Thiết kế thiết bị ngoại vi không dây chuẩn USB hỗ trợ điều khiển, cấu hình hệ thống

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGOẠI VI KHÔNG DÂY CHUẨN USB<br /> HỖ TRỢ ĐIỀU KHIỂN, CẤU HÌNH HỆ THỐNG<br /> Nguyễn Trung Hiếu*, Hoàng Văn Hữu, Vũ Văn Thuận<br /> Tóm tắt: Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu và thiết kế một thiết bị ngoại<br /> vi không dây chuẩn USB (Universal Serial Bus) được gọi là “Touch USB”, thông<br /> qua thiết bị này nhiều ngoại vi khác nhau có thể kết nối với máy tính qua cổng USB.<br /> Nhóm nghiên cứu đã thực hiện thiết kế thiết bị phần cứng, phần mềm điều khiển,<br /> viết chương trình điều khiển giao tiếp ngoại vi của một số thiết bị khác nhau kết nối<br /> với máy tính thông qua Touch USB. Việc sử dụng thêm module nRF24L01 giúp thực<br /> hiện truyền dữ liệu không dây từ thiết bị ngoại vi đến máy tính qua đó có thể thực<br /> hiện cấu hình từ xa cho máy tính/bộ xử lý trung tâm một cách tiện lợi chỉ thông qua<br /> Touch USB. Trong bài báo này chúng tôi sẽ trình bày việc thiết kế Touch USB và đề<br /> xuất các ứng dụng của nó trong thực tế.<br /> Từ khóa: USB; STM32F103; nRF24L01; Vi điều khiển, touchpad; Cảm ứng điện dung.<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU<br /> Trong thời đại bùng nổ công nghệ ngày nay, những thiết bị điện tử như Laptop, Tablet,<br /> Smart Phone, Smart TV,... gần như hiện diện ở mỗi gia đình, được trang bị cho mỗi cá<br /> nhân nhằm phục vụ công việc và nhu cầu cuộc sống, kèm theo đó là sự ra đời của các thiết<br /> bị ngoại vi phụ trợ giúp chúng ta sử dụng tối đa chức năng, kết nối và giúp cho các thiết bị<br /> điện tử thông minh hơn, có thể kể đến như Wireless mouse [1], presentation equipment<br /> [2],... Hơn nữa, để sử dụng nhiều thiết bị ngoại vi cùng lúc chúng ta cần đến USB hub [3].<br /> Khi một chiếc máy tính xách tay (laptop) bị hỏng bàn phím (keyboard) hoặc chuột<br /> (mouse) hoặc cả hai, giải pháp đầu tiên chúng ta nghĩ đến là thay mới, nhưng khi thay mới<br /> chỉ để sử dụng một vài lần thì rất tốn kém, chưa kể đến một số loại rất hiếm linh kiện và<br /> cần nhiều thời gian để sửa chữa, thay thế. Trong tình huống như vậy, câu hỏi được đặt ra<br /> là không cần thay thế có thể dùng laptop khác để điều khiển chiếc laptop bị hỏng đó được<br /> không? Sự việc tưởng chừng đơn giản nhưng đến nay vẫn chưa có phương án đảm bảo<br /> thực hiện điều này một cách đơn giản và hiệu quả, chính điều đó đã thôi thúc chúng tôi tìm<br /> kiếm giải pháp xử lý trước hết vấn đề trên, ngoài ra tiến hành nghiên cứu, phát triển các<br /> ứng dụng có liên quan.<br /> Nội dung bài báo sẽ trình bày về quá trình nghiên cứu, thiết kế Touch USB giúp sử<br /> dụng nhiều thiết bị ngoại vi cùng một lúc mà không cần sử dụng USB hub. Sự tiện dụng<br /> được tăng lên khi có thể sử dụng các thiết bị ngoại vi để điều khiển 2 thiết bị mà chúng ta<br /> đang làm việc. Touch USB ngoài việc có thể tích hợp được các ngoại vi còn có sẵn một số<br /> phím cảm ứng và mọi điều khiển đều thực hiện bằng truyền dữ liệu không dây. Một điểm<br /> đặc biệt là Touch USB được thiết kế giúp cho chúng ta có thể cấu hình thiết bị trực tiếp<br /> hoặc từ xa thông qua file cấu hình đơn giản, phổ biến dưới định dạng “*.txt”.