọn thanh ghi. o RS = 0 chọn thanh ghi lệnh. o RS = 1 chọn thanh ghi dữ liệu. Read/Write (R/W) https://doan.edu.vn/
https://doan.edu.vn/
Thông thường, để điều khiển và hiển thị được kí tự từ vi điều khiển xuất ra màn hình 16x02 thì cần phải kết nối với vi điều khiển bằng Bus 8 bit hoặc 4 bit. Những điều này được mạch điều khiển màn hình khắc phục hoàn toàn vì số lượng dây tín hiệu giảm còn duy nhất 2 dây. Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển trực tiếp màn hình được chuyển sang cho IC xử lý nằm trên mạch. Chỉ việc gửi các mã lệnh cùng nội dung hiển thị, do vậy giúp vi điều khiển có nhiều thời gian để xử lý các tiến trình phức tạp khác.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 50 o R/W = 0 ghi dữ liệu. o R/W = 1 đọc dữ liệu. Enable: Cho phép ghi vào LCD. D0 D7: 8 chân trao đổi dữ liệu với các vi điều khiển, với 2 chế độ sử dụng. o Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7. o Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7. Backlight (Backlight Anode (+) và Backlight Cathode ( )): Tắt bật đèn màn hình LCD. 2.3.4 Module I2C Hình 2.26. Module I2C
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 51 I2C, viết tắt của từ tiếng Anh “Inter Integrated Circuit”, là một loại bus nối tiếp được phát triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện tử Philips. Ban đầu, loại bus này chỉ được dùng trong các linh kiện điện tử của Philips. Sau đó, do tính ưu việt và đơn giản của nó, I2C đã được chuẩn hóa và được dùng rộng rãi trong các module truyền thông nối tiếp của vi mạch tích hợp ngày nay. Hình 2.27. Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh (Fast mode) Hình 2.28. Hoạt động của SDA, SCL khi truyền nhận dữ liệu Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL).
SDA là đường truyền dữ liệu 2 chiều, còn SCL là đường truyền xung clock để đồng bộ và chỉ theo một chiều. Như ta thấy trên hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường bus I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SC Mỗi dây SDA hãy SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua một điện trở kéo lên (pullup resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (opendrain). Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1KΩ đến 4.7KΩ.
https://doan.edu.vn/
Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết kiệm chân trên vi điều khiển. Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps.
https://doan.edu.vn/
Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính toàn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi (ACK) trên mỗi byte dữ liệu. Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module. Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module (3bit address set). Biến trở màu xanh trên module giúp điều chỉnh độ tương phản của LCD 2.3.5 Arduino Uno Arduino Uno là module mạch vi xử lý dùng để lập trình các ứng dụng điều khiển. Arduino Uno sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 dùng để xử lí những tác vụ như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ độ ẩm và hiển thị lên màn
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 52 Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ. Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung clock cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung clock và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp. Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp. Thông số kỹ thuật Kích thước: 41.5mm (L) x 19mm (W) x 15.3mm (H). - Trọng lượng: 5g. Điện áp hoạt động: 2.5 6V. Giao tiếp I2C. - Jump Chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt. Biến trở xoay độ tương phản cho LCD.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 53 hình LCD, và rất nhiều các tác vụ khác qua ngôn ngữ C/C++ cũng với cộng đồng hỗ trợ lớn mạnh trên toàn thế giới. Hình 2.29. Module Arduino Uno Các thông số kĩ thuật của Arduino Uno: Bảng 2.3. Thông số kĩ thuật của Arduino Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6 20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 54 SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Arduino Uno và tất cả các họ Arduino đều được lập trình bằng ngôn ngữ C/C++ thông qua phần mềm biên dịch riêng là Arduino IDE. Mọi lệnh cơ bản cần biên dịch và thông qua phần mềm này để upload chương trình cho Arduino. Hình 2.30 Phần mềm biên dịch Arduino IDE 2.3.6 IC xử lý âm thanh PT2315 PT2315là1ICxửlýâmthanhkỹthuậtsốhaikênhsửdụngCôngnghệCMOS. Điều khiển Volume, Bass, Treble và Balance được tích hợp vào một chip xử lý duy nhất. Chức năng Loudness cũng được cung cấp để xây dựng bộ xử lý âm thanh hiệu quả, hiệu suất và độ ổn định cao, Chip xử lý tín hiệu số tích hợp sẽ làm giảm các tác nhân gây nhiễu từ bên ngoài. Tất cả các chức năng của chip được lập trình bằng cách sử dụng I2C Bus và được điều khiển bởi MCU. Việc sử dụng chip sẽ tối ưu hóa việc bố trí PCB và tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng âm thanh khi thay thế được các mạch tiền khuếch đại truyền thống và cồng kềnh về phần cứng bên ngoài. Chip thuộc chuẩn DIP / SO 20 chân, ngoài ra, PT2315 có thể tương thích pin to pin với chip TDA7315 và có hiệu suất ngang với chip TDA7315. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 55 Hình 2.31. Chip PT2315 Các tính năng, đặc điểm Công nghệ CMOS Sơ đồ nguyên lý ít linh kiện, đơn giản Kiểm soát Volume, Bass và Treble hoàn hảo Có ngõ vào / ngõ ra cho Hệ thống âm thanh / Bộ cân bằng nhiễu bên ngoài Điều khiển Balance 2 loa độc lập Chức năng Mute độc lập Điều khiển bước âm lượng 1,25 dB / bước Độ méo thấp Độ nhiễu thấp Điều khiển thông qua MCU bằng bus I2C Pin to pin Tương thích với TDA7315 https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 56 Sơ đồ chân của IC: Hình 2.32. Sơ đồ chân IC PT2315 Chức năng của mỗi chân: Bảng 2.4. Bảng chức năng mỗi chân trong PT2315 Tên chân Chân số I/O Chức năng REF 1 Điện áp tham chiếu tương tự (1 / 2VDD) VDD 2 Điện áp đầu vào cung cấp AGND 3 Analog ground TREB_L 4 I Ngõ vào điều khiển treble kênh trái TREB R 5 I Ngõ vào điều khiển treble kênh phải RIN 6 I Ngõ vào điều khiển âm lượng kênh phải LOUD_R 7 I Ngõ vào điều khiển loudness kênh phải NC 8 No connect LOUD_L 9 I Ngõ vào điều khiển loudness kênh trái NC 10 No connect LIN 11 I Ngõ vào tín hiệu kênh trái https://doan.edu.vn/
Hình 2.33. Cảm biến chạm TTP223 Module hoạt động dựa trên sự thay đổi điện tích khi có hoạt động chạm vào module, các điện tích do người tác động sẽ làm thay đổi giá trị điện dung trên tụ nối với chân input của module. Từ đó chân out của module sẽ kích lên mức 1. Thông số kĩ thuật: Điện áp đầu vào: 3V 5V DC
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 57 BIN_L 12 I Ngõ vào điều khiển Bass kênh trái BOUT_L 13 O Ngõ ra điều khiển Bass kênh trái BIN_R 14 I Ngõ vào điều khiển Bass kênh phải BOUT_R 15 O Ngõ ra điều khiển Bass kênh phải OUT_R 16 O Ngõ ra tín hiệu phải OUT_L 17 O Ngõ ra tín hiệu trái DGND 18 Digital ground SDA 19 I I2C data input SCL 20 I I2C clock input 2.3.7 Module cảm biến chạm TTP223 Cảm biến chạm điện dung hay còn gọi là nút nhấn cảm ứng có tác dụng thay thế nút nhấn cơ và được dùng rất nhiều hiện nay trong các công tắc thông minh. Module có thể cảm ứng dưới phi kim như nhựa mica hoặc acrylic. Mang lại tính thẩm mỹ cao trong tất cả các thiết bị và độ bền được đảm bảo.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 58 Dòng điện tiêu thụ: 0.025 mA 2.3.8 IC khuếch đại âm tần KIA6210 KIA6210 là một IC khuếch đại công suất được sử dụng trong các đầu CD ôtô vì tính tiện lợi khi nó sử dụng nguồn đơn một chiều nhưng cho ra âm thanh rất sống động và trung thực. Hình 2.34. IC khuếch đại KIA6210 IC thuộc họ BTL có 2 kênh riêng biệt và công suất mỗi kênh khoảng 22W. Chipamp này có các đặc tính như nhỏ gọn (17 chân), phải sử dụng tản nhiệt để chip hoạt động tốt hơn. Đặc tính của IC: Nhiệt độ hoạt động thấp : 1.5 độ C / Watt (công suất càng lớn, nhiệt độ càng tăngCôngnhanh).suấtđạt 22W/kênh ở 14.4VDC, f=1khz, THD=10%, R=4ohm Công suất đạt 19W/kênh ở 13.2 VDC, f=1khz, THD=10%, R=4ohm Độ méo thấp: THD=0.04% (ở 13.2 VDC, f=1khz, THD=10%, R=4ohm, Gv=50db) Độ nhiễu thấp : Vno = 0.30mVm (ở 13.2 VDC, R=4ohm, Gv=50db, Rg=ohm, BW=20hz 20000hz) Có tích hợp bảo vệ quá nhiệt, quá áp, ngắn mạch, ngắn mạch chân out(+) và out( ), ngắn mạch out(+) và GND của mạch. Điện áp cung cấp khoảng từ 9 18VDC https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 59 Các giá trị cực đại ở 25 độ C: Bảng 2.5 Giá trị điện áp của IC KIA6210 Đặc tính Kí hiệu Địnhmức Đơn vị Điện áp nguồn cực đại chịu được trong 0,2s Vcc surge 50 V Điện áp nguồn cung cấp Vcc DC 25 V Điện áp hoạt động Vcc opr 18 V Đòng điện đỉnh ngõ ra Io (Peak) 9 A Công suất tiêu tán PD 50 W Nhiệt độ hoạt động Topr 30~85 ℃ Sơ đồ cấu tạo của IC: Hình 2.35. Sơ đồ cấu tạo và kết nối của IC KIA6210 https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 61 2.3.9. Loa toàn dải 12cm Hình 2.36. Loa toàn dải và loa treble Bộ loa TV này khác với các chiếc loa TV khác vì cho một chất âm sáng, trong và chân thật, được rất nhiều người tìm kiếm. