TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Tp.HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Trần Thị Linh Đa
Nguyễn Châu Ngân
Điện Tử Công Nghiệp
Đại học chính quy
2014

MSSV: 14141053
MSSV: 14141207
Mã ngành: D510302
Mã hệ:
1

I. TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỂM DANH NHÂN VIÊN
SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Trần Thị Linh Đa
Lớp:14141DT3A
MSSV:14141053
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Châu Ngân
Lớp:14941DT
MSSV:14141207
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỂM DANH NHÂN VIÊN
SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM
Tuần/ngày
Tuần 05
17/09/2018
Tuần 06
24/09/2018
Tuần 07
01/10/2018
Tuần 09
15/10/2018
Tuần 10
22/10/2018
Tuần 11
29/10/2018
Tuần 13
12/11/2018
Tuần 14
19/11/2018
Tuần 16
03/12/2018
Tuần 17
10/12/2018

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

TH.S NGUYỄN NGÔ LÂM

ii


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này do nhóm chúng tôi thực hiện dựa vào các nguồn tài liệu, giáo trình
đã học và không có sự sao chép từ tài liệu hay công trình có sẵn nào, mọi tài liệu
tham khảo đều được nhóm trích dẫn nguồn đầy đủ.
Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 01 năm 2019
Nhóm thực hiện đề tài
Trần Thị Linh Đa
Nguyễn Châu Ngân

iii


LỜI CẢM ƠN
Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô khoa Điện – Điện tử,
nhất là quý Thầy Cô thuộc bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã tận tình chỉ dạy những
kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu để nhóm có thể tiến hành thực hiện và hoàn tất
đồ án này.
Đặc biệt nhóm chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy Nguyễn Ngô
Lâm. Thầy đã trực tiếp giảng dạy và tận tình hướng dẫn đồng thời tạo điều kiện tốt
nhất cho nhóm trong thời gian thực hiện đồ án.
Đồng cảm ơn đến các anh chị, các bạn cùng khóa đã cùng nhau san sẻ giúp đỡ
và hợp tác cùng nhau trong quá trình thực hiện để đồ án, để đồ án có thể hoàn thành

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................1
1.4. GIỚI HẠN ....................................................................................................2
1.5. BỐ CỤC .......................................................................................................2
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................4
2.1 GIỚI THIỆU VỀ VI XỬ LÝ ARM .............................................................4
2.1.1. Lịch sử phát triển của ARM .................................................................4
2.1.2 Kiến trúc của ARM ...............................................................................5
2.1.3. Giới thiệu ARM Cortex .......................................................................5
2.1.4. Giới thiệu ARM Cortex M3 .................................................................6
2.1.5. Giới thiệu dòng chip STM32 ...............................................................7
2.1.6. Giới thiệu về chip STM32F103XXX...................................................7
2.1.7. Kiến trúc chip ARM STM32F103XXX ..............................................7
2.1.8. Cấp xung Clock cho STM32................................................................8
2.1.9. Cấu hình BOOT cho STM32 .............................................................10
2.1.10. Các chuẩn giao tiếp ..........................................................................11
2.1.10.1 SPI .................................................................................................11
2.1.10.2. USART .........................................................................................13
2.1.10.3. I2C ................................................................................................14
2.2 CÔNG NGHỆ RFID..................................................................................15
2.2.1. Giới thiệu về công nghệ RFID ...........................................................15
2.2.2. Cấu trúc hệ thống RFID .....................................................................15
2.2.3. Ứng dụng của công nghệ RFID .........................................................15
2.3 MODULE RFID RC522............................................................................16
2.3.1. Giới thiệu module RFID RC522 ........................................................16
2.3.2. Giao tiếp phần cứng ...........................................................................16
2.4 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC HỌC VÀ CẢM BIẾN VÂN TAY ..............17
v


2.4.1. Giới thiệu công nghệ sinh trắc học ....................................................17

Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .......................................................43
3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ....................................43
3.1.1 Yêu cầu của hệ thống ..........................................................................43
3.1.2. Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối ....................................................43
3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG ...................................................44
3.2.1 Khối điều khiển và hiển thị màn hình Touch. .....................................44
3.2.2. Khối lưu trữ SD Card .........................................................................45
3.2.3. Khối RFID..........................................................................................46
3.2.4 Khối thời gian thực .............................................................................46
3.2.5 Khối cảm biến vân tay ........................................................................47
3.2.6 Khối Module Wifi ...............................................................................48
3.2.7 Khối xử lý trung tâm ...........................................................................48
3.2.8 Khối nguồn ..........................................................................................50
vi