<br /> Bài báo được bố cục gồm 5 phần. Phần II tóm tắt cơ sở lý thuyết, trong khi phần III<br /> trình bày về thiết kế Touch USB gồm phần cứng và phần mềm điều khiển, phần IV tóm tắt<br /> tính năng, ứng dụng của Touch USB và cuối cùng là kết luận.<br /> 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT<br /> 2.1. Giao tiếp USB<br /> USB là một giao thức nối tiếp tốc độ cao, có thể cung cấp điện cho các thiết bị kết nối<br /> với nó [4]. Khoảng cách tối đa cho phép truyền dữ liệu từ một thiết bị đến máy chủ của nó<br /> là khoảng ba mươi mét, thực hiện bằng cách sử dụng 5 hub [5]. Vi điều khiển STM32F103<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 73<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> hỗ trợ giao tiếp USB với tốc độ Full Speed (12Mbps) có khả năng kết nối với một giao<br /> diện USB Host [6]. Khối giao diện này bao gồm Layer1 và Layer2 đảm nhận chức năng<br /> truyền vật lý và truyền dữ liệu logic. Ngoài ra, hỗ trợ đầy đủ chế độ Suspend và Resume<br /> nhằm tiết kiệm năng lượng.<br /> 2.2. Phương thức truyền dữ liệu không dây qua sóng RF<br /> Module nRF24L01 truyền nhận dữ liệu với khả năng kết nối point-to-point (2 node<br /> mạng), hoặc network (nhiều node mạng), sử dụng sóng radio 2.4GHz [7]. Module này<br /> được điều khiển theo giao thức SPI, là chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao. SPI đôi khi<br /> được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK<br /> (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và<br /> SS (Slave Select).<br /> 2.3. Ngoại vi không dây<br /> Các thiết bị ngoại vi (ví dụ: keyboard, mouse, trackball, touch pad, joysticks, và game<br /> controllers) thực hiện truyền dữ điều khiển thông qua sóng RF. Dữ liệu từ các ngoại vi sẽ<br /> được vi điều khiển xử lý và truyền đi thông qua modul nRF24L01 phục vụ điều khiển các<br /> thiết bị nhận. Giao diện ngoại vi không dây [8] được sử dụng để ghép nối với thiết bị<br /> ngoại vi với máy tính chủ hoặc bộ điều khiển.<br /> 2.4. Cảm ứng điện dung<br /> Cảm ứng điện dung sử dụng các thuộc tính điện từ của thân thể con người để phát hiện<br /> tiếp xúc [9]. Với cảm ứng điện dung, các thao tác chạm dù là rất nhẹ cũng có thể được ghi<br /> nhận giúp cho việc cảm ứng trở nên dễ dàng hơn so với các công nghệ khác. Công nghệ<br /> này được sử dụng để thiết kế các phím cảm ứng cho Touch USB [10].<br /> 3. THIẾT KẾ TOUCH USB<br /> 3.1. Sơ đồ khối hệ thống<br /> Với mục tiêu thiết kế bộ giao tiếp chuẩn USB mà qua đó các thiết bị ngoại vi có thể<br /> thực hiện/truyền các lệnh điều khiển tới trung tâm/máy tính, sơ đồ khối thiết kế Touch<br /> USB được trình bày trong hình 1.