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp với mạch khuếch đại KIA6210 và nhận thấy loa cho ra chất âm khá trong và rất phù hợp với hệ thống. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 62 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1 GIỚI THIỆU Để đảm bảo việc thi công mạch theo như ý tưởng, chuẩn xác và không xảy ra sự cố bắt buộc ta phải tính toán và thiết kế. Với đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống Audio Hi end kĩ thuật số” mục tiêu chính là thi công được hệ thống đồng bộ hoá khi chơi nhạc số với điện thoại thông qua mạng nội bộ và có thể điều chỉnh âm sắc kĩ thuật số thông qua các nút nhấn cảm ứng. Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống. Tính toán, thiết kế từng khối của hệ thống như: khối nguồn, khối nguồn phát giải mã nhạc số, khối tiền khuếch đại , khối nút nhấn cảm ứng, khối hiển thị, khối khuếch đại công suất, phần vỏ cắt CNC, thiết kế thùng loa ma trận cho loa Nỉ Sony lòng vàng. Thực hiện kết nối và nghe thử sau đó cân chỉnh hệ thống hoàn thiện về mặt chất lượng âmSắpthanh.xếpcác module vào khung Mica đã cắt CNC. Và hoàn thiện sản phẩm. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 63 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống KHỐI TIỀN KHUẾCH ĐẠI DÙNG ĐỂ XỬ LÝ ÂM SẮC CỦAÂM THANH PT2315 KHỐI ĐỌC VÀ GIẢI MÃ NHẠC SỐ THÔNG QUA RASPI 3 VÀPIFI TRÊN VOLUMIO NGUỒN LƯU TRỮ NHẠC SỐ TỪ Ổ CỨNG, YOUTUBE, SPOTIFY KHỐI KHUẾCH ĐẠI KIA6210 KHỐI LOA TOÀN DẢI 12CM KHỐI NGUỒN 5V3A CHỐNG NHIỄUDÀNH RIÊNG CHORASPI3 KHỐI NGUỒN 12V5A BIẾN ÁP XUYẾN KHỐI NGUỒN ADAPTER5V2A SƠĐỒKHỐITOÀNHỆTHỐNGAUDIOKỸTHUẬTSỐ Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống Thông qua sơ đồ khối này, nhóm sẽ thiết kế từng khối rồi sau đó sẽ kết hợp các khối lại để đạt được mục đích cuối cùng là hoàn thành hệ thống Hi end Audio. Chức năng của từng khối: https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 64 Khối nguồn: cung cấp điện năng bao gồm 5VDC cho các khối nguồn phát và giải mã nhạc số, khối tiền khuếch đại, khối nút nhấn cảm ứng, khối hiển thị, và 9VDC cho khối khuếch đại công suất. Khối nguồn phát và giải mã nhạc số: dùng để đọc các tín hiệu nhạc số từ nguồn lưu trữ bên ngoài (ổ cứng HDD, ổ NAS) hoặc streme nhạc từ Youtbe, Spotify hoặc thông qua Airplay và gửi tín hiệu nhạc số qua module DAC được kết nối ngay trên Raspberry Pi3 để giải mã nhạc số. Khối tiền khuếch đại: đầu vào module nhận nhạc số từ module DAC Sau đó, IC sẽ xử lý tín hiệu đó theo sự điều khiển của MCU thông qua người dùng lựa chọn các chức năng như tăng Treble, giảm Bass hoặc bật tắt Loudness và xuất tín hiệu qua ngõ output của module. - Khối nút nhấn cảm ứng: dùng để cho người dùng thao tác các tác vụ như chọn MODE, UP hoặc DOWN để điều chỉnh âm sắc của bài nhạc cho phù hợp với sở thích nghe nhạc của từng người. -Khốihiểnthị: dùngđểhiểnthịcác giátrị mà ngườidùnglựachọnnhưVolume, Bass, Treble, Loudness mà người dùng đã chọn. Khối khuếch đại công suất: nhận các tín hiệu đã xử lý từ khối tiền khuếch đại và khuếch đại ra loa. Hoạt động của hệ thống: Sau khi cấp nguồn, tất cả các khối trong hệ thống hoạt động. Module nguồn phát và giải mã cần thời gian khoảng 2 phút để khời tạo hệ điều hành Volumio. Sau 2 phút sẽ có tiếng kêu khởi động cho phép hệ thống bắt đầu sử dụng được. Người dùng có thể sử dụng Smartphone, máy tính bàn hoặc laptop chung mạng nội bộ để truy cập vào app Volumio hoặc truy cập vào IP của thiết bị để kết nối điều khiển. Sauk hi chọn bài hát muốn nghe, tín hiệu số sẽ được máy tính Raspberry Pi3 truy xuất từ nguồn nhạc số lưu trữ và gửi tín hiệu qua DAC theo chuẩn I2S. DAC sẽ xử lý bài nhạc số và gửi tín hiệu đã chuyển đổi qua module Audio processor. Ở đây, tuỳvào sở thích nghe nhạc https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 65 của từng người mà âm thanh có thể thay đổi theo sự điều khiển của người dùng thông qua module nút nhấn cảm ứng gồm 3 nút MODE, Up, DOWN. Đồng thời LCD 16x2 sẽ hiển thị thông tin mà người dùng đã chọn. Tín hiệu tiếp tục được truyền qua ngõ LIN, RIN của module khuếch đại công suất và xuất ra 4 chân OUT cho loa để phát tín hiệu. 3.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống Việc tính toán thiết kế là công việc không thể thiếu khi thực hiện bất cứ đề tài nào. Chính công việc này sẽ quyết định phần lớn đến kết quả của đề tài. Mọi thiết bị, linh kiện cần được tính toán lựa chọn kỹ lưỡng mới đem đến kết quả tốt cho đề tài. Hình 3.2. Sơ đồ kết nối hệ thống https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 66 Giải thích sơ đồ kết nối: Hệ thống sử dụng Raspberry Pi3 làm Music server có tích hợp với DAC Pifi gắn ở phía trên làm nhiệm vụ giải mã tín hiệu nhạc số từ ổ cứng thông qua cáp USB và xuất tín hiệu qua jack bus 3 phía trên module DAC và sau jack 3.5mm. Tín hiệu từ jack này sẽ kết nối với module PT2315 qua 3 chân INPUT. Ở đây, các chân SCK, SDA của IC được nối với chân A4 và A5 của Arduino để nhận tín hiệu điều khiển thông qua chuẩn truyền I2C. Các tác vụ trên module PT2315 sẽ điều chỉnh âm sắc, âm lượng, bật tắt chế độ Loudness và xuất tín hiệu âm thanh đó đến PCB KIA6210 làm nhiệm vụ khuếch đại công suất. Ngõ ra của module KIA6210 sẽ xuất tín hiệu ra loa để phát âm Theothanh.sơđồ kết nối, nhóm sẽ thiết kế hệ thống gồm có các phần: Khối nguồn: 1 module nguồn 5V 2.5A của Raspberry và 1 module guồn 5V-2A từ adapter có sẵn và một PCB nguồn 12VDC tuyến tính dùng biến áp xuyến 220 10VAC 6A Khối nguồn phát và giải mã: 1 board Raspberry Pi3 Model B + 1 module Pifi DAC. Khối Audio Processor:là 1 PCB tích hợp 1 module Arduino Uno và 1 Module PT2315. Khối nút nhấn cảm ứng: 1 PCB tích hợp 3 module cảm biến chạm TTP223. Khối LCD: 1 module LCD và 1 module I2C kết nối với nhau. Khối khuếch đại công suất: 1 PCB KIA6210 đã hoàn thiện linh kiện. Khối loa: 1 cặp loa toàn dải 12cm được thiết kế đóng thùng ma trận. Gia công vỏ CNC ốp gỗ. a. Khối nguồn phát và giải mã Khối nguồn phát và giải mã được cài đặt hệ điều hành Volumio và cấu hình để : Nhận nguồn nhạc từ bên ngoài (ổ cứng di động, ổ NAS, Airplay, streme nhạc từ youtube, spotify,v.v). https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 67 Tiếp nhận các thao tác điều khiển của người dùng thông qua app hoặc web server để phát nhạc. Giao tiếp với module Pifi DAC bằng chuẩn truyền I2S để giải mã nhạc số và xuất tín hiệu âm thanh đã được giải mã qua ngõ OUT đến thiết bị nhận tín hiệu Để có thể giải mã được nguồn nhạc số chất lượng cao, người ta có thể sử dụng các sản phẩm DAC cao cấp của hãng và hiện tại có đầy đủ các chức năng như Music server của nhóm nghiên cứu. Nhưng trên thực tế, việc sử dụng các linh kiện rời như Raspberry Pi3 , DAC Pifi , và hệ điều hành Volumio sẽ có thể dễ dàng thay đổi và nâng cấp phần cứng cộng với hệ điều hành mở Volumio sẽ giúp tùy biến sản phẩm dễ dàng hơn. Và ưu điểm có thể kể đến là giá thành rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị của hãng nhưng chất lượng có thể đạt được cao hơn rất nhiều. Ta kết nối module DAC Pifi với Raspberry Pi3 bằng ở chân GPIO 25, GPIO 26. Tín hiệu số sẽ truyền dữ liệu mẫu trực tiếp từ file nhạc số qua module ngoại vi là Pifi DAC. Việc giải mã và xuất âm sẽ trực tiếp trên module DAC Pifi do sự định tuyến lại từ việc truyền qua lại dữ liệu số với tốc độ lấy mẫu có thể lên tới 384Khz. Hình 3.3. Vị trí chân kết nối giữa Raspberry Pi3 và DAC Pifi https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 68 Hình 3.4. Sau khi đã kết nối DAC Pifi với Raspberry Pi3 Sau khi đã kết nối với nhau, module sẽ cần cài đặt hệ điều hành Volumio để trở thành Music server làm nguồn phát cho toàn bộ hệ thống Audio Hi end. Tín hiệu sẽ được truyền trực tiếp qua cổng OUT AUX của module. b. Khối tiền khuếch đại Hình 3.5. Sơ đồ khối module tiền khuếch đại Tiền khuếch đại Xử lý trungtâmNút nhấn Xử lý âm thanh Hiển thị OutputAudioAudio Input https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 69 Sơ đồ khối của khối tiền khuếch đại sẽ làm rõ hơn về các chức năng cũng như cấu tạo bên trong của khối. Chức năng của từng khối trong khối tiền khuếch đại: Khối nút nhấn: có 3 module nút cảm biến chạm. Trong đó: 1 nút dùng để thay đổi qua lại giữa các chế độ điều chỉnh volume, treble, bass, loudness function. 2 nút để thay đổi thông số của những chế độ ở ý trên. Khối xử lý trung tâm: xử lý tín hiệu đầu vào từ khối nút nhấn. Sau đó truyền tín hiệu đã xử lý tới khối xử lý âm thanh và khối hiển thị. Khối xử lý âm thanh: thay đổi tín hiệu âm thanh đầu vào theo yêu cầu của khối xử lý trung tâm. Khối hiển thị: hiển thị ra màn hình lcd 16x02. Hoạt động của khối tiền khuếch đại: Sau khi cấp nguồn, khối xử lý trung tâm truyền tín hiệu ban đầu cho khối xử lý âm thanh và khối hiển thị. Sau đó, khối xử lý trung tâm sẽ đọc tín hiệu từ khối nút nhấn liên tục. Nếu có sự thay đổi trong quá trình đọc tín hiệu từ khối nút nhấn thì khối xử lý trung tâm sẽ xử lý tín hiệu được nhận từ khối nút nhấn và truyền tín hiệu đã xử lý cho khối xử lý âm thanh và khối hiển thị. https://doan.edu.vn/
