摘要：论述Cypress公司的可装备片上体系(PSoC)的功用及其完结结构;结合选色操控器开发实例，详细论述运用PsoC开发的办法和流程。其规划办法也可用于其它操控体系或工业主动化等各种运用。 关键词：PsoC(可装备片上体系) 选色操控器MCU 导言 最近几年，跟着电子技能及半导体工艺的迅猛发展，片上体系(SoC)，特别是可装备片上体系PsoC(Programmable System on Chip)，已逐步成为微操控器的主流产品。因而，要求规划工程师有必要敏捷地把握SoC的开发特色和要求，赶快融入SoC的开发大潮中去。可是，SoC体系规划带来了与传统体系规划全然不同的应战，其间包含从处理器和存储器的挑选到产品环境的考虑。假如规划工程师能够深化了解SoC的开发特色，而且考虑部件之间怎么交互，以及各种要素带来的影响等问题，就能够直接前进产品规划的成功率和开发功率，下降体系开发的杂乱性和费用，一起增强体系的牢靠性和抗搅扰才能。 文章依据自己的开发阅历，结合选色操控器的开发进程，为规划工程师供给辅导，从一切层面上协助他们为往后的规划项目做更好的预备。 人们在各式各样的微操控器和嵌入式操控体系规划进程中发现，并非不同的规划就有必要用到彻底不同的外围器材;相反，这其吸很多共的部分，因而，启发了芯片规划工程师树立此种可装备微操控器。在芯片内树立一些通用的数字和模仿块(digital and analog block)，把它们装备成微操控器的各种功用模块(Module)。这样，在ASIC规划进程中，运用工程师就能够依据自己的不同规划要求调用不同的功用模块，完结芯片内部的功用装备，完结运用一块芯片就能够装备成具多种不同外围器材的微操控器。 现在，商场上有Cypress MicroSystems，InC和Cygnal Integrated Products，Inc出产可装备的SOC微操控器。本操控体系选用Cypress MicroSystems,Inc出产的M8C内核PsoC微操控器作为操控中心。
下面咱们首要了解开发的使命要求。选色操控器是一个由信息收集、键盘、显现及输出驱动等部分组成的操控体系，首要用来替代进口和国产剑杆织机上的纸带输入式光电纬纱选色器。 为了便于用户依据不同的实践需求对作业方法及其它参数进行修正，要求一切的参数及组态均可经过面板睥几个操作键进行输入、检查、修正;并可在忽然并机的情况下，从头开机后，主动康复断点参数信息。 依据用户提出的技能指标，咱们还有必要把它前进量化，而且进一步完结功用规划计划。 1 硬件计划规划 1.1 挑选微处理器 在规划使命承认后，应对操控体系所需求的硬件做出开端估量和挑选。微处理器是整个操控体系的中心，它的挑选将对整个操控体系发生决定性的影响。一般应从以下几个方面考虑微处理器是否契合操控体系的要求：字长、指令的品种和数量、内部寄存器的品种数量、微处理器的速度、中止处理才能以及微处理器的外围电路配套等。关于外围器材的来历、软件的运转等也是规划人员有必要考虑的要素，因为其涉及到整个体系实时操控才能以及硬件和运用程序的分隔。 Cypress MicroSystems，Inc出产的PsoC是新一代功用强大的8位可装备微操控器。PsoC微操控顺片内有8根独立的输入和输出总线，别离与数字和模block相连。其内部可用的block资源包含：4个根本类型和4个通讯类型的数字block，各有3个CT、SCA和SCB类型模仿block。运用这些资源能够装备成不贩功用模块，用以完结微操控器规范外围器材的功用。 运用根本类型数字block可装备： *计数器(counter); *守时器(timer); *脉宽调制(PWM); *循环冗余码校验(CRC)串行接纳(serial receiver)。 运用通讯类型数字block可装备： *根本数字block; *串行发送(serial transmitter); *串行接纳(serial receiver); *SPI主端(SPI Master); *SPI从端(SPI Slave)。 运用模仿block可装备： *多极滤波器(multi-pole filters); *扩大器(gain stages); *数模转化(DACs); *模数转化(ADCs)。 