<br /> - Khối phát (TX): là một máy tính hoặc là Touch Keypad được kết nối với thiết bị<br /> phát. Nhiệm vụ của khối phát là thực hiện nhận dữ liệu từ máy tính cá nhân hoặc Touch<br /> Keypad, đóng gói dữ liệu và truyền sang bên thu. Trường hợp sử dụng máy tính thì dữ liệu<br /> được nhập từ keyboard, mouse để cung cấp cho vi điều khiển qua kết nối USB thông qua<br /> việc ghi các lệnh vào file config trên ổ USB của thiết bị. Trường hợp còn lại, dữ liệu được<br /> nhập từ các nút cảm ứng được thiết kế sẵn trên sản phẩm, khi đó các nút này sẽ tương ứng<br /> với một số phím nhất định trên keyboard (việc định nghĩa các phím này có thể định nghĩa<br /> được thông qua file cấu hình), vi điều khiển sẽ đọc giá trị ADC từ các nút cảm ứng và xác<br /> định mã phím tương ứng với nút cảm ứng.<br /> - Khối thu (RX): có thể là một máy tính cá nhân, hoặc thiết bị di động, hoặc máy tính<br /> nhúng được kết nối với thiết bị thu. Nhiệm vụ của khối thu là nhận dữ liệu từ khối phát, và<br /> gửi cho vi điều khiển thực hiện xử lí. Vi điều khiển xử lí dữ liệu nhận được để gửi lên máy<br /> tính thông qua giao tiếp USB và giúp máy tính nhận được các ngoại vi được cài đặt trên<br /> thiết bị. Phía thu hiển thị kết quả của toàn bộ quá trình truyền nhận (các kí tự và hoạt động<br /> được gửi hoặc điều khiển từ phía phát).<br /> + Khối thu/phát vô tuyến (RF): sử dụng modul nRF24L01, thực hiện nhận dữ liệu từ vi<br /> điều khiển và truyền dữ liệu từ phía thu thông qua sóng RF.<br /> <br /> <br /> <br /> 74 N. T. Hiếu, H. V. Hữu, V. V. Thuận, “Thiết kế thiết bị ngoại vi … cấu hình hệ thống.”<br /> Nghiên ccứu<br /> ứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Máy tính<br /> tính/Server<br /> Server<br /> Laptop<br /> Tablet Smart Phone<br /> Tablet,<br /> Smart TV<br /> Keyboard Mouse<br /> Raspberry Pi<br /> Pi,...<br /> USB USB<br /> RF<br /> TX RX<br /> <br /> <br /> RF<br /> <br /> Touch<br /> TX<br /> Keypad<br /> Battery<br /> <br /> Hình 1. Sơ đđồ<br /> ồ khối hệ thống Touch USB<br /> USB.<br /> <br /> 3.2. Thi<br /> Thiết<br /> ết kế phần cứng<br /> M ch nguyên lí ccủủa<br /> Mạch a Touch USB:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Khối<br /> Khối điều khiển (MCU) vvàà USB<br /> USB.<br /> Chú thích: đư<br /> ường<br /> ờng D+ ttương<br /> ương ứng với USBDP, D D- tương ứng với USBDM. MCU llàà vi<br /> điều<br /> ều khiển STM32F103C8T6 đđư ược<br /> ợc kết nối với cổng USB nh<br /> như ư hhình<br /> ình 2..<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Kh<br /> Khối<br /> ối thu thập dữ liệu RF vvàà các nút ccảm<br /> ảm ứng điện dung<br /> dung.<br /> Qua quá trình ki<br /> kiểm<br /> ểm thử ththì các<br /> ác Sensor ((ccác<br /> ác pad đồng)<br /> đồng) đđược<br /> ợc thiết kế dạng hhình<br /> ình tròn và<br /> sắp<br /> ắp xếp theo dạng llưới<br /> ới (h ình 3,4). Thi<br /> (hình Thiết<br /> ết kế nnày<br /> ày tận<br /> tận dụng tối đa khả năng phát hi hiện<br /> ện<br /> chạm/không chạm và gi<br /> chạm/không giảm<br /> ảm đđư<br /> ược<br /> ợc kíc<br /> kíchh thư<br /> thước Board mạch<br /> mạch chính ((ti<br /> tiết<br /> ết kiệm chi phí sản xuất<br /> xuất))<br /> mà vvẫn<br /> ẫn đảm bảo việc tránh nhiễu<br /> nhiễu giữa các kkênh<br /> ênh lân ccận.