Theo sơ đồ kết nối, nhóm sẽ thiết kế bộ tiền khuếch đại có các phần: Khối xử lý trung tâm: 1 board Arduino Uno R3. Khối nút nhấn: 3 module nút nhấn cảm ứng điện dung 1 kênh TTP223. Khối xử lý âm thanh: 1 board PT2315 tự nhóm thiết kế, với chip PT2315 cùng các linh kiện đi kèm. Khối hiển thị: 1 module LCD 16x2 kèm module I2C điều khiển. Khối nguồn: 1 module nguồn 5VDC 2A. Khối xử lý trung tâm: Gồm 1 vi điều khiển atmega328p được lập trình: Thu nhận tín hiệu từ 3 module nút nhấn cảm ứng điện dung 1 kênh TTP223. Điều khiển các chế độ xử lý âm thanh để truyền tới module PT2315. Giao tiếp với màn hình xuất dữ liệu ra LCD.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 70 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối bộ tiền khuếch đại Giải thích sơ đồ kết nối của bộ tiền khuếch đại: Bộ tiền khuếch đại dùng board mạch Arduino Uno R3 để điều khiển. Arduino Uno R3 nhận giá trị đầu vào 3 module nút nhấn cảm ứng điện dung 1 kênh TTP223 để xử lý. Sau khi xử lý xong cho ra kết quả sẽ truyền giá trị ra cho khối xử lý âm thanh là module PT2315 và màn hình LCD được kết nối thông qua module I2C. Vì trong phần lập trình cho mạch Arduino Uno R3 có sử dụng thư viện Wire.h, mà thư viện Wire.h quy định chân A4 và A5 (A4, A5 của board Arduino Uno R3) là chân SDA và SCL cho việc sử dụng chuẩn I2C. Nên, chân CLK và chân DATA của module PT2315 sẽ được nối với chân A5 và A4 của Arduino Uno R3. Chân SDA và chân SCL của module I2C sẽ nối với chân A5 và A4 của Arduino Uno R3. Adapter 5VDC 2Acungcấpnguồnchocác modulesau:ArduinoUnoR3thông qua chân Vin và GND trên board, module I2C qua chân Vcc và GND trên module I2C, module PT2315 thông qua chân VDD và AGND, 3 module nút nhấn cảm ứng điện dung 1 kênh TTP223 thông qua 2 chân Vcc và GND.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 71 Để thực hiện các công việc điều khiển người ta có thể sử dụng các vi điều khiển 89S52, 89S51, Atmega328p, 16F887A,… Tuy nhiên từ những thuận lợi mà Arduino Uno R3 mang lại, như trình soạn thảo có giao diện đơn giản, cộng đồng người sử dụng lớn trên toàn thế giới, giá cả phù hợp. Nên nhóm chọn Arduino Uno R3 với vi điều khiển là Atmega328p để lập trình điều khiển. Hình 3.7. Hình mặt trước của Arduino Uno R3 Hình 3.8. Hình mặt sau của Arduino Uno R3 Arduino Uno R3 với thư viện hỗ trợ giao tiếp I2C là Wire.h thông qua 2 chân A4 là chân SDA và A5 là chân SCL. Điều này giúp cho việc kết nối trở nên đơn giản, hệ thống gọn gàng. Trong bộ tiền khuếch đại mà nhóm thực hiện thì 2 chân A4, A5 của Arduino Uno R3 sẽ truyền dữ liệu cho module PT2315 (khối xử lý âm thanh) và module LCD tích hợp bộ giao tiếp I2C. Điện trở kéo lên 4.7KΩ dành cho tốc độ xung https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 72 clock nhỏ hơn 100kbps, lớn hơn 100kbps và nhỏ hơn 400kbps là điện trở 2.2KΩ, từ 400kbps là điện tở 1 KΩ. Hình 3.9. Hình chỉ ra 2 chân giao tiếp I2C theo thư viện Wire.h Khối nút nhấn: Cảm ứng 1 chạm điện dung TTP223 có kích thước nhỏ gọn và giá thành rẻ, thường được sử dụng trong các ứng dụng cảm ứng điện dung: bàn phím, công tắc cảm ứng, báo động,... Để kết nối cảm ứng 1 chạm điện dung TTP223 với Arduino Uno R3 ta tiến hành cấp nguồn vào chân Vcc và GND của module. Sau đó, lấy chân Out kết nối với Arduino Uno R3. Hình 3.10. Hình mặt trước (trái) và mặt sau (phải) của cảm biến chạm điện dung TP223. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 73 Trường hợp A = B = 0 (không kết nối A và B lên VDD) thì khi chạm vào cảm biến, ngõ ra của cảm biến xuất mức 1. Khi thả thay ra thì ngõ ra xuất mức 0. Các trường hợp khác được mô tả trong bảng dưới đây: Bảng 3.1. Cách chọn trạng thái cho ngõ ra nút nhấn cảm ứng B(TOG) A(AHLB) Mô tả 0 0 Khi chạm vào cảm biến, ngõ ra của cảm biến xuất mức 1. Khi thả thay ra thì ngõ ra xuất mức 0. 0 1 Khi chạm vào cảm biến, ngõ ra của cảm biến xuất mức 0. Khi thả thay ra thì ngõ ra xuất mức 1. 1 0 Khi chạm vào cảm biến, ngõ ra của cảm biến xuất trạng thái bẳng đảo trạng thái trước đó. Khi mới cấp nguồn thì ngõ ra là mức 0. 1 1 Khi chạm vào cảm biến, ngõ ra của cảm biến xuất trạng thái bẳng đảo trạng thái trước đó. Khi mới cấp nguồn thì ngõ ra là mức 1. Hình 3.11. Kết nối của khối nút nhấn với khối xử lý trung tâm. Sau khi kết nối nguồn, 3 đường tín hiệu ngõ ra của 3 cảm biến chạm điện dung
TTP223 sẽ được kết nối với 3 chân D2, D6, D7 của Arduino Uno R3.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 74 Khối xử lý âm thanh: Theo tìm hiểu của các thành viên trong nhóm thì có chip PT2315 và chip TDA7315 đáp ứng được yêu cầu của đề tài mà nhóm chọn. Tuy nhiên, nhóm ưu tiên chọn chip PT2315 vì nguồn hàng có sẵn ở Việt Nam, có thể dễ dàng thay thế khi chip xảy ra hỏng hóc, giá thành thấp. Và sau đó, nhóm tự gia công mạch dành cho chip PT2315. Chip PT2315 có đặc điểm là điều khiển được Treble, Bass, Loudness function, điều khiển với mức 1.25dB/bước. Chip PT2315 được sử dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi, hệ thống audio Hi Fi… Hình 3.12. Mạch PT2315 Chip PT2315 dùng chân CLK và DATA để giao tiếp I2C với Arduino Uno. Hình 3.13. 2 chân giao tiếp I2C của mạch PT2315 với vi điều khiển. Để thực hiện việc giao tiếp theo chuẩn I2C giữa chip PT2315 và Arduino Uno R3 thì chúng ta cần lưu ý tới 2 chân CLK và DATA của PT2315. https://doan.edu.vn/
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 75 Chân CLK: chân này nhận xung clock từ chân A3 của board Arduino Uno. - Chân DATA: chân này nhận dữ liệu được truyền từ board Arduino Uno. Vì điện trở kéo lên 4.7 KΩ dành cho tốc độ xung đồng hồ nhỏ hơn hoặc bằng 100kbps. Nên chân A4 và chân A5 của Arduino Uno R3 sẽ mắc điện trở kéo lên R(pull up) = 4.7 KΩ (tốc độ xung đồng hồ lớn nhất mà PT2315 đáp ứng là 100Bits/s) Những thông tin quan trọng dựa trên datasheet của chip PT2315 cần lưu ý: Tốc độ xung clock cực đại để thực hiện việc truyền dữ liệu của chip PT2315 là 100Bits/s. Địa chỉ của PT2315 là 0x80. Nhưng khi giao tiếp bằng chuẩn I2C với Arduino Uno R3 qua 2 chân A4, A5 bằng sự hỗ trợ của thư viện Wire.h thì ta tiến hành dịch phải 1 bit thì địa chỉ này trở thành 0x40. Để điều khiển VOLUME thì tiến hành truyền dữ liệu từ Arduino Uno R3 sang PT2315 theo bảng 3.2.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 76 Bảng 3.2. Hình mô tả bảng sự thật để điều chỉnh VOLUME. Để điều khiển TREBLE, BASS thì tiến hành truyền dữ liệu từ Arduino Uno R3 sang PT2315 theo bảng 3.3. Bảng 3.3 Hình mô tả bảng sự thật để điều chỉnh TREBLE, BASS. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 77 Để điều khiển LOUDNESS FUNCTION thì tiến hành truyền dữ liệu từ Arduino Uno R3 sang PT2315 theo bảng 3.4. Bảng 3.4 Hình mô tả bảng sự thật để điều chỉnh LOUDNESS. Khối hiển thị: Vì dữ liệu xuất ra đơn giản chỉ là chế độ điều chỉnh và giá trị tương ứng với chế độ đang điều chỉnh nên nhóm chọn LCD 16x2 làm khối hiển thị sử dụng chuẩn truyền I2C. Hình 3.14 Module I2C. https://doan.edu.vn/
Với 8 địa chỉ ta có thể tùy chọn này thì ta có thể điều chỉnh tới 8 Module I2C (chip PCF8574) cùng 1 loại này tương ứng với 8 màn hình lcd 16x2 cùng trên 1 bus I2C nối với chân A4, A5 trên board Arduino Uno R3. Nhưng trong bộ tiền khuếch đại này thì chỉ cần 1 màn hình lcd 16x2 là đã có thể hiển thị hết các chế độ điều chỉnh volume, treble, bass, function cũng như giá trị cài đặt của từng chế độ. Đồng thời, vì nhóm phụ thuộc vào sự hỗ trợ của thư viện LiquidCrystal_I2C.hnênchỉ giao tiếp được 1 module I2Cứngvs 1 moduleLCD 16x2. Cách kết nối ch Địa chỉ trên bus I2C
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 78 Cấu tạo Module I2C có 16 chân kết nối LCD tương ứng với 16 chân trên LCD 16x2 dễ dàng kết nối. Có 2 chân kết nối trực tiếp với các chân A4, A5 của Arduino Uno R3 giúp tiết kiệm được các chân và dễ dàng kết nối. Ngoài địa chỉ mặc định là 0x27 thì Module I2C (chip PCF8574) còn có thể tùy chỉnh lại địa chỉ này bằng cách hàn các tiếp điểm A0, A1, A2 trên module. Bảng 3.5. Bảng giá trị địa chỉ tùy chọn của Module I2C.