3.2.9 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .................................................................51
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ..............................................................52
4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................52
4.1.1 Thi công mạch in.................................................................................52
4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra .............................................................................53
4.2. ĐÓNG GÓI THI CÔNG MÔ HÌNH ..........................................................55
4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...........................................................................56
4.3.1. Lưu đồ giải thuật ................................................................................56
4.3.1.1. Chương trình chính ........................................................................56
4.3.1.2. Chương trình menu chính .............................................................57
4.3.3.3. Chương trình điểm danh bằng RFID ............................................58
4.3.3.4. Chương trình điểm danh bằng vân tay ..........................................59
4.3.3.5. Chương trình thêm vân tay. ...........................................................60
4.3.2. Phần mềm lập trình ............................................................................61

Hình 2.16. Giao tiếp smartcard và hồng ngoại .........................................................14
Hình 2.17. Hỗ trợ giao tiếp đồng bộ SPI...................................................................14
Hình 2.18. Giao tiếp I2C ...........................................................................................14
Hình 2.19. Cấu trúc của một hệ thống RFID ............................................................15
Hình 2.20. Module RFID RC522 ..............................................................................16
Hình 2.21. Sơ đồ chân của module RFID RC522 .....................................................16
Hình 2.22. Ứng dụng của công nghệ sinh trắc học ...................................................17
Hình 2.23. Sinh trắc học vân tay ...............................................................................18
Hình 2.24. Sinh trắc học bàn tay ...............................................................................18
Hình 2.25. Sinh trắc học khuôn mặt..........................................................................18
Hình 2.26. Sinh trắc học dựa vào hành vi của con người .........................................19
Hình 2.27. Dựa vào nhịp tim để thanh toán các hóa đơn ..........................................19
Hình 2.28. Sinh trắc học mắt. Nhận diện võng mạc .................................................19
Hình 2.29. Cảm biến vân tay R305 ...........................................................................20
Hình 2.30. Các ngõ ra giao tiếp của cảm biến R305.................................................21
Hình 2.31: Khung dữ liệu truyền đi của cảm biến R305 ..........................................21
Hình 2.32. Cấu trúc thẻ nhớ SD ................................................................................29
Hình 2.33. Mô tả kích thước của GLCD ...................................................................35
Hình 2.34. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của ADS7843 .......................................37
Hình 2.35. Sơ đồ khối IC 7843 .................................................................................39
Hình 2.36. ESP 8266 Node MCU .............................................................................40
Hình 2.37. RTC DS1307 ...........................................................................................41
Hình 2.38. Mạch nạp ST_Link V2 ............................................................................42
Hình 3.1. Sơ đồ khối toàn hệ thống ..........................................................................43
Hình 3.2. Sơ đồ kết nối với LCD Touch ...................................................................44
Hình 3.3. Sơ đồ kết nối SD Card với vi điều khiển ..................................................45
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối module RFID với vi điều khiển ...........................................46
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối module RFID với vi điều khiển ...........................................46
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối cảm biến vân tay với vi điều khiển ......................................47
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối module wifi với vi điều khiển ..............................................48

Hình 5.2. Giao diện chọn chế độ RFID …………… ..............................................67
Hình 5.3. Thao tác quẹt thẻ RFID………...……………………………………… 67
Hình 5.4. Kết quả điểm danh bằng RFID. ...............................................................67
Hình 5.5. Chế độ điểm danh bằng vân tay. ...............................................................68
Hình 5.6. Thao tác điểm danh bằng vân tay..............................................................68
Hình 5.7. Kết quả khi có vân tay ………... ..................................................................69
Hình 5.8. Kết quả khi không có vân tay...................................................................69
Hình 5.9. Giao diện chế độ thêm vân tay ..................................................................69
Hình 5.10. Lấy vân tay lần đầu. ...............................................................................70
Hình 5.11. Xác nhận vân tay. ....................................................................................70
Hình 5.12. Kết quả chế độ thêm vân tay. .................................................................71
Hình 5.13. Giao diện trang chủ .................................................................................71
Hình 5.14. Giao diện trang đăng nhập. ....................................................................72
Hình 5.15. Giao diện trang dành cho quản lý ...........................................................72
Hình 5.16. Giao diện trang dành cho nhân viên........................................................72