<br /> ận.<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số 577, 10 - 2018<br /> 20 8 75<br />  K<br /> Kỹỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Một<br /> Một phi<br /> phiên<br /> ên bbản<br /> ản của sản phẩm<br /> phẩm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Lưu đồđồ thuật toán thiết kế phần mềm<br /> mềm.<br /> 3.3. Thi<br /> Thiết<br /> ết kế phần mềm<br /> Phần mềm đđược<br /> Phần ợc thiết kế giúp ng<br /> người<br /> ời dùng<br /> dùng có thể<br /> thể thay đổi chế độ hoạt động của thiết bị<br /> một<br /> ột cách linh hoạt (h<br /> (hình<br /> ình 5). Đểể thực hiện thay đổi chế độ hoạt động của Touch USB ta<br /> thực<br /> ực hiện sửa lệnh MODE trong file config.txt, cụ thể nhnhưư sau:<br /> - MODE = TX: ch chếế độ nhận dữ liệu.<br /> - MODE = RX: ch<br /> chếế độ truyền vvới<br /> ới dữ liệu đầu vvào<br /> ào được<br /> được lấy từ keyboard, mouse.<br /> - MODE = TOUCH: ch<br /> chếế độ truyền với dữ liệu đầu vvào<br /> ào đư<br /> được<br /> ợc lấy từ các nút cảm ứng<br /> trên thi<br /> thiết<br /> ết bị.<br /> Sau khi ththực<br /> ực hiện chọn chế độ bằng lệnh MODE vvà ấn Save để tiến hhành ành lưu file<br /> config.txt thì thi<br /> thiết<br /> ết bị sẽ đđược reset và tiến<br /> ược tiến hhành<br /> ành cấu<br /> cấu hình<br /> hình llại<br /> ại để có thể hoạt động với chế<br /> <br /> <br /> 76 N. T. Hi<br /> Hiếu,<br /> ếu, H. V. Hữu, V. V. Thu<br /> Thuận<br /> ận,, “Thi<br /> Thiết<br /> ết kế thiết bị ngoại vi … cấu<br /> ấu hình<br /> hình hệ thống.””<br /> hệ thống<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> độ mới. Ngoài ra mọi thông tin cấu hình trong file config.txt sẽ được lưu lại trong bộ nhớ<br /> Flash của Touch USB để đảm bảo dữ liệu cấu hình không bị mất đi khi Touch USB không<br /> được cấp nguồn.<br /> Ở chế độ TOUCH thì hàm touch_mode_process() được gọi. Hàm này thực hiện đọc dữ<br /> liệu từ các nút cảm ứng sau đó tiến hành đóng gói dữ liệu rồi thực hiện gửi bản tin sang<br /> khối thu.<br /> Ở chế độ TX thì hàm tx_mode_process() được gọi. Hàm này thực hiện nhận dữ liệu từ<br /> các ngoại vi như keyboard, mouse trên máy tính sau đó tiến hành đóng gói dữ liệu rồi thực<br /> hiện gửi bản tin sang khối thu.<br /> Ở chế độ RX thì hàm rx_mode_process() được gọi. Hàm này thực hiện nhận gói tin từ<br /> bên nhận gửi sang, giải mã rồi tiến hành gửi dữ liệu lên máy tính.<br /> 3.4. Phương pháp cấu hình thiết bị qua ổ USB<br /> Khi kết nối với thiết bị thì sẽ xuất hiện một ổ USB. Trong ổ này chứa 1 tệp cấu hình<br /> (file config) phục vụ cho việc cấu hình các tham số hoạt động của thiết bị. File config có<br /> định dang là “*.txt” nên ta có thể sử dụng các phần mềm mặc định của Windows như<br /> Notepad để mở file config. Việc lựa chọn file text để thực hiện cấu hình thiết bị sẽ làm cho<br /> sản phẩm trở lên tiện lợi và dễ dàng sừ dụng hơn rất nhiều cho người dùng phổ thông. Từ<br /> đó sẽ làm tăng phạm vi sử dụng của sản phẩm. Hơn nữa sản phẩm còn sử dụng chính giao<br /> tiếp USB để thực truyền dữ liệu từ ổ USB trên máy tính xuống vi điều khiển để phục vụ<br /> cho việc cấu hình. Từ đó độ tối ưu cũng như tính tiện lợi của sản phẩm được phát huy đến<br /> mức tối đa.