(hexa)A2 A1 A0 Vss Vss Vss 0x20h Vss Vss VDD 0x21h Vss VDD Vss 0x22h Vss VDD VDD 0x23h VDD Vss Vss 0x24h VDD Vss VDD 0x25h VDD VDD Vss 0x26h VDD VDD VDD 0x27h https://doan.edu.vn/
ân
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 79 Hình 3.15. Cách kết nối module I2C với lcd và board Arduino Uno R3. Để kết nối với chip điều khiển trên LCD cần chú ý những chân sau: RS: thiết lập dữ liệu truyền là dữ liệu kí tự hay lệnh. Khi gửi lệnh hay cần đọc trạng thái của LCD chân này được kéo mức thấp. Chân này được kéo mức cao khi cần truyền hay đọc dữ liệu kí tự từ LCD. R/W: điều khiển hướng dữ liệu được truyền, khi ở mức thấp dữ liệu sẽ được truyền tới LCD. Ngược lại, khi cần đọc dữ liệu từ LCD chân này sẽ được kéo lên mức cao. E: dữ liệu chỉ được truyền khi có sự chuyển mức từ cao sang thấp trên chân này. D0 D7: là các chân truyền dữ liệu, có 2 kiểu truyền dữ liệu 8bits (D0 D7) và 4bits. Nếu dùng 8bits sẽ mất 8GPIO nên để tiết kiệm người ta thường dùng chế độ 4bits (D4 D7) nhưng phải truyền 2 lần. c. Khối khuếch đại công suất Nhóm nghiên cứu sử dụng chipamp KIA6210 để khuếch đại tín hiệu vì IC dễ sử dụng khi chỉ cần cấp nguồn đơn một chiều 12 18VDC thay vì một số IC khác phải sử dụng nguồn đôi. Nhóm nghiên cứu sử dụng loa có độ nhạy cao nên việc lựa chọn 1 IC công suất vừa phải để phối ghép với loa là hợp lý khi công suất đỉnh của IC khoảng 44W. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 80 Các thông số kỹ thuật Bảng 3.6. Thông số về điện áp của chip KIA6210 Đặc tính Kí hiệu circuitTest Điềukiểmkiệntra Thấp TB Cao Đơnvị Dòng điện tĩnh ICCQ VIN=0 120 250 mA Công suất ngõ ra POUT(1) VCC THD=10%=14.4, 22 W POUT(2) THD=10% 16 19 Độ méo THD POUT=1W 0.04 0.4 % Độ lợi điện áp GV 48 50 52 dB Điện áp nhiễu ngõ ra VNO Rg=0Ω, BW=20HZ~20KHZ 0.30 0.70 mVrms Độ nhiễu gợn sóng R.R fripple=100Hz, Rg=600Ω 40 54 dB Trở kháng ngõ vào RIN 30 kΩ Điện áp lệch ngõ ra Voffset VIN=0 300 0 300 mV Dòng ở chế độ Standby ISB 1 10 µA Phân tần C.T Rg=600Ω, VOUT=0dBm 60 dB Chân điều khiển điện áp (4) VSB Standby >OFF (Power >ON) 2.5 VCC V Chân điều khiển điện áp (1) V(MUTE) Mute > ON (Power > OFF) 1.0 2.0 V Chip khuếch đại có một bộ preamp nội và chạy song song điện áp với poweramp. Preamp trong IC có tác dụng như tăng giá trị điện áp của tín hiệu đầu vào để loại bỏ các nhiễu không mong muốn từ đường truyền. Tuy nhiên, nếu đường truyền https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 81 tín hiệu được xủ lý nhiễu tốt thì bộ preamp này sẽ có tác dụng đẩy tín hiệu mạnh lên để đưa vào poweramp. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên cùng 1 chip KIA6210 bằng 2 cách: Cách 1 : Nối các chung cách chân 9, 10, 17 lại với nhau và chạy chung nguồn như trong Datasheet. Kết quả cho thấy loa bị nhiễu ở tần số cao khi mở max volume. Cách 2 : Nhóm tiến hành tách riêng chân 9 khỏi chan 10 và 17 cho chạy 2 nguồn 12VDC riêng biệt và cách ly nhau và thêm ở mỗi chân nguồn 1 tụ 104 talatum để lọc nhiễu các xung gai do nguồn điện tạo ra. Kết quả cho thấy loa không còn nhiễu ở tần số cao khi mở max volume. Hình 3.16. Cấu trúc bên trong của chip KIA6210 Kết luận: Việc sử dụng một mạch nguồn riêng để cách ly preamp với poweramp là hợp lý trong việc thiết kế mạch khuếch đại. Đầu ra của thiết bị có sử dụng 4 điện trở hồi tiếp. Ta có bảng trạng thái độ khuếch đại của IC. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 82 Hình 3.17. Đồ thị của độ lợi điện áp Theo đồ thị độ khuếch đại âm thanh, giá trị R hồi tiếp càng nhỏ sẽ cho ra độ khuếch đại càng lớn 50dB. Độ khuếch đại của tín hiệu giữ ở mức tốt nhất khi sử dụng trở 2,2Ω như trong sơ đồ nguyên lý của IC như hình 3.17 Đồ thị dạng sóng công suất lý thuyết của IC Hình 3.18. Đồ thị công suất ngõ ra của chip KIA6210 https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 83 Dựa vào bảng đồ thị, nhóm nghiên cứu chọn làm mạch nguồn 13VDC để tín hiệu công suất ngõ ra vừa phải và độ bền của chip cũng được đảm bảo. d. Khối nguồn Khối nguồn hệ thống gồm 3 module riêng biệt: Module adapter 5VDC 3A của hãng Raspberry dùng cung cấp riêng cho Raspberry Pi3 và module DAC pifi. Hình 3.19. Nguồn cho Raspberry Pi3 Module nguồn adapter 5VDC 2A cung cấp cho module Audio processor (Arduino + PT2315 + LCD + 3 module bút nhấn cảm biến). Dòng tiêu thụ trên mỗi thành phần trong Module là: Arduino Uno: dòng tối da 500mA Module I2C LCD: dòng tối đa 450mA Module PT2315 : dòng tối đa 40mA Module cảm biến chạm (3 module TTP223): Dòng tối đa 150mA =>Tổng dòng cần cho module là 1140mA = 1.2A => chọn adapter 5VDC 2A. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 84 Hình 3.20 Adapter 5VDC 2A Module nguồn tuyến tính 13VDC 4A cung cấp cho module khuếch đại công suất KIA6210. Mạch nguồn được tính toán như sau: Công suất nguồn ra của IC khoảng 44w max, điện áp đầu vào khoảng 13VDC, theo Datasheet thì dòng đỉnh ngõ ra ở 25VDC là 9A=> ở 13VDC với độ dự trữ dòng sẽ chọn biến áp khoảng 5A. Nguồn cung cấp là 13VDC =>chọn biến áp khoảng 10VAC. Ta có nguồn biến áp sau khi qua cầu diode để nắn sẽ cho ra điện áp khoảng 10√2 2∗0.6=12,95 VDC Kết luận: chọn biến áp xuyến đầu ra thứ cấp 10VDC 5A https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 85 Hình 3.21. Biến áp xuyến 10VAC 5A Sau khi nắn điện áp ngõ ra, ta dùng 2 tụ lọc 10000uF 63V để lọc nguồn.Giátrịtụcàngcao,dạngsóngđiệnápcàngphẳngvàtuyến tính. Ta dùng thêm 2 tụ 104 cao áp để lọc nhiễu tần số cao ở đầu vào và đầu ra của mạch nguồn. e. CNC vỏ hoàn thiện Sau khi sắp xếp các module theo vị trí hợp ý nhất cho việc đi dây, nhóm nghiên cứu sẽ vẽ và cắt CNC theo kích thước dài, rộng, cao của thiết bị trong hệ thống. Yêu cầu phải gọn, đẹp và các mối hàn, dây nối không được chồng lên nhau sẽ gây nhiễu cho hệ thống. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 86 f. Thiết kế thùng loa toàn dải 12cm Hình 3.22. Loa toàn dải 12cm Loa nỉ 12cm có các thông số như sau: Trở kháng loa là 8Ω với công suất 15W cho nhà sản xuất đưa ra Qts = 0.84, Vas = 2.1 Độ nhạy loa loại trung bình khoảng 85dB và dải tần số khoảng từ 200 12000Hz Hình 3.23. Đáp tuyến tần số của loa toàn dải 12cm Ta có: Vb = 15 * Vas * (Qts)2.87=19.36 lit https://doan.edu.vn/
https://doan.edu.vn/
Thùng loa cần bo các góc loa để phát huy âm học giao thoa và không gây ra hiện tượng bass trap tạo ra các âm thanh vang trong thùng loa gây sai lệch giá trị của tần số tín hiệu.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 87 Thùng loa có thể tích khoảng 17 22 lit Chọn kích thước thùng loa ngang = 18cm, sâu = 40cm, cao = 30cm . Thể tích của thùng khoảng 21.6 lit. Muốn loa đáp ứng được các tần số của dải trầm thì phải đóng thùng loa với thể tích đó nhưng thuộc dạng horn để giao thoa âm học trong thùng sẽ cộng hưởng tần số tạo ra dải trầm cho thùng loa. Hình 3.24. Thiết kế thùng loa ma trận (Horn)
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 88 Loa Treble 5cm có các thông số như sau: Hình 3.25. Loa Treble 5cm Trở kháng loa là 5Ω và công suất 15W do nhà sản xuất đưa ra. Qts = 1.43, Fs = 425Hz Độ nhạy loa loại trung bình khoảng 85dB và dải tần số khoảng từ 3000Hz trở lên. Hình 3.26. Đáp tuyến tần số loa Treble 5cm Sau khi demo, nhóm nghiên cứu thực hiện cắt tần số cho loa Treble bằng tụ 22uF vì sau khi vào thùng, tiếng bass và mid bass tăng lên sẽ lấn át tiếng mid ở tần số khoảng từ 500 2000Hz. Nên việc cắt tần bằng tụ 22uF sẽ phụ trợ thêm cho tiếng mid và tiếng treble vẫn được đảm bảo. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 90 https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 89 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 GIỚI THIỆU Sau khi tính toán và thiết kế được hệ thống thì tiến hành thi công ra sản phẩm. Việc thi công rất quan trọng, yêu cầu độ chính xác cao và tuần tự thực hiện các bước phải hợp lý. Quy trình thực hiện thi công hệ thống bao gồm: Cài đặt hệ điều hành Volumio cho Raspberry Pi3 để chạy music server và cấu hình để nhận driver DAC Pifi. Cài đặt Phần phần Arduino IDE Vẽ sơ đồ nguyên lý cho mạch nguồn 13VDC, mạch tiền khuếch đại, mạch nút nhấn cảm ứng. Lập trình cho mạch tiền khuếch đại, nạp code và kết nối các module điều khiển trên mạch tiền khuếch đại. - Kết nối tổng thể hệ thống và kiểm tra, cân chỉnh, nghe thử. Xử lý các lỗi phát sinh và ráp hệ thống vào khung Mica đã CNC và hoàn thiện thành phẩm. 