在模块功用规划方面，Cypress公司把各种常用处理器的外围器材作为规划Module的规范，把芯片内数字和模仿block资源组配成规范的功用模块(module)，并把这些功用模块存储在器材库中。用户经过运用其供给的集成开发渠道(IDE)，调用这些功用模块、设定模块时钟输入，装备大局变量和局部变量，设定用户功用参数，完结功用模块的装备。别的，这些功用模块还能够相互衔接，以完结愈加杂乱的功用。因而，经过合理的装备数字和模仿block 就能够在片内完结大部分外围器材的作业。而且，因为设定的参数量存储在片内Flash中，因而，无论是在规划之初，仍是在产品运用现场，工程师均经过软件从头装备数字和模仿block参数，然后添加/删去功用模块，界说输入/输出引脚，完结硬件晋级。这便是可编程嵌入式片上体系的动态从头装备才能(Dynamic ReConfigurability)。因而，可装备片上体系(PSoC)答运用户依据自己的需求，界说整个体系所需求的功用模块的品种和数量，分配芯片的资源，完结芯片内部的功用装备。 关于本操控体系来说，能够运用其内部的多个守时器功用模块，完结各个动作之间的距离和守时，从及杂乱的逻辑联系;运用A/D、PGA模块，完结键盘输入等功用;运用液晶模块，完结参数的显现等功用;运用PsoC具有I/O多的特色，能够便利地完结对多个开关信号量的操控。因而，运用PsoC就能够完结运用一块芯片来装备多种不同外围元器材微操控器。树立一种可装备操控器，能够完结从承认体系功用开端，到软/硬件区分，并在片内完结整个选色操控器的规划进程。 本体系运用PSoC微操控器具有三个显着优势：①经过运用数字和模仿block装备不同的外围器材，很多的外围器材能够规划成SoC;②经过运用内部总线衔接用户所选的功用，用户能够树立实践体系信号链，削减很多的外部线路，乃至能够从头分配输入/输出引脚，协助优化电路板的布局;③最大的好处是它能够实时从头界说模块功用，敏捷完结硬件晋级，能够习惯十分杂乱的实时操控需求，一起增强体系的牢靠性和抗搅扰才能。 1.2 承认整体操控计划 选色操控方法是一种典型的次序操控方法。次序操控是工业主动操控体系中一种常见的操控方法，其操控体系一般具有以下一些特性：开关信号量多、守时规模大、逻辑联系杂乱、牢靠性要求高级。因而，在整体计划规划时有必要考虑其操控特色。 PSoC微处理器的一切输入/输出引脚都能够请求中止，各个内部数字和模仿模块也能够请求中止。因而本体系能够依据要求，便利灵敏地请求履行多个中止。 经过对上述各项仔细剖析后，就能够画出整个体系的概略框图。本选色操控体系是由存储器、输入/输出电路、液晶显现模块、键盘电路等部件构成，其体系组成如图1所示。 1.3 详细硬件规划计划 进入详细规划阶段，有必要仔细考虑和重复权衡硬件和软件的分工及份额。 硬件和软件规划进程有必要一起进行，两者相得益彰。关于本操控体系的规划来说，因为大部分外围器材的功用是在微操控器片内完结的，因而，外部硬件的首要作业会集在输入/输出接口规划上，而输入/输出接口规划又往往和操控程序交错在一起。此外，存储器的衔接和扩大也是必做的作业。 硬件规划进程中，器材应留意挑选，在布线和组织时，留意制造技能和安装技能，以战胜电气搅扰。下面便是详细的硬件规划：在单片装备8位液晶显现器，2%26;#215;4的键盘，8KB的存储器。输入/输出都选用光电阻隔，每一路输出还经过功率扩大。 (1)PSoC微操控器 PSoC微操控器操控体系中最首要的部件，它完结对输入信号的判别和逻辑运算，发生时序操控信号，对PSoC微操控器的装备能够经过其体系供给的IDE集成开发渠道上的图形化东西来完结。挑选本操控体系所需的计时器、扩大器、液晶等功用模块，装备其内部参数，指定其输入与输出联系，主、输出引脚。在大局变量部分要装备CPU的作业频率、体系时钟、中止、电荷泵以及其它特性，以此完结PSoC微操控器片内装备。 (2)存储器 存储器用来存储作业参数和用户运用程序。随机存储器有动态随机存储器DRAM和静态随机存储器SRAM两种。DRAM尽管价格低，但它需求不断改写。 PSoC单片机没有改写功用，为了运用DRAM，不得不添加改写电路。这样总的价格并不低，且使电路杂乱化，牢靠性下降，因而本体系中选用SRAM—— 6264。 当6264的CE1为高电平或CE2为怦不时，6264处于低功耗的坚持状况，此刻流过的电源电流为坚持电流，只要μA级。