<br /> Khi ấn lưu tệp cấu hình (save file config) thì dữ liệu được gửi từ máy tính xuống bộ<br /> nhớ RAM của vi điều khiển (ramdisk).<br /> Trong file ramdisk.c có hàm ramdisk_write xử lý dữ liệu được gửi xuống từ máy tính.<br /> Quá trình thực hiện cấu hình lại thiết bị được thực hiện thông qua 3 bước:<br /> + Cấu hình module RF tương ứng với chế độ hoạt động và tham số được lưu trong file<br /> cấu hình.<br /> + Lưu thông tin cấu hình thiết bị vào bộ nhớ Flash của vi điều khiển.<br /> + Khởi tạo lại USB.<br /> Cơ chế xử lí dữ liệu trong file config được miêu tả chi tiết bởi sơ đồ thuật toán trong<br /> hình 6.<br /> Các lệnh giá trị tham số cấu hình sau khi ấn lưu thì sẽ được lưu vào bộ nhớ Flash của vi<br /> điều khiển. Do đó khi thiết bị mất điện thì mọi thông tin cấu hình sẽ không bị mất (chú ý là<br /> các thông tin này phải được lưu vào bộ nhớ Flash trước khi mất điện), khi cấp điện cho<br /> thiết bị và kiểm tra lại file config.txt thì thấy mọi thứ vẫn giữ nguyên trạng thái trước đó.<br /> Sau khi dữ liệu trong file config được lưu thì dữ liệu này sẽ được máy tính gửi xuống bộ<br /> đệm buffer của vi điều khiển. Sau đó dữ liệu này được lấy ra để tiến hành xử lý. Dữ liệu từ<br /> máy tính gửi xuống được chia thành các sector.<br /> Tuy nhiên trong dữ liệu mà máy tính gửi xuống vi điều khiển chỉ có 1 vài sector khác 0<br /> do đó ta chỉ cần quan tâm đến các sector này. Các sector khác 0 này sẽ được copy vào bộ<br /> nhớ RAM của vi điều khiển. Các sector khác 0 này sẽ chứa dữ liệu của toàn bộ file<br /> config.txt được lưu trong ổ USB của thiết bị. Do đó ta chỉ cần sử dụng hàm ramdisk_write<br /> để lấy dữ liệu từ bộ nhớ RAM của vi điều khiển. Toàn bộ khối dữ liệu trong file config.txt<br /> sẽ được phân chia thành từng dòng (string) thông qua kí tự ‘\n’ để phục vụ việc xử lý từng<br /> lệnh (command).<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 77<br />  K<br /> Kỹỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Thuật<br /> Thuật toán xử lí dữ liệu trong file config<br /> config.<br /> Trong file ccấu<br /> ấu hình<br /> hình ssẽẽ có dòng tiêu đđềề (header) llàà [thMakey Config] ở ddòng<br /> dòng tiêu òng đầu<br /> ầu ti<br /> tiên<br /> ên<br /> của<br /> ủa file. H àm ramdisk_write sẽẽ thực hiện kiểm tra header nnày,<br /> Hàm ày, nnếu<br /> ếu không đúng header th<br /> thìì<br /> các llệnh<br /> ệnh phía ddưới<br /> ới dòng<br /> dòng header dù có đúng cũng cũng sẽ không đđư ược<br /> ợc xử lý.