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 4.2.1 Tiến hành vẽ PCB và thi công mạch nguồn 13VDC Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn : Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 13VDC https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 90 Hình 4.2. Sơ đồ đi dây PCB mạch nguồn 13VDC Sau khi vẽ PCB nhóm tiến hành in mạch và ủi mạch hàn linh kiện của module. Hình 4.3. Mặt trước và mặt sau của module nguồn 13VDC https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 91 4.2.2 Tiến hành vẽ PCB mạch tiền khuếch đại Để thuận tiện cho việc lắp ráp hệ thống nhóm nghiên cứu tích hợp các module Arduino, PT2315 với các jack cắm LCD, nút nhấn cảm ứng vào chung một PCB với sơ dồ nguyên lý như sau: Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 92 Hình 4.5. Sơ đồ đi dây PCB mạch tiền khuếch đại Sau khi vẽ mạch PCB, nhóm tiền hành in, ủi mạch và được sản phẩm như sau: Hình 4.6. Mặt trên và dưới của module tiền khuếch đại 4.2.3 Tiến hành vẽ PCB mạch khuếch đại Sơ đồ nguyên lý của mạch nhóm sử dụng trong datasheet. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 93 Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý mạch KIA6210 Để cho tín hiệu âm thanh trên PCB không bị nhiễu do sự chồng lấn về dây. Nhóm nghiên cứu đã vẽ PCB thành 2 lớp. Lớp trên sẽ đi dây tín hiệu đầu vào và dầu ra. Lớp dưới sẽ đi dây phần nguồn. GND được nối với nhau qua 2 lớp mạch. Hình 4.8. Sơ đồ đi dây PCB mạch KIA6210 https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 94 Nhóm nghiên cứu đã tiến hành đặt mạch in 2 lớp để tránh việc in, ủi truyền thống sẽ không trùng nhau giữ các đường mạch. Kết quả sau khi thi công mạch in 2 lớp: Hình 4.9. Mạch in trước và sau khi thi công mạch KIA6210 4.2.4 Tiến hành kết nối các module trong hệ thống a. Kết nối mạch nguồn với biến áp xuyến và đo thực tế Hình 4.10. Kết nối biến áp xuyến với mạch nguồn 13VDC https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 95 b. Kết nối LCD, 3 nút nhấn cảm ứng với module tiền khuếch đại Trên module tiền khuếch đại, nhóm có thiết kế 2 jack 1 bus 4 cho module I2C LCD và 1 bus 5 cho module 3 nút nhấn cảm ứng. Kết quả được như hình: Hình 4.11. Kết nối module nút nhấn, LCD với mạch tiền khuếch đại Sau khi cắm nguồn demo, điều chỉnh lại đèn nền cho LCD để không quá sáng và bị mất thông tin. c. Sắp xếp hệ thống và ráp vào vỏ CNC Hình 4.12. Cố định module LCD, nút nhấn cảm ứng lên mặt trước khung https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 96 Hình 4.13. Khoan, cố định các module lên giá đỡ và kết nối hệ thống Hình 4.14. Cố định ổ cắm EMI, Jack bắp chuối cắm loa ở mặt sau khung https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 97 Hình 4.15. Kết nối loa bằng jack bắp chuối , kết nối ổ cứng chứa nhạc bằng cổng USB phía sau thiết bị 4.3 ĐÓNG KHUNG THÀNH PHẨM Tất cả các module đều được cố định chặt trên giá đỡ và được bảo vệ bởi khung Mica. Thành phẩm khi đã đóng khung sẽ hoàn thiện về mặt kết nối, chất lượng đầu ra và thẩm mỹ. Hình 4.16. Hoàn thiện thành phẩm https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 98 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 4.4.1 Lưu đồ chương trình mạch tiền khuếch đại Lưu đồ chương trình chính: Hình 4.17 Lưu đồ chương trình chính. Khai báo thư viện dùng cho việc giao tiếp I2C Wire.h. Khai báo thư viện giao tiếp I2C với module I2C cho module LCD 1602. Khai báo 3 hằng số để trỏ tới chân D2, D6, D7 dùng cho nút mode, nút down, nút up. Địa chỉ giao tiếp I2C của module I2C giao tiếp với module LCD là 0x27. Khai báo hằng chuỗi hiển thị cố định ở hàng thứ nhất trên LCD. Khai báo mảng hàng chuỗi để hiển thị các chuỗi khác nhau khi ở các chế độ điều chỉnh khác nhau. Khai báo các hằng số cho việc điều khiển chip PT2315 như địa chỉ thanh ghi treble, bass, loudnessfunction. Khai báo mảng hằng số để biến treble và bass trỏ tới và lấy dữ liệu cần được xuất ra PT2315. Khai báo 2 hằng số để cài đặt chế độ SPEAKER ATTENUATORS ứng với việc âm thanh ra 2 kênh trái và phải là lớn nhất (không thực hiện việc điều khiển SPEAKER BẮT ĐẦU KHAI BÁO THƯ VIỆN, KHAI BÁO BIẾN VÀ HẰNG SỐ CẤU HÌNH CHO ARDUINO UNO THAM GIA BUS I2C, TRUYỀN GIÁ TRỊ BAN ĐẦU CHO PT2315, TRUYỀN GIÁ TRỊ BAN ĐẦU CHO LCD HIỂN THỊ KIỂM TRA NÚT NHẤN MODE KIỂM TRA NÚT NHẤN UP KIỂM TRA NÚT NHẤN DOWN https://doan.edu.vn/
ATTENUATORS trong đồ án). Theo lưu đồ hình 4.17 thì sau khi khai báo biến và cấu hình cho các module, thì vòng lặp tuần hoàn sẽ gọi liên tục 3 hàm điều khiển nút nhấn cho tới khi nhấn nút reset hoặc cấp nguồn lại cho board Arduino Uno r3. Lưu đồ chương trình con kiểm tra nút nhấn mode: Hình 4.18 Lưu đồ chương trình con kiểm tra nút nhấn mode Giải thích lưu đồ hình 4.18: chương trình con viết cho nút nhấn mode. Khi nhấn nút mode thì biến mode sẽ thay đổi giá trị từ 0 đến 3 tương ứng với 4 chế độ điều chỉnh gồm điều chỉnh VOLUME, TREBLE, BASS, LOUDNESSFUNCTION trên chip PT2315. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 99
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 100 Lưu đồ chương trình kiểm tra nút nhấn up: Hình 4.19 Lưu đồ chương trình con kiểm tra nút nhấn up Giải thích lưu đồ hình 4.19: Chương trình con viết cho nút nhấn up. Khi nhấn nút up thì tăng biến volume, treble, bass và thay đổi OFF sang ON tương ứng với 4 chế độ chỉnh VOLUME, TREBLE, BASS, LOUDNESSFUNCTION trên chip PT2315. Vòng lặp do…While với điều kiện “CÒN NHẤN UP” nhằm mục đích https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 101 khi thời gian nhấn up nhỏ hơn 200*10ms thì tăng 1 đơn vị/200ms, còn khi thời gian nhấn up từ 200*10ms thì tăng 3 đơn vị/200ms. Còn khi mode=3 và nút up được nhấn thì biến loudnessFunction=0x40 để bật loudnessFunction. Vì hàm XUẤT GIÁ TRỊ HIỂN THỊ RA LCD, XUẤT GIÁ TRỊ RA PT2315 nằm trong while, nên vừa tăng biến vừa cập nhật giá trị cho chip PT2315 và LCD ngay lập tức. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 102 Lưu đồ chương trình con kiểm tra nút nhấn down: Hình 4.20 Lưu đồ chương trình con kiểm tra nút nhấn down. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 103 Giải thích lưu đồ hình 4.20: Chương trình con viết cho nút nhấn down. Khi nhấn nút down thì tăng biến volume, treble, bass và thayđổi ON sang OFF tươngứngvới4chế độchỉnhVOLUME,TREBLE,BASS,LOUDNESSFUNCTION trên chip PT2315. Vòng lặp do…While với điều kiện “CÒN NHẤN DOWN” nhằm mục đích khi thời gian nhấn down nhỏ hơn 200*10ms thì giảm 1 đơn vị/200ms, còn khi thời gian nhấn down từ 200*10ms thì giảm 3 đơn vị/200ms. Còn khi mode=3 và nút down được nhấn thì biến loudnessFunction=0x40 để tắt loudnessFunction. Vì hàm XUẤT GIÁ TRỊ HIỂN THỊ RA LCD, XUẤT GIÁ TRỊ RA PT2315 nằm trong while, nên vừa giảm biến vừa cập nhật giá trị cho chip PT2315 và LCD ngay lập tức. https://doan.edu.vn/
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 104 Lưu đồ chương trình con tăng biến volume hoặc treble hoặc bass 1 đơn vị hoặc bật loudness.
Giải thích lưu đồ hình 4.21: Nếu nhấn giữ nút up dưới 2 giây thì ở mode=0 thì biến volume tăng 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút up dưới 2 giây thì ở mode=1 thì biến treble tăng 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn https://doan.edu.vn/
Hình 4.21 Lưu đồ chương trình con tăng biến volume hoặc treble hoặc bass 1 đơn vị hoặc gán loudlessFunction=0x40. Lưu đồ chương trình con tăng biến volume hoặc treble hoặc bass 3 đơn vị hoặc bật loudness. Hình 4.22 Lưu đồ chương trình con tăng biến volume hoặc treble hoặc bass 3 đơn vị hoặc gán loudlessFunction=0x40.
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 105 giữ nút up dưới 2 giây thì ở mode=2 thì biến bass tăng 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút up dưới 2 giây thì ở trường hợp mode=3 thì loudlessFunction=0x40 để bật chế độ LOUDNESSFUNCTION. Giải thích lưu đồ hình 4.22: Nếu nhấn giữ nút up dưới 2 giây thì ở mode=0 thì biến volume tăng 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút up dưới 2 giây thì ở mode=1 thì biến treble tăng 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút up dưới 2 giây thì ở mode=2 thì biến bass tăng 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút up dưới 2 giây thì ở trường hợp mode=3 thì loudlessFunction=0x40 để bật chế độ LOUDNESSFUNCTION. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG
Hình 4.24 Lưu đồ chương trình con giảm biến volume hoặc treble hoặc bass 3 đơn vị hoặc gán loudlessFunction=0x44.