ix


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2.1. Các chế độ BOOT trong STM32 ..............................................................10
Bảng 2.2. Kết nối phần cứng của 305 .......................................................................21
Bảng 2.3. Thanh ghi trạng thái của Module ..............................................................23
Bảng 2.4. Định dạng gói dữ liệu truyền và nhận của cảm biến vân tay ...................24
Bảng 2.5. Ý nghĩa của gói dữ liệu truyền của cảm biến vân tay...............................24
Bảng 2.6. Mã xác nhận gửi về từng Module khi tiến hành giao tiếp ........................25
Bảng 2.7. 23 mã Introduction code của các gói dữ liệu ............................................26
Bảng 2.8. Các gói dữ liệu tương ưng với từng mã Introduction Code .....................27
Bảng 2.9. Định dạng gói trả về từ cảm biến về MCU...............................................27
Bảng 2.10. Các mã Confirmation code mở rộng ......................................................28


xi


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, ngành công nghệ kỹ thuật ngày càng phát triển. Các máy móc đều
được tự động hóa đáp ứng nhu cầu con người và đem lại hiểu quả cao cho các
doanh nghiệp trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp,… Bên cạnh trang
thiết bị máy móc hiện đại, nhân lực cũng là một trong những yếu tố quan trọng
quyết định đến sự tồn tại và phát triển của các doanh nghiệp.
Chính vì nhu cầu nhân lực cao và có nhiều phức tạp nên nhu cầu quản lý đòi
hỏi cũng cần phải cải tiến để có thể đáp ứng nhu cầu người dùng một cách tốt nhất.
Hiện nay, có rất nhiều cách để quản lý nhân sự khác nhau, cụ thể như điểm
danh trực tiếp (hình thức này yêu cầu có một người giám sát và phải có danh sách
kèm theo bên cạnh, người giám sát thường sẽ gọi tên và đối chiếu với danh sách để
kiểm tra. Hình thức này mất khá nhiều thời gian, lại không mang tính chuyên
nghiệp. Bên cạnh đó yêu cầu người quản lý phải có phương pháp xác định người
được điểm danh là đúng.), điểm danh bằng hình thức làm bài kiểm tra giấy (hay áp
dụng trong trường học (gây mất thời gian và độ chính xác chưa cao), quản lý kiểm
sóat bằng hình thức quẹt thẻ RFID (hình thức này khá phổ biến, nhanh, gọn lại có
tính chính xác cao, nhưng đòi hỏi người dùng phải mang theo thẻ, nếu khống có thì
không thể điểm danh được) hay bằng hình thức quét vân tay (hình thức cũng rất phổ
biến trong các doanh nghiệp, công ty hiện nay, chuyên nghiệp, chính xác, yêu cầu
người dùng phải them vân tay trước đó, hay được áp dụng chấm công cho nhân
viên).
Nhận thấy nhu cầu quản lý thường hay có nhiều hình thức xảy ra như điểm
danh chấm công cho nhân viên, hay điểm danh trong trường hợp đột xuất (trong các
cuộc họp), kiểm sóat khách tham quan công ty nên nhóm quyết định chọn đề tài
“Thiết kế và thi công hệ thống điểm danh nhân viên sử dụng vi điều khiển Arm” áp
dụng hai phương pháp quẹt thẻ RFID và quét vân tay để có thể điểm danh trong

hành kết hợp công nghệ RFID và quét vân tay vào mô hình điểm danh bằng đề tài:
“THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỂM DANH NHÂN VIÊN SỬ DỤNG VI
ĐIỀU KHIỂN ARM” kết hợp cả 2 hình thức trên để ứng dụng điểm danh trong công
sở.

1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu về dòng chip STM32 cùng các ngoại vi giao tiếp, song song đó là
tìm hiểu về cảm biến vân tay, RFID và các ngoại vi khác, kết hợp lại cùng với sự
điều khiển của chip và tương tác từ màn hình LCD TOUCH nhằm tạo ra một thiết
bị có khả năng điểm danh bằng cả hai hình thức: quét thẻ,quét vân tay.

