Trong bối cảnh công nghệ số và thiết bị âm thanh ngày càng phát triển, việc sở hữu kỹ năng lập trình hệ thống nhúng cùng khả năng kết nối và điều khiển phần cứng đang trở thành yêu cầu bắt buộc đối với sinh viên ngành vi mạch. Tại FPT Jetking, những kỹ năng đó không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà được thể hiện sinh động qua từng đồ án.
Nổi bật trong số đó là đồ án cuối kỳ của nhóm sinh viên lớp C1.2409.E1 với tên gọi “Hệ Thống EQ Âm Thanh – Điều khiển Bass, Treble qua giao tiếp I2C sử dụng IC PT2322” – một sản phẩm thể hiện rõ tư duy kỹ thuật, tính ứng dụng thực tế và sự đầu tư nghiêm túc của sinh viên chỉ mới hoàn thành học kỳ 2.
Ý tưởng xuất phát từ thực tiễn
Đồ án được khởi động với mong muốn xây dựng một hệ thống điều chỉnh âm thanh thông minh có khả năng kiểm soát bass, mid, treble một cách trực quan và tức thời. Nhóm sinh viên đã lựa chọn sử dụng IC PT2322 – một chip âm thanh analog điều khiển nhiều kênh thông qua giao tiếp I2C để thể hiện ý tưởng này. Từ việc điều khiển mức âm thanh real-time đến hiển thị trạng thái qua màn hình LCD, sản phẩm cho thấy rõ sự kết hợp giữa kỹ năng thiết kế số bằng Verilog HDL và khả năng làm việc với hệ thống analog thực tế.
Hệ thống được phát triển với mục tiêu thiết kế một bộ điều khiển EQ âm thanh sử dụng FPGA và giao tiếp I2C, có thể điều chỉnh mức âm bass, mid, treble theo ý muốn của người dùng. Sinh viên đã xây dựng các module Verilog để quản lý giao tiếp I2C với IC PT2322, xử lý dữ liệu từ rotary encoder, điều hướng các chế độ EQ qua nút nhấn, đồng thời hiển thị thông tin điều khiển trên màn hình LCD 16×2. Quan trọng hơn, sản phẩm không chỉ dừng lại ở việc điều khiển mà còn phát ra âm thanh thực tế qua loa kết nối mạch analog, chứng minh khả năng hoạt động của hệ thống trong môi trường thực.
Toàn cảnh kỹ thuật và các thành phần chính
Sản phẩm được vận hành trên board FPGA Zybo sử dụng SoC Zynq-7000 kết hợp giữa vi xử lý ARM Cortex-A9 và FPGA. IC PT2322 đóng vai trò điều khiển âm lượng và tần số âm thanh qua sáu kênh. Người dùng có thể tương tác thông qua rotary encoder và nút nhấn để chuyển đổi các chế độ như volume, bass, mid và treble. Mỗi thao tác điều chỉnh sẽ được hiển thị trực quan trên LCD và truyền gói lệnh đến IC thông qua giao tiếp I2C do chính sinh viên viết bằng Verilog. Hệ thống âm thanh được kiểm chứng qua loa thật, kết nối từ điện thoại hoặc laptop bằng Bluetooth audio line-in.
Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, nhóm sinh viên đã phải đối mặt với nhiều thử thách về kỹ thuật và tích hợp hệ thống. Việc thiết kế giao tiếp I2C yêu cầu xử lý chính xác từng trạng thái theo chuẩn thời gian, chưa kể đến việc phối hợp giữa nhiều module như rotary encoder, LCD, mạch analog, switch điều khiển trong cùng một hệ thống. Nhóm đã tự đọc và hiểu datasheet của IC PT2322 để mapping thanh ghi, xác định địa chỉ điều khiển phù hợp và viết lại toàn bộ module I2C từ đầu bằng Verilog. Mỗi lần gặp lỗi, sinh viên lại phải debug chi tiết từng bước truyền dữ liệu, từ đó hình thành khả năng tự giải quyết vấn đề một cách bài bản.
Khi được đưa vào thử nghiệm, hệ thống điều khiển hoạt động ổn định, thể hiện rõ khả năng tăng giảm âm lượng và thay đổi tần số âm thanh theo thời gian thực. Việc hiển thị chế độ hiện tại và mức điều chỉnh trên LCD giúp người dùng dễ dàng kiểm soát âm thanh. Loa phát ra tín hiệu đúng theo yêu cầu, chứng minh hiệu quả của hệ thống điều khiển. Đây là một bước tiến lớn đối với sinh viên năm nhất trong việc chuyển giao từ lý thuyết trên sách vở thành sản phẩm kỹ thuật cụ thể có thể áp dụng vào thực tiễn.
Hướng phát triển đồ án trong tương lai
Từ nền tảng kỹ thuật đã xây dựng, hệ thống có thể mở rộng thêm nhiều tính năng mới như lưu trữ các cấu hình EQ vào bộ nhớ EEPROM, bổ sung khả năng điều khiển từ xa qua Bluetooth thay vì chỉ nhận tín hiệu âm thanh, xây dựng menu hiển thị chuyên sâu hơn trên màn hình LCD hoặc tích hợp toàn bộ logic điều khiển thành IP core dùng lại trong các sản phẩm khác. Trong tầm nhìn xa hơn, sinh viên có thể nâng cấp sản phẩm lên xử lý tín hiệu số (DSP) nếu muốn cải thiện chất lượng âm thanh và bổ sung các tính năng thông minh hơn.
Đồ án “Hệ Thống EQ Âm Thanh – Điều khiển Bass, Treble qua giao tiếp I2C sử dụng IC PT2322” không chỉ chứng minh khả năng lập trình phần cứng bằng Verilog mà còn thể hiện tư duy thiết kế toàn diện từ phần mềm, phần cứng đến tương tác người dùng. Việc sinh viên có thể đọc hiểu datasheet, tự viết giao tiếp I2C, xây dựng hệ thống FSM và kiểm thử trên board thực tế cho thấy chương trình đào tạo tại FPT Jetking đang tạo ra những kỹ sư có năng lực thực sự, sẵn sàng bước vào ngành thiết kế vi mạch và hệ thống nhúng với sự tự tin cao độ.
Giảng viên Huỳnh Nhựt Hải