Hình 4.23 Lưu đồ chương trình con giảm biến volume hoặc treble hoặc bass 1 đơn vị hoặc loudlessFunction=0x44. Lưu đồ chương trình con giảm biến volume hoặc treble hoặc bass 3 đơn vị hoặc loudlessFunction=0x44.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 106 Lưu đồ chương trình con giảm biến volume hoặc treble hoặc bass 1 đơn vị hoặc loudlessFunction=0x44.
https://doan.edu.vn/
loudlessFunction=0x44
để tắt chế độ LOUDNESSFUNCTION. Giải thích lưu đồ hình 4.24: Nếu nhấn giữ nút down dưới 2 giây thì ở mode=0 thì biến volume giảm 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút down dưới 2 giây thì ở mode=1 thì biến treble giảm 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút down dưới 2 giây thì ở mode=2 thì biến bass giảm 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút down dưới 2 giây thì ở trường hợp mode=3 thì loudlessFunction=0x44
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 107 Giải thích lưu đồ hình 4.23: Nếu nhấn giữ nút down dưới 2 giây thì ở mode=0 thì biến volume giảm 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút down dưới 2 giây thì ở mode=1 thì biến treble giảm 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút down dưới 2 giây thì ở mode=2 thì biến bass giảm 1 đơn vị sau 200 mili giây. Nếu nhấn giữ nút down dưới 2 giây thì ở trường hợp mode=3 thì
để tắt chế độ LOUDNESSFUNCTION.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 108 Lưu đồ chương trình con giới hạn giá trị biến volume, treble, bass. Hình 4.25 Lưu đồ chương trình con giới hạn giá trị biến volume, treble, bass. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 109 Giải thích lưu đồ hình 4.25: Chương trình con giới hạn biến nhằm mục đích giới hạn giá trị các biến volume, treble, bass. Với giới hạn dưới cho các biến volume, treble, bass là 0 và giới hạn trên cho biến volume là 63. Giới hạn trên cho biến treble, bass là 15. Lưu đồ chương trình con truyền dữ liệu tới chip PT2315 với hàm setupForPt2315(). Hình 4.26 Lưu đồ chương trình con truyền dữ liệu tới chip PT2315. XUẤT GIÁ TRỊ RA CHIP PT2315 END BẮT ĐẦU TRUYỀN DỮ LIỆU TỪ VI ĐIỀU KHIỂN TỚI PT2315 GỞI TỚI PT2315 BYTE ĐIỀU KHIỂN VOLUME GỞI TỚI PT2315 BYTE ĐIỀU KHIỂN TREBLE GỞI TỚI PT2315 BYTE ĐIỀU KHIỂN BASS GỞI TỚI PT2315 BYTE ĐIỀU KHIỂN LOUDLESSFUNCTION GỞI TỚI PT2315 BYTE ĐIỀU KHIỂN SPEAKER ATT L GỞI TỚI PT2315 BYTE ĐIỀU KHIỂN SPEAKER ATT R KẾT THÚC VIỆC TRUYỀN DỮ LIỆU TỚI PT2315 https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 110 Giải thích lưu đồ hình 4.26: Việc giao tiếp giữa Arduino Uno R3 và chip PT2315 thông qua thư viện Wire.h gồm 3 quá trình: Arduino Uno R3 gởi byte bắt đầu việc giao tiếp với chip PT2315. Arduino Uno R3 gởi các byte điều khiển VOLUME, TREBLE, BASS, LOUDLESSFUNCTION tới chip PT2315. Arduino Uno R3 gởi byte kết thúc việc giao tiếp với chip PT2315. 4.4.2 Phần mềm lập trình Giới thiệu phần mềm lập trình: Để lập trình được cho các board Arduino, các bạn cần phải có một công cụ gọi là Intergrated Development Environment (IDE). Công cụ này được đội ngũ kĩ sư của Arduino phát triển và có thể chạy trên Windows, MAC OS X và Linux. Ở đây nhóm cài đặt và thực hiện việc lập trình trên hệ điều hành Ubuntu(Linux). Nhóm sử dụng phiên bản Arduino IDE 1.8.7. Giao diện phần mềm: Hình 4.27. Giao diện phần mềm Arduino IDE Vùng lệnh: Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help). Phía dưới là các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của IDE được miêu tả như sau: https://doan.edu.vn/
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 111
Hình 4.28. Mô tả các lệnh của Arduino IDE Vùng viết chương trình: Là vùng soạn thảo chương trình, cột bên góc trái có các số thứ tự liên tiếp để người lập trình có thể nhìn vào đó mà biết được đã viết được bao nhiêu dòng. Vùng thông báo: sẽ thông báo cho người lập trình biết có những lỗi nào và lỗi đó nằm ở dòng có số thứ tự bao nhiêu nếu chương trình bị lỗi. Và cũng thông báo chương trình được biên dịch thành công hoặc nạp chương trình cho board Arduino Uno R3 thành công.
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 112 Hình 4.29. Vùng thông báo của Arduino IDE Một số lưu ý khi lập trình bẳng Arduino Uno R3 trên hệ điều hành Ubuntu. Chọn đúng loại board Arduino Uno: Vào Tools > Board > Arduino/Genuio Uno. Hình 4.30. Chọn đúng loại board Arduino Uno để nạp code https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 113 Chọn cổng để giao tiếp bằng máy tính với board Arduino Uno R3: Vào Tools > Port > /dev/ttyUSB0 Hình 4.31. Chọn cổng kết nối với board Arduino Uno R3 Mở kết nối cổng bằng màn hình Terminal: - Mở màn hình Terminal bằng tổ hợp phím Ctrl + Atl + T. Gõ dòng lệnh sudo chown huy /dev/ttyUSB0 để mở cổng kết nối. Hình 4.32. Gõ lệnh mở cổng giao tiếp giữa máy tính với board Arduino Uno Nhập mật khẩu để mở cổng kết nối bẳng quyền admin. Hình 4.33. Nhập mật khẩu để mở cổng kết nối bằng quyền admin. - Giao diện Terminal khi kết nối thành công. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 114 Hình 4.34. Mở cổng kết nối thành công 4.5 TÀI LỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 4.5.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng Việc vận hành hệ thống rất đơn giản thông qua các bước sau: Bước 1: Cắm điện nguồn đầu vào ở mặt sau thiết bị. Bước 2: Bật công tắc phía trước của hệ thống. Bước 3: Đợi hệ thống khởi động khoảng 2 phút sẽ có tiếng báo hiệu hệ thống sẵn sàng. Bước 4: Đăng nhập điện thoại, máy tính bảng, laptop vào cùng một mạng nội bộ với hệ thống. Bước 5: Bật ứng dụng Volumio hoặc Vào duyệt Web bấm volumio/ và tiến hành chọn nội dung và nghe nhạc trên thiết bị. Điều chỉnh âm lượng, âm sắc cho phù hợp với sở thích. 4.5.2 Quy trình thao tác Đầu tiên ta cắm nguồn thiết bị bằng dâycó đầu đực trùng với jack cắm trên thiết bị. Tiếp theo bật công tắc nguồn phía trước https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 115 Hình 4.35. Bật công tắc ở mặt phía trước Đăng nhập thiết bị điều khiển vào cùng một mạng wifi nội bộ trùng với mạng mà thiết bị được cài đặt kết nối sẵn. Sau đó vào duyệt web:” volumio/”, màn hình sẽ được đăng nhập vào web server như hình. https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 116 Hình 4.36. Giao diện Volumio Ta tiến hành cắm ổ cứng di động hoặc usb đã chứa nhạc số chất lượng cao vào phía sau cổng USB của thiết bị. Vào mục Music Library => USB=> mã của USB https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 117 Hình 4.37. Giao diện thư viện nhạc Bước cuối cùng là chọn bài nhạc và điều chỉnh âm lượng, âm sắc phù hợp với tai bằng các nút nhấn cảm ứng phía trước. Hình 4.38. Chế độ điều khiển Volume https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 118 Hình 4.39. Chế độ điều khiển Treble Hình 4.40. Chế độ điều khiển Bass https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 119 Hình 4.41. Chế độ điều khiển Loudness https://doan.edu.vn/
Khi tăng Bass lên khoảng 8dB trở lên, tiếng tối, áp lực khi tăng bass tạo lên củ loa treble làm cho tiếng phát ra từ loa treble bị rè và âm thanh
Kiểm tra thử nghiệm dụng điều chỉnh âm sắc: Khi tăng Treble lên khoảng 8dB trở lên, âm thanh có tiếng rít. Tiếng mid không còn trung thực mà trở nên chói ở những khúc nhạc có tiếng sáo trúc hoặc tiếng kèn monica do loa toàn dải 12cm không đáp ứng được tần số cao vượt ngưỡng 12000Hz.
CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 120 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Nhóm bắt đầu nhận đề tài “thiết kế và thi công hệ thống Audio Hi-end kĩ thuật số ” từ ngày ngày 19/08/2019. Bắt đầu nghiên cứu và thực hiện đề tài trong vòng 14 tuần để hoàn thành hệ thống. Trong quá trình nghiên cứu và thực hành nhóm đả học và rút ra được nhiều kinh nghiệm như: biết cách tìm hiểu nghiên cứu về một vấn đề, hiểu và biết sử dụng các module Arduino, module Raspberrypi3, module Pifi DAC, TTP223, LCD, chuẩn truyền I2C,vv. Biết thêm về khả năng đa nhiệm trong lĩnh vực Audio của Raspberry Pi, cách cài đặt hệ điều hành Volumio, hiểu thêm về ngôn ngữ Python. Trong quá trình nhóm nghiên cứu đã thu được rất nhiều kết quả để chứng minh cho những cơ sở lý thuyết, những tính toán thiết kế và thi công của mình đi đúng hướng. Kết quả thực hiện nhóm đã hoàn thành được để tài. Bây giờ hệ thống có thể phát được hầu hết tất cả các định dạng nhạc số và nghe nhạc ổn định với thời gian dài. 5.1 KẾT QUẢ SẢN PHẨM 5.1.1 Kết quả thử nghiệm sử dụng nguồn nhạc số chất lượng cao Nhóm sử dụng nhạc số chất lượng cao được mua từ thư viện nhạc trên Itune và một số nguồn chia sẽ nhạc từ Facebook để test thiết bị. Kiểm tra thử nghiệm khi không điều chỉnh âm sắc: Kết quả cho âm thanh không bị méo tần số. Không bị nhiễu phần nguồn lẫn phần dây tín hiệu. Âm thanh không bị ù, rè trong quá trình chơi nhạc.
https://doan.edu.vn/
Dựa vào kết quả Demo hệ thống, đề tài nghiên cứu hướng đến việc chế tạo các thiết bị âm thanh chất lượng cao và giá thành rẻ hơn so với hãng nhưng vẫn mang lại một chất âm Hi end cho người sử dụng. Ngoài ra các công nghệ Audio mới nhất cũng được tích hợp tất cả trên thiết bị như wifi, airplay, music server, DAC, và nhạc số chất lượng cao giúp giảm chi phí mua các phương tiện chơi nhạc như đĩa CD, đĩa than hay băng cối. Tuy nhiên, nhóm đồ án vẫn chỉ chế tạo được 1 thiết bị ở mức tạm chấp nhận được trong các thiết bị Hi-end Audio, linh kiện và loa chưa phải là chất lượng cao nhất. Khả năng chơi nhạc số còn hạn chế do bộ giải mã DAC chỉ ở mức nhạc số PCM 32bit là cao nhất, giải mã nhạc số DSD còn hạn chế và cần có một bộ DAC khác hỗ trợ chất lượng cao hơn. Ngoài ra, nhóm chưa có thể mua một bộ biến áp cách ly cho hệ thống vì chi phí khá cao nên việc trải nghiệm hệ thống vẫn chưa đạt trạng thái tốt nhất.
5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CHUNG
CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 121 bị ù 1 phần ở những khúc nhạc có tiếng trống Dump. 5.1.2 Điều chỉnh phù hợp cho mỗi thể loại nhạc Do khả năng cảm thụ âm nhạc của mỗi người nghe khác nhau. Nên việc sử dụng mạch tiền khuếch đại điều chỉnh âm sắc là do sở thích cá nhân của mỗi người dùng. Với nhóm nghiên cứu, việc chế tạo thiết bị âm thanh Hi end hướng đến thiết bị chất lượng cao với linh kiện tốt, độ ổn định và tính trung thực của bài hát nên nhóm sẽ giữ nguyên bản của bài nhạc để cho âm thanh được chân thật nhất như nghe ở ngoài.
https://doan.edu.vn/
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Dựa vào những kiến thức được tham khảo và học hỏi. Nhóm nghiên cứu nghĩ rằng đề tài này có thể phát triển và mở rộng thêm ở một số khía cạnh sau: Có thế phát được nhạc số DSD khi nâng cấp về bộ giải mã DAC chất lượng cao hơn.