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Tìm hiểu và nắm vững các giao tiếp với Kit STM32F103VET6.
 Tìm hiểu và giao tiếp được với cảm biến vân tay R305, Module RFID
RC522, module thời gian thực DS1307, module Wifi ESP8266 và các ngoại
vi khác với chip STM32F103VET6.
 Tìm hiểu và thiết kế được hệ thống cơ sở dữ liệu và giao diện Web Server.
 Thiết kế mô hình máy điểm danh.
 Tiến hành đưa dữ liệu từ mô hình lên Web Server để quản lý từ xa.
 Đánh giá kết quả thực hiện mô hình.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

1


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU YÊU CẦU, GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
 Cải tiến mô hình nhằm tạo ra sản phẩm thương mại (nếu có thể).

1.4. GIỚI HẠN

Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày vấn đề lý do tại sao chọn đề tài, mục đích nghiên cứu
khi làm để tài này, đồng thời nêu giới hạn và bố cục của toàn bộ đề tài.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này sẽ tìm hiểu về dòng vi xử lý ARM, lịch sử phát triển và sự đa
dạng của vi xử lý dòng này, tìm hiểu về thẻ nhớ SD, thiết bị chuyển USB sang
UART, màn hình LCD TFT, và các chuẩn giao tiếp, đồng thời tìm hiểu về các công
nghệ RFID, công nghệ sinh trắc học vân tay.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế
Trình bày sơ đồ khối chức năng các khối, đồng thời thiết kế tính toán để thiết
kế mạch điều khiển mô hình. Trình bày sơ đồ toàn mạch.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống Máy Điểm Danh
Thi công hàn linh kiện lên mạch, lắp ráp kiểm tra toàn bộ mạch, đồng thời test
bằng 1 chương trình cơ bản. Sau đó lắp ráp thành mô hình.
Trình bày lưu đồ giải thuật đồng thời giải thích cách hoạt động của toàn bộ hệ
thống.
Chương 5: Kết Quả Nhận Xét và Đánh Giá
Trình bày kết quả của của thiết kế mô hình và lập trình. Nhận xét đánh giá
mức độ hoàn thiện của mô hình đồng thời nêu những giới hạn của mô hình.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Tổng kết kết quả của toàn bộ mô hình, đưa ra các hướng phát triển cho sản
phẩm sau này.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT



ARMv2

32/26

ARM2, ARM3

ARMv3

32

ARM6, ARM7

ARMv4

32

ARM8

ARM v4T

32

ARM7TDMI, ARM9TDMI

ARMv5

32

ARM7EJ, ARM9E, ARM10E

32

ARM-Cortex-R4, ARM-Cortex-R5, ARM-Cortex-R7

ARMv7-A

32

ARM-Cortex-A5, ARM-Cortex-A7, ARM-Cortex-A8,
ARM- Cortex-A9, ARM-Cortex-A12, ARM-Cortex:
A15 và A17

ARMv8A

64/32

ARM-Cortex-A53, ARM-Cortex-A57

ARMv7-R

Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như không thay đổi kích thước.
ARM2 có 30000 transistors trong khi số lượng transistor của thế hệ ARM6 chỉ tăng
lên đến con số 35000.

2.1.2 Kiến trúc của ARM

Hình 2.2. Kiến trúc của vi xử lý ARM

2.1.3. Giới thiệu ARM Cortex
Để phù hợp với nhu cầu sử dụng, ARM Cortex được chia làm 3 dòng chính:

Hình 2.3. Sơ đồ khối ARM Cortex–M3
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.5. Giới thiệu dòng chip STM32
STM32 là vi điều khiển dựa trên nền tảng lõi ARM Cortex–M3. Lõi ARM
Cortex–M3 là sự cải tiến từ lõi ARM7 truyền thống của công ty ARM.[2]

2.1.6. Giới thiệu về chip STM32F103XXX
Chip STM32F103xxx thuộc nhóm thứ 3 High–density trong 5 nhóm thuộc
dòng ARM STM31F1, với bộ nhớ Flash là 512Kbytes, 11 timers, USB, CAN, ADC
và các chuẩn giao tiếp khác.
Với mô hình máy điểm danh sử dụng vi xử lý ARM này thì nhóm tôi quyết
định chọn con chip STM32F103VET6 vì tốc độ và dung lượng lưu trữ phù hợp với
yêu cầu đặt ra, quan trọng nhất là đã được tiếp xúc trong quá trình học tập .