<br /> Cấuấu trúc của 1 command có dạng nh như<br /> ư sau:<br /> [Command<br /> [Command string][=][Parameters]<br /> Chương tr trình<br /> ình th<br /> thực<br /> ực hiện kiểm tra từng Command string. Nếu nó đúng llàà 1 lệnh lệnh ththìì<br /> parameters ssẽẽ đươc<br /> đươc tách ra khkhỏi<br /> ỏi command, sau đó sẽ đđược ợc xử lí vvàà lưu lại<br /> lại nếu string không<br /> phải llàà 1 lệnh<br /> phải lệnh thì<br /> thì nó ssẽẽ bỏ qua vvàà tiến<br /> tiến hhành<br /> ành xxử<br /> ử lí đến ddòng<br /> òng titiếp<br /> ếp theo. Các parameter sau khi<br /> được llưu<br /> được ưu llại<br /> ại vào<br /> vào bộ<br /> bộ nhớ Flash sẽ đđư ược<br /> ợc khối Process parameter chứa các hhàm àm khkhởiởi tạo<br /> USB, ccấu ấu hình<br /> hình module RF, và các hàm thu thuật<br /> ật toán phát hiện chạm sử dụng để cấu hhình ình llại<br /> ại<br /> hoạt động thiết bị.<br /> hoạt<br /> Ví ddụ ụ đối với lệnh: RF24_Channel = 550. 0. Chương tr trình<br /> ình sẽ<br /> sẽ thực hiện kiểm tra từng ddòng òng<br /> lệnh.<br /> ệnh. Nếu xuất hiện chuỗi “RF24_Channel” th thìì chương<br /> chương trình<br /> trình sẽ<br /> sẽ thực hiện lấy ra parameter<br /> của<br /> ủa lệnh (trong ví dụ nnày ày là 50). Sau đó giá tr trịị này<br /> này sẽ<br /> sẽ đươc<br /> đươc lưu llạiại vvàà hàm cấu<br /> c ấu hhình<br /> ình module<br /> RF ssẽẽ sử dụng parameter nnày ày đểể phục vụ cho việc cấu hhình. ình.<br /> <br /> <br /> 78 N. T. Hi<br /> Hiếu,<br /> ếu, H. V. Hữu, V. V. Thu<br /> Thuận<br /> ận,, “Thi<br /> Thiết<br /> ết kế thiết bị ngoại vi … cấu<br /> ấu hình<br /> hình hệ thống.””<br /> hệ thống<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 4. THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG CỦA TOUCH USB<br /> 4.1. Thử nghiệm, đánh giá các ngoại vi được tích hợp trên thiết bị<br /> Thiết bị Touch USB được thiết kế ở trên đã bao gồm một số chuẩn kết nối keyboard,<br /> mouse, cổng COM, USB Mass storage và được cấu hình trong chip STM32 nhỏ gọn thông<br /> dụng. Ngay khi thiết bị được kết nối với máy tính thông qua cổng USB thì máy tính có thể<br /> nhận diện được các thiết bị ngoại vi, từ đó thiết bị Touch USB vừa thực hiện được tính<br /> năng như các ngoại vi, vừa có thể làm cầu nối chuyển thông tin điều khiển từ các ngoại vi<br /> tới máy tính/trung tâm điều khiển. Khi đấu nối Touch USB vào máy tính thì máy tính sẽ<br /> nhận Touch USB tương ứng với 04 ngoại vi như hình 7.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Kiểm tra máy tính nhận Touch USB trong Device Manager.<br /> Chức năng Keyboard<br /> Ngay khi được kết nối, máy tính nhận Touch USB như một keyboard mới. Sau khi đã<br /> nhận được keyboard, ta có thể chạm vào các nút cảm ứng (thiết kế sẵn trong Touch USB)<br /> để gửi thông tin của mỗi phím (nút cảm ứng) lên máy tính.<br /> Chức năng Mouse<br /> Ngay khi được kết nối, máy tính nhận Touch USB như một thiết bị mouse máy tính<br /> mới, từ đây có thể sử dụng các nút cảm ứng để điều khiển mouse của máy tính với các<br /> thao tác đơn giản như lên, xuống, sang trái, sang phải, cuộn lên, cuộn xuống.<br /> Chức năng COM Port<br /> Ngay khi được kết nối, máy tính nhận Touch USB như một thiết bị kết nối qua cổng<br /> COM, từ thiết bị thì ta có thể thực hiện gửi dữ liệu từ vi điều khiển lên máy tính qua cổng<br /> COM một cách dễ dàng. Việc giúp cho máy tính nhận được cổng COM từ thiết bị có vai<br /> trò rất quan trọng trong quá trình lập trình và các ứng dụng liên quan đến cấu hình thiết bị.