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 122 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Mục tiêu chính của đề tài là chế tạo ra một thiết bị tích hợp các công nghệ mới nhất trong lĩnh vực Audio và có khả năng phát được nhạc số chất lượng cao mà những thiết bị amply hiện tại trên thị trường không thể làm được. Qua thời gian nghiên cứu và thực hiện thì nhóm đã chế tạo ra thiết bị có thể chơi tốt hầu hết các loại nhạc số trên thị trường ngày nay. Hạn chế của thiết bị là khả năng giải mã chưa tốt loại nhạc định dạng DSD đang chiếm thị phần nhạc số trên thị trường vì module DAC giải mã có giới hạn về khả năng đọc dữ liệu số cao nhất là nhạc 32bit. Về khả năng phối ghép, thiết bị có thế ghép với hầu hết các dòng loa trong phân khúc công suất nhỏ và độ nhạy cao. Nhóm khá ấn tượng khi ghép thiết bị với loa toàn dải và phát các thể loại nhạc không lời và nhạc xưa cho chất âm rất mộc mạc và chânTrongthực.suốt thời gian nghiên cứu, nhóm thực hiện đồ án cũng đã học được khá nhiều điều như học được cách chịu áp lực, cách nghiên cứu về một vấn đề, khả năng phân chia công việc và lên kế hoạch, nhất là đức tính kiên trì khi lập trình bị lỗi. Quả thực, môi trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật là rất tốt trong việc rèn luyện nhân cách, phương pháp học tập, kinh nghiệm sống của chúng mỗi người. Những điều đó làm nền tảng cho việc phát triển của mỗi cá nhân trong nhóm sau này.
https://doan.edu.vn/
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 123 - Có thể nâng cấp đồng bộ hóa việc thao tác điều chỉnh âm sắc thông qua một màn hình chạm duy nhất và được điều khiển bởi chỉ một module Raspberry Pi3 mà không cần phải thêm một module vi xử lý như hiện tại bằng cách lập trình trên nên node.Js của hệ điều hành mở trên Volumio tạo nên các plugin cho phép xử lý tín hiệu số. Nâng cấp các linh kiện loại tốt hơn, sử dụng biến áp cách ly cho sẽ giảm tình trạng nhiễu do sự mất ổn định nguồn điện lưới cho chất âm trong sạch hơn rất nhiều. https://doan.edu.vn/
TÀI LIỆU THAM KHẢO
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO
SÁCH THAM KHẢO
[1] Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình: Kỹ thuật số ”, Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013.
[4] Volumio.org, “Tổng quan về Volumio OS”, 2019.
[6] Wikibook, “Kiến thức sóng âm”, tieuam.com, 8/2019 .
TÀI LIỆU THAO KHẢO [2] Trường Ca Audio, “HIFI là gì?”, truongcaaudio.com, Hà Nội, 18/4/2017.
https://doan.edu.vn/
[7] Internet, “ Lịch sử phát triển ngành Audio”, stereo.vn, 2015 .
[5] Volumio Document, “Lập trình trên Volumio”, volumio.github.io, 2019.
[8] AudioPsycho, “Kiến thức file nhạc DSD(Hires-audio)”, tinhte.vn, 10/2015.
[11] ANNGUYEN, “Music Server là gì, cùng tìm hiểu về Music Server ”, hifivietnam.vn, 3/2019. [12] Nguồn phát “Trải nghiệm A10 - music server mới nhất của Aurender”, stereo.vn, 3/2017. [13] Remk, “Sóng âm và những kiến thức cơ bản” , www.tieuam.com, 2014 [14] Internet, “ Tìm hiểu cơ bản về lĩnh vực AUDIO”, sonarstudio.vn, 2013 [15] Copy 2016, “Phân biệt khái niệm âm thanh Mono và Stereo”, binhminhdigital.com, 2017 [16] Copy 2018, “Tìm hiểu về âm thanh Analog và Digital ”, loakeoxanh.com 2018 [17] AudioPsycho, “ Âm thanh số - các bước phát triển và các định dạng” , tinhte.vn, [120158]SCIENCE AND TECHNOLOGY, “biến điệu mã xung - pcm ( pulse code modulation)”, [120179] Stereo Wiki, “ Tìm hiểu cơ bản và phân biệt về các loại củ loa”, stereo.vn,2017 [20] Copy2019, “Cách đóng thùng loa”, vfun.vn, 2019
[9] Wikipedia, “Kiến thức về network( IP address, Subnet mask, gateway)”, vi.wikipedia.org, 9/2019. [10] Korea Electronic, “Datasheet KIA6210ah”, alldatasheet.com , 2019.
[3] Copy 2017, “Chuẩn truyền I2S”, esp32.vn, 2017.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 125 [21] Nguyễn Thế Anh, “Thông số kĩ thuật loa nỉ Sony và treble nỉ Sony ”, linhkienloadai.vn, 2018 [22] Copy 2018, “Cách tính kích thước thùng loa”, thietbiamthanh24h.com, 2018 [23] Maybelle, “Các kiểu thiết kế thùng loa ”, loagom.nanoweb.vn, 2019 [24] Khuyết danh, “Cách chọn điện trở kéo lên bus I2C”, kienltb.wordpress.com, [2504/2015.]Datasheet, “1 KEY TOUCH PAD DETECTOR IC TTP223-BA6 V2.1”, alldatasheet.com, 11/2009. [26]Datasheet, “2 Channel Audio Processor IC PT2315 V1.2”, alldatasheet.com, 03/2006. [27] Datasheet, “PCF8574 REMOTE 8 BIT I/O EXPANDER FOR I2C BUS”, alldatasheet.com, 07/2001. [28] Huỳnh Bảo Sơn, “Thiết kế và thi công hệ thống đếm số lượng cá giống ”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2019.
https://doan.edu.vn/
PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 126
//KHAI BAO THU VIEN /*Khai bao thu vien dung cho viec giao tiep I2C cua tac gia Nicholas Zambetti*/ #include <Wire.h> /*Khai bao thu vien dung cho viec giao tiep I2C voi Module I2C cho Module LCD 1602 cua DFROBOT (www.dfrobot.com).*/ #include <LiquidCrystal_I2C.h> //Khai bao 3 chan D2, D6, D7 dung cho nut mode, nut down, nut constupint BTN_MODE = 2; const int BTN_DW = 6; const int BTN_UP = 7; //Khai bao bien cho viec dieu khien LCD /*Dia chi giao tiep I2C cua module I2C giao tiep voi LCD la LiquidCrystal_I2C0x27*/ lcd(0x27,16,2); //Khai bao hang chuoi hien thi hang thu nhat const String CHUOI_HANG_TREN="DATN DTVT"; /*Khai bao bien chuoi hien thi hang thu hai*/ const String CHUOI_MODE[4] ={"Vol: ","Treble: ","Bass: " ,"Loudness:"}; const String CHUOI_DB ="dB"; const String CHUOI_TREBLE_BASS[]={" 14", " 12", " 10", " 8", " 6 ", " 4 ", " 2 ","+0 ","+0 ","+2 ","+4 ","+6 ","+8", "+10","+12","+14"}; cho kết nối nút và
nhấn
PHỤ LỤC GIẢI THÍCH CHƯƠNG TRÌNH Khai báo thư viện Khai báo biến
việc
hiển thị lên LCD https://doan.edu.vn/
Viec dieu khien SPEAKER ATTENUATORS danh cho huong phat trien do an*/ const byte SPEAKER_R_MAX = 0xa0; const byte SPEAKER_L_MAX = 0x80; //Khai bao bien trung gian /*Khi nut nhan duoc tac dong thi bien mode, volume, treble, bass se duoc xu ly. Bien volume co gia tri duoc gioi han tu 0 toi 63 o thap phan va tuong ung o dang nhi phan la 0000 0000 toi 0011 1111. Ma thanh ghi VOLUME cua PT2315 nhan gia tri 0000 0000 la gia tri ma am thanh tong duoc khuech dai lon nhat, nen phai lay (63 volume) de xuat ra thanh ghi VOLUME cua PT2315. Khai báo biến cho việc điều khiển chip PT2315
https://doan.edu.vn/
PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 127 //Khai bao bien cho viec dieu khien PT2315 /*Dia chi thanh ghi VOLUME, TREBLE, BASS, LOUDNESSFUNCTION MSB LSB 7 6 5 4 3 2 1 0 Volume Control : 0 0 B2 B1 B0 A2 A1 A0 Speaker ATT L : 1 0 0 B1 B0 A2 A1 A0 Speaker ATT R : 1 0 1 B1 B0 A2 A1 A0 Bass Control : 0 1 1 0 C3 C2 C1 C0 Treble Control : 0 1 1 1 C3 C2 C1 C0 Loundness Control: 0 1 * * L * * * L: 0=ON, 1=OFF Doi voi thanh ghi Speaker ATT L va Speaker ATT R: De gia tri lon nhat, khong tac dong.*/ const byte BASS_ADDR = 0x60; const byte TREBLE_ADDR = 0x70; byte loudnessFunction = 0x44; //Mac dinh la loudnessFunction OFF const byte TREBBLE_BASS_ARRAY[16]={0x00,0x01,0x02,0x03, 0x04,0x05,0x06,0x07, 0x0f,0x0e,0x0d,0x0c,0x0b,0x0a, 0x09,0x08}; /*Khai bao 2 hang SPEAKER_R_MAX, SPEAKER_L_MAX Thanh ghi SPEAKER ATTENUATORS nhan 2 gia tri tren ung voi viec am thanh ra 2 loa trai va loa phai khong bi suy hao (Dua theo datasheet. Hien tai trong do an nay chua co dieu khien tang giam cho SPEAKER ATTENUATORS. Do an dung lai o viec dieu chinh volum, treble, bass, loudnessfunction.