Hình 2.4. Mô tả chân

Hình 2.5. Hình ảnh thực tế

 Do thuộc dòng High density cùng với 512Kbytes Flash STM32F103VET6 là
chip xử lý mạnh mẽ với:
 72MHz xung nội đem lại một tốc độ xử lý đáng kể.
 3 khối USART (USART1, USART2, USART3) và 2 khối UART (UART4,
UART5).
 4x16 bit timers, 2 basic timers.

Có 4 loại xung clock có thể dùng làm xung clock cho hệ thống (SYSCLK-xung
clock cấp cho khối xử lý):
 HIS (High Speed Internal) nguồn xung clock tốc độ cao bên trong ARM.
 HSE (High Speed External) nguồn xung clock tốc độ cao bên ngoài ARM.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 LSI (Low Speed Internal) nguồn xung clock tốc độ chậm 40kHz ở bên trong
ARM.
 LSE (Low Speed External) nguồn xung clock tốc độ chậm thường được nối
với thạch anh 32,768kHz từ bên ngoài, xung clock này có thể được dùng để
cấp cho RTC.
Mỗi nguồn xung clock có thể được bật, tắt độc lập nhằm tiết kiệm năng lượng.
Chú ý: Muốn hệ thống hoạt động ở tần số cao nhất (72MHz) ta phải sử dụng
HSE (4 – 16MHz) kết hợp với mạch nhân tần số PLLMUL. Thông thường ta chọn
giá trị HSE bằng 8MHz, điều này có nghĩa là ta phải kết nối thạch anh hoặc một
nguồn xung clock 8MHz bên ngoài ARM theo cách được mô tả bên dưới.

Hình 2.7. Cách kết nối nguồn xung 8MHz

Hình 2.8. Sơ đồ cây xung Clock
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

9



0

1

Bộ nhớ hệ thống

Chọn Boot từ bộ nhớ hệ thống

1

1

SRAM

Chọn Boot từ bộ nhớ SRAM

Trạng thái của các chân BOOT được cập nhật vào thời điểm có cạnh lên thứ 4
của xung SYSCLK sau khi Reset. Việc chọn chế độ BOOT phụ thuộc vào việc cài
đặt của người dùng đối với 2 chân BOOT1 và BOOT0 và trạng thái các chân BOOT
này sẽ được cập nhật lại sau mỗi lần thoát khỏi chế độ Standby. Đối với dòng low,
medium, high density thì boot loader sử dụng UART1 để nạp chương trình vào
Flash.
Đổi với dòng conectivity line thì boot loader sử dụng USART1, USART2
(remap), CAN (remap) hoặc USB OTG FS hoạt động ở chế độ DFU-Device
Firmware Upgrade.
Trong chế độ này USART sẽ hoạt động nhờ giao động nội 8MHz (HSI) còn
CAN và USB chỉ có thể hoạt động nhờ dao động ngoại HSE khi kết nối với thạch
anh 8 MHz, 14,7546MHz hoặc 25MHz.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH


Tất cả các thiết bị Slaver bị điều khiển bởi xung đồng bộ phát ra bởi Master.

Hình 2.11. Giao thức Master – Slave trong giao tiếp SPI
Cấu hình ghép nối cơ bản trong giao tiếp SPI:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Cấu hình ghép nối 1 thiết bị

Hình 2.12. Ghép nối một thiết bị
 Cấu hình ghép nối nhiều thiết bị
Mô tả các chân sử dụng trong giao tiếp SPI:
 MISO (Master Input Slave Output).
 MOSI (Master Output Slave Input).
 SCK: xung đồng bộ.
 SS (Slave select): Chân chọn thiết bị (để một thiết bị slave có thể làm việc,
chân SS phải giữ ở mức thấp).
Các thiết bị sử dụng giao tiếp SPI rất đa dạng bao gồm: thẻ nhớ SD/MMC, bộ
nhớ, cảm biến ảnh, LCD, ADC…….

Hình 2.13. Ghép nối nhiều thiết bị

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

12