Buổi bảo vệ đồ án là cơ hội để sinh viên thể hiện tư duy kỹ thuật và khả năng vận dụng kiến thức thiết kế mạch số vào các bài toán thực tiễn. Dự án Hệ thống Điều khiển Đèn giao thông thông minh trên nền tảng FPGA của nhóm sinh viên lớp C2502E với định hướng xây dựng hệ thống điều khiển thời gian thực, ứng dụng máy trạng thái hữu hạn (FSM) và công nghệ phần cứng số, đã trở thành một trong những đồ án nổi bật tại lễ bảo vệ vừa qua.
Đội ngũ thực hiện dự án: Hệ thống Điều khiển Đèn giao thông thông minh trên nền tảng FPGA.
Nhóm Hệ thống Điều khiển Đèn giao thông thông minh trên nền tảng FPGA gồm 4 thành viên, mỗi người đảm nhiệm một vai trò riêng biệt, tạo nên sự phối hợp chặt chẽ trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Nguyễn Danh Vinh – Leader, phụ trách điều phối chung và thiết kế hệ thống. Nguyễn Bá Nam Sơn – RTL Designer, đảm nhiệm xây dựng các module chức năng. Nguyễn Minh Khang – Verification Engineer, phụ trách kiểm thử và mông phỏng hệ thống. Nguyễn Minh Quang – Hardware Implementation & Documentation, thực hiện triển khai trên board FPGA và hoàn thiện tài liệu kỹ thuật. Việc phân công dựa trên thế mạnh từng thành viên đã giúp nhóm phối hợp hiệu quả và đảm bảo tính ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Ý tưởng hình thành từ bài toán giao thông đô thị
Ý tưởng của đồ án bắt nguồn từ việc quan sát thực tế các hệ thống đèn giao thông hiện nay – nơi nhiều nút giao vẫn vận hành theo cơ chế cố định và thiếu khả năng thích nghi với điều kiện ngày – đêm hoặc lưu lượng phương tiện thay đổi.
Nhóm chia sẻ rằng: “Qua quá trình quan sát, chúng em nhận thấy đèn giao thông là một hệ thống rất quen thuộc nhưng lại chứa nhiều bài toán kỹ thuật quan trọng, đặc biệt là vấn đề điều khiển thời gian và trạng thái hoạt động. Từ đó, nhóm quyết định lựa chọn đề tài Hệ thống Điều khiển Đèn giao thông thông minh trên nền tảng FPGA, nhằm ứng dụng máy trạng thái hữu hạn (FSM) và tư duy thiết kế mạch số để xây dựng một mô hình điều khiển có tính chính xác, ổn định và có khả năng mở rộng như chế độ ban đêm.”
Đồ án tập trung xây dựng mô hình điều khiển đèn giao thông thông minh trên nền tảng FPGA, trong đó toàn bộ hoạt động được xử lý theo thời gian thực thông qua máy trạng thái hữu hạn (FSM). Hệ thống mô phỏng đầy đủ chu trình Đỏ – Vàng – Xanh tại ngã tư, kết hợp bộ đếm ngược hiển thị trên LED 7 thanh giúp người quan sát dễ dàng theo dõi trạng thái hoạt động.
Bên cạnh đó, hệ thống được tích hợp cảm biến ánh sáng nhằm tự động phân biệt chế độ ngày – đêm, cho phép chuyển sang chế độ nhấp nháy đèn vàng khi cần thiết. Cách tiếp cận này giúp mô hình vận hành linh hoạt hơn, thể hiện rõ tư duy điều khiển thông minh trong các hệ thống giao thông hiện đại.
Công nghệ và phương pháp được áp dụng
Trong quá trình thực hiện, nhóm đã áp dụng các công nghệ và công cụ tiêu biểu trong lĩnh lực thiết kế phần cứng số. Ngôn ngữ mô tả phần cứng: Verilog HDL. Công cụ phát triển: Vivado Design Suite. Phần cứng: Board FPGA Basys 3 sử dụng chip Artix-7. Phương pháp thiết kế: Top-down Design (thiết kế từ tổng thể đến chi tiết), Modular Design (chia hệ thống thành các module độc lập như bộ chia xung, FSM, giải mã LED…). Cách tiếp cận này giúp hệ thống dễ quản lý, thuận tiện cho việc kiểm thử và sửa lỗi trong quá trình phát triển.