https://doan.edu.vn/
PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 128
/*Chuong trinh viet cho nut nhan mode. Khi nhan nut mode thi bien mode se thay doi gia tri tu 0 den 3 tuong ung voi 4 che do dieu chinh gom dieu chinh volume, treble, bass, voidfunctionloudness*/nutMode () { if (digitalRead(BTN_MODE) == 1 { delay(DELAY_CHONGDOI); if (digitalRead(BTN_MODE) == 1) { mode++; if(mode>3) mode=0;//gioi han cho bien mode inRaManHinhLCD();/*in gia tri mode ra man hinh lcd*/ while(digitalRead(BTN_MODE) == 1){} } } } Bien treble, bass la 2 bien trung gian de tro toi mang const byte TREBBLE_BASS_ARRAY[16]={0x00, 0x01,0x02, 0x03, 0x04,0x05, 0x06, 0x07, 0x0f,0x0e, 0x0d, 0x0c,0x0b, 0x0a, 0x09, 0x08}; bien treble, bass se nhan gia tri ban dau la 7. Gioi han cho 2 bien nay tu 0 toi 15 tuong ung voi ma nhi phan la 0000 0000 toi 0000 1111. Goi ra thanh ghi TREBLE, BASS cua PT2315 voi cau lenh Wire.write(TREBLE_ADDR | TREBBLE_BASS_ARRAY[treble]); Wire.write(BASS_ADDR | TREBBLE_BASS_ARRAY[bass]); Dia chi cua hai thanh ghi TREBLE, BASS cua PT2315 Bassla: Control : 0 1 1 0 C3 C2 C1 C0 Treble Control : 0 1 1 1 C3 C2 C1 C0 Nen TREBLE_ADDR=0x70BASS_ADDR=0x60 */ byte mode = 0; byte volume = 32; byte treble = 7; byte bass = 7; const byte DELAY_CHONGDOI = 50; const unsigned int DELAY_THOIGIAN_NHANGIU = 200; Chương trình con điều khiển nút mode
https://doan.edu.vn/
PHỤ LỤC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 129 void nutUp() { if (digitalRead(BTN_UP) == 1) { delay(DELAY_CHONGDOI); if (digitalRead(BTN_UP) == 1) { int demThoiGianNhanUp = 0; do { /*Khai bao bien dem so lan delay nhan nut up, vong lap do…while(digitalRead(BTN_UP) == 1); nham muc dich khi thoi gian nhan nut up nho hon 200*10 ms thi giam 1 don vi/200ms,con khi thoi gian nhan nut up tu 200*10 ms thi giam 3 don vi/200ms.Con khi mode=3 va nut up duoc nhan thi bien loudnessFunction=0x40 de bat loudnessFunction*/ //Dem so lan delay 200ms delay(DELAY_THOIGIAN_NHANGIU); demThoiGianNhanUp++; if(demThoiGianNhanUp < 10) { tangGiaTriMotDonVi(); } else { tangGiaTriBaDonVi(); } //Gioi han bien vol, tre, bas gioiHanGiaTri(); /*Vi ham setupForPt2315 va inRaManHinhLCD nam trong while, nen vua tang bien vua cap nhat gia tri cho pt2315 va LCD ngay lap inRaManHinhLCDtuc*/(); setupForPt2315(); }while(digitalRead(BTN_UP) == 1); } } } Chương trình con điều khiển nút up
PHỤ LỤC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 130 void nutDown() { if (digitalRead(BTN_DW) == 1) { delay(DELAY_CHONGDOI); if (digitalRead(BTN_DW) == 1) { int demThoiGianNhanDown = 0; do { /*Khai bao bien dem so lan delay nhan nut up, vong lap do…while(digitalRead(BTN_UP) == 1); nham muc dich khi thoi gian nhan nut up nho hon 200*10 ms thi giam 1 don vi/200ms,con khi thoi gian nhan nut up tu 200*10 ms thi giam 3 don vi/200ms.Con khi mode=3 va nut up duoc nhan thi bien loudnessFunction=0x40 de bat loudnessFunction*/ //Dem so lan delay 200ms delay(DELAY_THOIGIAN_NHANGIU); demThoiGianNhanDown++; if(demThoiGianNhanDown < 10) { giamGiaTriMotDonVi(); } else { giamGiaTriBaDonVi(); } //Gioi han bien vol, tre, bas gioiHanGiaTri(); /*Vi ham setupForPt2315 va inRaManHinhLCD nam trong while, nen vua tang bien vua cap nhat gia tri cho pt2315 va LCD ngay lap inRaManHinhLCDtuc*/(); setupForPt2315(); }while(digitalRead(BTN_DW) == 1); } } } Chương trình con điều khiển nút down
https://doan.edu.vn/
PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 131 void gioiHanGiaTri() { //Gioi han duoi bien vol, tre, bas if(volume<0) volume=0; if(treble<0) treble=0; if(bass<0) bass=0; //Gioi han tren bien vol,tre,bas if(volume>63) volume=63; if(treble>15) treble=15; if(bass>15) bass=15; } void tangGiaTriMotDonVi() { if(mode==0) volume++; else if(mode==1) treble++; else if(mode==2) bass++; else loudnessFunction=0x40; } void tangGiaTriBaDonVi() { if(mode==0) volume+=3; else if(mode==1) treble+=3; else if(mode==2) bass+=3; else loudnessFunction=0x40; } void giamGiaTriMotDonVi() { if(mode==0) volume ; else if(mode==1) treble--; else if(mode==2) bass ; else loudnessFunction=0x44; } void giamGiaTriBaDonVi() { if(mode==0) volume-=3; else if(mode==1) treble =3; else if(mode==2) bass-=3; else loudnessFunction=0x44; } Chương trình con giới hạn giá trị cho biến volume, treble, bass Các chương trình con tăng hoặc giảm biến volume, treble, bass và thay đổi biến loudnessFunction. https://doan.edu.vn/
PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 132 void setupForPt2315() { //Bat dau viec truyen du lieu toi pt2315 Wire.beginTransmission(0x40); /*Goi byte cho thanh ghi VOLUME cua PT2315 (2 bit cao = 00)*/Wire.write((byte)(63 volume)); /*Bien treble, bass la 2 bien trung gian de tro toi constmang byte NenTrebleBass0x08};0x04,0x05,0x06,0x07,0x0f,0x0e,0x0d,0x0c,0x0b,0x0a,0x09,TREBBLE_BASS_ARRAY[16]={0x00,0x01,0x02,0x03,DiachicuahaithanhghiTREBLE,BASScuaPT2315la:Control:0110C3C2C1C0Control:0111C3C2C1C0TREBLE_ADDR=0x70BASS_ADDR=0x60GoirathanhghiTREBLE,BASScuaPT2315voicaulenhWire.write(TREBLE_ADDR|TREBBLE_BASS_ARRAY[treble]);Wire.write(BASS_ADDR|TREBBLE_BASS_ARRAY[bass]);*/Wire .write(TREBLE_ADDR | TREBBLE_BASS_ARRAY[treble]); Wire.write(BASS_ADDR | TREBBLE_BASS_ARRAY[bass]); /*Thanh ghi LOUDNESSFUNCTION: LOUDNESSFUNCTION : 0 1 0 0 * L * * L=1: OFF LOUDNESSFUNCTION L=0: ON LOUDNESSFUNCTION*:don'tcare(0, 1 deu duoc) Nen loudnessFunction=0x40 de ON LOUDNESSFUNCTION loudnessFunction=0x44 de OFF LOUDNESSFUNCTION*/ Wire.write(loudnessFunction); /*Viec dieu khien SPEAKER ATTENUATORS danh cho huong phat trien do an*/ Wire.write(SPEAKER_R_MAX); Wire.write(SPEAKER_L_MAX); /*Ket thuc viec truyen du lieu tu Arduino sang PT2315*/Wire.endTransmission(); } Chương trình con điều khiển chip PT2315 https://doan.edu.vn/
void inRaManHinhLCD() { /*LCD hang tren hien thi chuoi "DATN DTVT"*/ lcd.setCursor(3,0);//Vi tri bat dau la cot 3, hang 0 for(byte i=0;i<CHUOI_HANG_TREN.length();i++) { lcd.print(CHUOI_HANG_TREN[i]); } /*LCD hang duoi hien thi chuoi "Vol: " hoac "Treble: " hoac "Bass: " hoac "Loudness:" tuong ung voi gia tri mode la 0 hoac 1 hoac 2 hoac 3 LCD hien thi 4 chuoi che do mode: Che do chinh Volume: Che do chinh Treble: Che do chinh Bass: Che do chinh Loudnessfunction:*/ lcd.setCursor(0,1); //Vi tri bat dau la cot 0, hang 1 for(byte i=0;i<CHUOI_MODE[mode].length();i++) { lcd.print(CHUOI_MODE[mode][i]); } /*LCD hang duoi hien thi chuoi "dB ", " ON ", " OFF"*/ if(mode==0 || mode==1 || mode==2) { /*LCD hang duoi hien thi chuoi "dB " o che do chinh volume, treble, bass tuong ung voi gia tri mode la 0 hoac 1 hoacLCD2hien thi 4 chuoi che do mode: Che do chinh Volume: Che do chinh Treble: Che do chinh Bass:*/ lcd.setCursor(13,1); //Vi tri bat dau la cot 13, hang 1 CHUOI_DB="dB "; for(byte i=0;i<CHUOI_DB.length();i++) { lcd.print(CHUOI_DB[i]); } } Chương
trình con điều khiển màn hình LCD https://doan.edu.vn/
PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 133
PHỤ LỤC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 134 else {/*LCD hien thi o che do dieu chinh LOUDNESSFUNCTION*/ /*Vi tri bat dau la cot 10, hang 1. CHUOI_DB co 3 khoang trang nham muc dich xoa di ki tu o che do truoc do*/ lcd.setCursor(10,1); if(loudnessFunction==0x40) CHUOI_DB=" ON "; else CHUOI_DB=" OFF"; } /*LCD hien thi gia tri Volume, Treble, Bass theo gia tri hien thi*/ if(mode==0) //Hien thi Volume len lcd { lcd.setCursor(7,1);//Vi tri bat dau la cot 7, hang 1. if(((63-volume)*(-1.25))>-10) { lcd.print(" "); for(byte i=0;i<String((63 volume)*( 1.25)).length();i++) { lcd.print(String((63 volume)*( 1.25))[i]); } } else{ for(byte i=0;i<String((63 volume)*( 1.25)).length();i++) { lcd.print(String((63 volume)*( 1.25))[i]); } } } if(mode==1) { lcd.setCursor(10,1);/*Vi tri bat dau la cot 10, hang 1.*/ for(byte i=0;i<CHUOI_TREBLE_BASS[treble].length();i++) { lcd.print(CHUOI_TREBLE_BASS[treble][i]); } } if(mode==2) { lcd.setCursor(10,1);//Vi tri bat dau la cot10,h1 lcd.setCursor(10,1);//COT,HANG for(byte i=0;i<CHUOI_TREBLE_BASS[bass].length();i++) { lcd.print(CHUOI_TREBLE_BASS[bass][i]); } } } //Kết thúc hàm inRaManHinhLCD()
https://doan.edu.vn/
//Chuong trinh setup de khoi tao gia tri ban dau void setup() { /*Arduino tham gia vao bus I2C. Khong co gia tri truyen vao ham Wire.begin(), thi Arduino la Master*/ Wire.begin(); /*Cai dat chan D5, D6, D7 la chan doc du lieu, va bat che do dien tro keo len cho 3 chan D5, D6, D7*/ pinMode(BTN_MODE, INPUT_PULLUP); pinMode(BTN_DW, INPUT_PULLUP); pinMode(BTN_UP, INPUT_PULLUP); //Nap gia tri ban dau cho pt2315 setupForPt2315(); // Khoi tao lcd va in gia tri ra gia tri ban dau lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.clear();delay(20); inRaManHinhLCD(); } //Vong lap tuan hoan void loop() { //Quet nut nhan Mode nutMode(); //Quet nut nhan va Up nutUp(); //Quet nut nhan Down nutDown(); } Chương trình khởi tạo ban đầu cho Arduino Uno R3 Chương trình chính https://doan.edu.vn/
PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 135
