Kết hợp giữa phần cứng cảm biến và ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog, sinh viên Huỳnh Phương Thanh Phát – lớp C1.2503.E1 đã mang đến đồ án nổi bật “Verilog – Cảm biến DHT11 hiển thị LCD” trong học kỳ 2, khóa học Thiết kế Vi mạch – FPT Jetking. Dự án không chỉ thể hiện khả năng tư duy logic và kỹ năng lập trình FPGA, mà còn cho thấy tinh thần sáng tạo và ứng dụng thực tiễn của sinh viên trong lĩnh vực vi mạch số.
Kết hợp lý thuyết và thực hành trong môi trường FPGA
Khi chia sẻ về lý do lựa chọn đề tài, Phát cho biết xuất phát từ mong muốn khám phá sâu hơn về giao tiếp ngoại vi và xử lý tín hiệu trong FPGA thông qua việc kết hợp giữa cảm biến DHT11 và ngôn ngữ Verilog. Thay vì sử dụng vi điều khiển truyền thống, Phát đã xây dựng toàn bộ mô hình giao tiếp và hiển thị bằng Verilog, qua đó hiểu rõ hơn về cách phần cứng hoạt động, truyền nhận dữ liệu, và biểu diễn tín hiệu thực tế.
Dự án hướng đến việc thiết kế và mô phỏng giao tiếp cảm biến DHT11 bằng Verilog, hiển thị dữ liệu nhiệt độ – độ ẩm lên màn hình LCD 16×2, đồng thời tích hợp và vận hành trên board Zynq-7020. Đây là bước tiến giúp sinh viên làm chủ kỹ năng lập trình RTL, nắm vững chu kỳ tín hiệu và thời gian lấy mẫu – yếu tố cốt lõi trong thiết kế số.
Quy trình triển khai từ mô phỏng đến thực thi trên FPGA
Trong quá trình thực hiện, Phát bắt đầu bằng việc nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu của cảm biến DHT11, sau đó viết các module Verilog để đọc dữ liệu cảm biến và điều khiển LCD. Các module được tích hợp tại tầng top-level, mô phỏng trên Vivado trước khi tiến hành synthesis và implementation để nạp lên FPGA.
Sau nhiều lần hiệu chỉnh và kiểm thử, sản phẩm đã hoạt động ổn định, hiển thị chính xác dữ liệu thời gian thực lên LCD. Đặc biệt, quá trình xử lý được thực hiện toàn bộ bằng Verilog, không dựa vào bất kỳ vi điều khiển nào – điều thể hiện khả năng nắm vững nền tảng thiết kế phần cứng thuần túy.
Thử thách kỹ thuật và cách vượt qua
Thách thức lớn nhất của dự án nằm ở tính nhạy thời gian của giao thức DHT11, đòi hỏi độ chính xác đến từng microsecond. Để khắc phục, Phát sử dụng bộ đếm dựa trên clock của FPGA nhằm căn chỉnh chính xác độ rộng xung và mô phỏng tín hiệu trước khi chạy thật. Việc này giúp loại bỏ lỗi timing và đảm bảo tín hiệu truyền nhận chính xác giữa cảm biến và LCD.
Trong quá trình làm việc, cũng không ít lần dự án gặp trục trặc. Một trong những kỷ niệm đáng nhớ là khi LCD hiển thị toàn ký tự lạ do chưa khởi tạo đúng chế độ 4-bit. Sau nhiều giờ “debug”, chỉ cần thêm vài mili-giây chờ LCD ổn định, dòng chữ “Temp: 30C – Humi: 57%” xuất hiện – khoảnh khắc khiến tác giả cảm thấy “FPGA thật sự biết nói”.
Sản phẩm hoàn thiện và tiềm năng mở rộng
Sản phẩm “Verilog – Cảm biến DHT11 hiển thị LCD” mang tính ứng dụng cao với khả năng hoạt động ổn định và hiển thị thời gian thực. Việc xử lý toàn bộ bằng Verilog giúp tối ưu tốc độ và độ chính xác của hệ thống. Dự án có thể mở rộng bằng cách tích hợp thêm module UART hoặc Wi-Fi để gửi dữ liệu lên PC hoặc Cloud, hướng đến các hệ thống IoT hoặc giám sát thông minh trong tương lai.
Thông qua đồ án, sinh viên đã nâng cao đáng kể năng lực thiết kế và lập trình FPGA, hiểu sâu về giao tiếp ngoại vi và hiển thị LCD, cũng như nắm vững quy trình mô phỏng, tổng hợp và kiểm thử phần cứng thực tế. Quan trọng hơn, dự án giúp rèn luyện tinh thần kiên nhẫn, tỉ mỉ và khả năng xử lý tình huống trong môi trường kỹ thuật chuyên sâu.
Huỳnh Phương Thanh Phát chia sẻ: “Lần đầu tiên cảm biến và LCD cùng hoạt động chính xác, mình cảm thấy như vừa khiến FPGA ‘biết nói’ — một trải nghiệm đáng nhớ và đầy cảm hứng.”
Theo nhận xét từ giảng viên, bài tập này thể hiện tư duy thiết kế logic tốt, khả năng nắm vững giao thức DHT11 và vận dụng Verilog hiệu quả. Sản phẩm hoàn thiện, hiển thị rõ ràng và có tính ứng dụng cao. Tuy nhiên, để đạt mức tối ưu hơn, sinh viên có thể tinh chỉnh cấu trúc mã Verilog nhằm tiết kiệm tài nguyên FPGA và dễ dàng mở rộng trong các phiên bản sau.
Tổng thể, đây là một bài tập xuất sắc, minh chứng cho khả năng kết hợp nhuần nhuyễn giữa lý thuyết và thực hành, điều mà FPT Jetking luôn hướng đến trong hành trình đào tạo kỹ sư vi mạch thế hệ mới.
Giảng viên Trương Huy Hoàng