Nguyễn Danh Vinh – Leader chia sẻ: “Khó khăn lớn nhất mà nhóm gặp phải là đồng bộ thời gian (Timing & Synchronization) giữa hệ thống đèn tín hiệu và bộ đếm ngược trên LED 7 thanh. Ở giai đoạn đầu, nhóm đã gặp phải tình trạng đèn đã chuyển màu nhưng số hiển thị vẫn chưa cập nhật kịp.”
Để giải quyết vấn đề đồng bộ, nhóm đã phải tính toán lại Clock Divider cẩn thận để tạo ra xung chuẩn 1Hz, đồng thời thiết kế lại máy trạng thái (FSM) để việc chuyển trạng thái và việc nạp lại giá trị bộ đếm (cnt) diễn ra trong cùng một chu kỳ xung nhịp.
Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, giảng viên hướng dẫn đã đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng tư duy cho nhóm. Ngay từ đầu, thầy đã khuyến khích nhóm chia nhỏ hệ thống thành các module thay vì viết toàn bộ trong một file duy nhất.
Khi nhóm gặp lỗi mô phỏng không chạy đúng, thầy đã gợi ý kiểm tra lại tín hiệu Reset và tham số Timescale – những chi tiết nhỏ nhưng mang tính quyết định trong thiết kế phần cứng. Nhờ sự hướng dẫn đó, nhóm từng bước tháo gỡ được các nút thắt kỹ thuật quan trọng.
Khoảnh khắc đầu tiên nạp bitstream xuống board FPGA là kỷ niệm khó quên với cả nhóm. Khi các LED chuyển màu đúng nhịp 1 giây và LED 7 thanh hiển thị chính xác, mọi người đều vỡ òa vì những dòng code đã thực sự hoạt động trên phần cứng. Ở giai đoạn cận ngày báo cáo, hệ thống gặp lỗi nhấp nháy gây nhiều áp lực về thời gian. Nhóm đã nhanh chóng chia nhau xử lý báo cáo và debug phần cứng. Sau khi điều chỉnh lại tần số quét LED, hệ thống hoạt động ổn định và hoàn thành đúng yêu cầu đề ra.
Ý nghĩa đồ án đối với sinh viên
Đối với nhóm, đồ án không chỉ là một bài kiểm tra học phần mà còn là quá trình chuyển hóa kiến thức lý thuyết thành sản phẩm thực tế. Những nội dung như Flip-Flop, logic tổ hợp hay FSM không còn mang tính khô khan mà được thể hiện thông qua hệ thống phần cứng hoạt động trực quan. Trong quá trình triển khai, sinh viên từng bước hình thành tư duy thiết kế mạch, khả năng phân tích lỗi và xử lý vấn đề kỹ thuật. Đồng thời, đồ án cũng rèn luyện sự kiên trì, tính cẩn thận và tinh thần trách nhiệm – những yếu tố quan trọng đối với một kỹ sư công nghệ trong tương lai.
Dự án “Hệ thống Điều khiển Đèn Giao Thông Thông Minh trên nền tảng FPGA” không chỉ là một đồ án học phần mà còn là bước đệm quan trọng giúp sinh viên Chip Design hình thành tư duy thiết kế phần cứng một cách bài bản. Thông qua quá trình xây dựng kiến trúc hệ thống, mô phỏng và triển khai trên phần cứng thực tế, các thành viên có cơ hội tiếp cận quy trình làm việc gần với môi trường kỹ thuật chuyên nghiệp. Từ đó, dự án góp phần tạo nền tảng vững chắc để sinh viên tự tin theo đuổi các lĩnh vực chuyên sâu như hệ thống nhúng, vi mạch số và thiết kế FPGA trong hành trình học tập tiếp theo tại FPT Jetking.
Huyền Tomato – Ngọc Anh – Phòng Quan hệ doanh nghiệp