<br /> Ta có thể dễ dàng dùng hàm in (printf) để thực hiện gỡ lỗi (debug) qua đó giúp cho quá<br /> trình phát hiện lỗi được dễ dàng hơn.<br /> Chức năng USB Mass Storage<br /> Khi kết nối thiết bị với máy tính, kiểm tra trong Device Manager thì sẽ thấy hệ điều<br /> hành nhận thiết bị như một ổ USB bình thường (tên là PTITTeam stm32 USB Device). Với<br /> ổ USB mới này, ta có thể thực hiện được đầy đủ các thao tác như với mọi ổ USB thông<br /> dụng như: copy, paste, cut, đọc, ghi file. Dung lượng của ổ USB là dung lượng của một ổ<br /> đĩa ảo đã được tạo từ trước trên máy tính. Dung lượng tối đa của ổ USB này là 30MB do<br /> USB được định dạng theo chuẩn FAT. Để máy tính nhận thiết bị như một ổ usb bình<br /> thường thì ta cần phải tạo một ổ ảo có dung lượng và định dạng phù hợp. Sau khi lưu file<br /> (dạng .vhd), lọc ra những vùng nhớ có giá trị khác 0 rồi đưa vào trong mã chương trình<br /> (code). Lúc này mã chương trình sẽ thực hiện đọc các mảng giá trị khác 0 này và ghi<br /> ngược lại bộ đệm của vi điều khiển. Từ đó máy tính có thể nhận thêm Touch USB như<br /> một ổ USB mới.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 79<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Nhóm tác giả đã tiến hành khảo sát, thử nghiệm 04 tính năng trên của Touch USB<br /> nhiều lần trên máy tính của các hãng Dell, HP, Lenovo, Sony, Asus, Acer và đạt kết quả<br /> thành công lên tới 100%; thực hiện kết nối và cấu hình từ xa thông qua Touch USB thành<br /> công với các máy tính trên và máy tính nhúng Raspberry Pi 3.<br /> 4.2. Một số ứng dụng<br /> Thiết bị ngoại vi không dây chuẩn USB (Touch USB) cho phép ta giải quyết bài toán<br /> đặt ra ở mục 1: có thể sử dụng mouse, keyboard của một chiếc laptop này để điều khiển,<br /> cấu hình một chiếc máy tính khác. Ví dụ, máy tính nhúng Raspberry không có sẵn<br /> keyboard và mouse thì ta có thể kết nối thiết bị với sản phẩm rồi ngồi từ xa điều khiển nó<br /> một cách rất dễ dàng và tiện lợi. Sản phẩm được tích hợp nhiều ngoại vi do đó có tính cơ<br /> động và đa dụng cao. Khi cấu hình các phím cảm ứng của Touch USB thành một số phím<br /> nhất định tương ứng với các phím trên keyboard kèm theo nguồn điện sạc dự phòng có sẵn<br /> từ đó có thể ứng dụng làm các bộ điều khiển.<br /> 5. KẾT LUẬN<br /> Bài báo đã trình bày tóm tắt kết quả nghiên cứu, thiết kế phần cứng và phần mềm thiết<br /> bị ngoại vi không dây chuẩn USB sử dụng vi điều khiển thông dụng STM32F103. Touch<br /> USB là một sản phẩm mẫu hoàn chỉnh có thể được cấu hình để hoạt động theo nhiều chế<br /> độ TOUCH – TX – RX. Về cơ bản, Touch USB đã hoạt động theo chuẩn giao tiếp USB,<br /> tích hợp được nhiều ngoại vi và có thể trao đổi thông tin qua đường truyền không dây.<br /> Trong tương lai, có thể tích hợp thêm bộ nhớ FLASH để tăng khả năng lưu trữ, thiết kế<br /> tăng số lượng phím cảm ứng và tăng tốc độ truyền dữ liệu.<br /> Lời cảm ơn: Chúng tôi xin chân thành cảm ơn phòng nghiên cứu điện tử PTIT Team,<br /> Khoa Kỹ thuật điện tử 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã hỗ trợ nhóm thực<br /> hiện nội dung nghiên cứu này.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Philippe Junod, Berni Joss, Nicolas Sasselli, Rene Sommer, Aldo Bussien, Wireless<br /> mouse, US5854621A, 1991.<br /> [2]. Alexander L. Tsakiris, David L. Lawson, Remote controlled electronic presentation<br /> system, US5204768A, 1991.<br /> [3]. Toshiyuki Nagase, USB hub, USB-compliant apparatus, and communication system,<br /> US20060179144A1, 2005.<br /> [4]. Shih-Chou Juan, Application method for universal serial bus file transfer cable,<br /> US20040230708A1, 2003.<br /> [5]. Kenichi Ueda, Data transfer control method and controller for universal serial bus<br /> interface, US6816929B2, 2000.<br /> [6]. STMicroelectronics: DocID13587 Rev 17. 19/117, 2015.<br /> [7]. Nordic Semiconductor ASA, nRF2401 Single Chip 2.4 GHz Radio Transceiver, 2004.<br /> [8]. Sergio Lazzarotto, Jean-Daniel Zanone, Gerhard A. Schneider, Wireless peripheral<br /> interface with universal serial bus port, US6782245B1, 1999.<br /> [9]. Bernard Kasser, Bernhard Joss, Stephen J. Bisset, Touch sensing method and<br /> apparatus, US5790107A, 1995.<br /> [10]. Liu Hua, Jiang XiaoPing, Capacitance sensing matrix for keyboard architecture,<br /> US8059015B2, 2006.<br /> <br /> <br /> <br /> 80 N. T. Hiếu, H. V. Hữu, V. V. Thuận, “Thiết kế thiết bị ngoại vi … cấu hình hệ thống.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> ABSTRACT<br /> RESEARCH AND DESIGN OF USB WIRELESS PERIPHERALS<br /> SUPPORTING SYSTEM CONFIGURATION<br /> In this paper, the results of research and design of a USB (Universal Serial<br /> Bus) standard peripheral device called "Touch USB", through this device many<br /> different peripherals can connect to the machine via USB port art presented. The<br /> hardware devices, driver software, and written peripheral control programs for<br /> some different devices connected to a computer via a USB interface have been<br /> designed. The device also has some touch keys that can be used conveniently,<br /> replacing some of the physical keys of the keyboard. At the same time, the addition<br /> of the nRF24L01 module enables wireless data transmission from peripheral<br /> devices to the computer. In this article, the Touch USB design will be presented<br /> and its applications in practice will be proposed.<br /> Keyword: USB; STM32F103; nRF24L01; Microcontroller; Touchpad; Capacitive sensor.<br /> <br /> Nhận bài ngày 22 tháng 6 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 01 tháng 8 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 12 tháng 10 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: Khoa Kĩ thuật điện tử 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 122 Hoàng<br /> Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội.<br /> *<br /> Email: hieunt@ptit.edu.vn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 81<br />