在坚持状况的情况下，VCC可降至3V左右，内部所存储数据不会丢掉。由此可见，只要在掉电之后坚持CE1为高，并坚持VCC大于3V，就可坚持RAM中所存储数据不变，且耗费VCC 的电流很小。由此能够树立数据存储保护电路。 (3)液晶模块 字符型液晶显现模块是一类专用于显现字母、数字、符号等的点阵型液晶显现模块。字符型液晶显现驱动操控器广泛运用于字符型液晶显现模块上。现在PSoC微操控器内液晶模块仅支撑HD44780U显现驱动操控器。 (4)输入电路 单片机只能承受0～5的逻辑电路平信号，而现场作业信号是按钮、行程开关。输入电路完结电平转化使命，一起为了体系的安全和牢靠，还要考虑信号的滤波和阻隔问题。 本体系选用的是光电阻隔及电平转化电路。光电耦合器以光电转化原理传输信息，它不只使信息宣布端(收侧)与信息接纳并输出端(二次侧)是电绝缘的，然后对地电位差搅扰有很强的按捺才能，而且有很强的按捺电磁搅扰才能，且速度高、价格低、接口简略，因而得到广泛的运用。光电耦合器的一次侧都是发光二极管，可是二次侧侧则有多种结构，如光敏二极管、光敏晶体管等，因而就有二极管-二极管光电耦全器、二极管一晶体管光电耦全器等多种类型的光电耦全器。本体系选用 TPL521-4，它在同一个封装内4个相同而独立的光电耦合器。TPL521首要用于工业操控中，其速度不高。 (5)输出电路 输出电路首要包含两部分：一是阻隔，二是功率扩大。在次序操控体系中，单片机输出的操控信号常用来操控继电器等履行机构，它们需求较大的功率，因而输出信号需求光阻隔和扩大后才输出到履行机构。 2 织机选色器的功用规划 织机选色操控器是一个能够编程的次序操控器。它有两个作业状况：编程状况和运转状况。编程状况的主程序的功用为更新显现器上显现的内容、用户键入修改相应的用户程序。键盘有MOD、TAB、INC、DEC、ENT这5个键，用于输入程序和参数。下面介绍这些键的功用。 MOD形式键：用于编程状况和运转状况之间的切换。编程状况下，用户能够完结用户程序的修改;运转状况下，用于显现程序履行的过程。 TAB光标移动键：用于屏幕光标的移动，跟着光标处于不同的变量方位，标明此变量处于修改状况。此变量能够修改。 INC添加键：在编程状况下，按下此键，光标所在方位的变量加1。 DEC削减键：在编程状况下，按下此键，光标所方位的变量减1。 ENT承认键：变量改动后，按此键承认更改。 为了使织机选色器能依照用户输入的程序履行，咱们设定了固定的程序格局。用户按此格局输入用户程序，织机选色器就可按程序进行作业。其格局如下： 程序号段号色号纬数最大段号程序号：标明履行或修改的程序称号。 段号：标明程序步的标号。 色号：标明此次选中的色彩。 纬数：标明打纬的次数。 最大段号：标明程序循环段数。 运用以上界说的几个键，就能够完结用户程序输入。在开机后处于运转状况中，此刻履行监控中的键盘、显现器管理程序，输入信号监控。依据输入信号履行用户预先存储在存储器内的程序。 3 详细软件规划计划 用户经过键盘编写用户程序，为此在外部存储空间中预留必定的存储空间供用户存储用户程序。用户能够随时调用、检查、修改自己的选色程序。详细做法依据程序号承认高位址，依据段号承认低位地址，然后向不同字节写入色号和纬数的信息，最大段号存放在一个固定的地址中。在作业进程中，相同依据程序号承认高位地址，依据段号承认低位地址，然后读出存放在不同字节内的色号和纬数信息。 4 MCU内部资源装备 和一般的ASIC规划比较较，PsoC的规划首要有必要完结片内功用模块的规划。因而，可装备片上体系规划流程和集成开发环境上也与通用的AS%&&&&&%规划流程及集成开发环境有所不同。PSoC规划有必要首要完结芯片内部资源的规划，其片内资源规划流程详细为： *承认体系需求; *挑选用户模块; *放置用户模块; *设置大局变量和用户模块参数; *界说输出引脚; *发生运用代码; *修改运用代码。 因而，在集成开发环境内依照规划流程完结设备修改器参数装备。 图2 4.1 用户模块的挑选和放置 挑选Timer16、Timer8、PGA、SAR6、LCD模块，如图2所示。IDE内含用户模块描绘、阐明，以及用户辅导/代码摘抄、阅览模块的用户辅导信息，以供装备运用。数字模块放置一般没有什么约束，尽量运用根本类型的数字模块;模仿模块只能放置在答应的方位。 4.2 设置大局变量和用户模块参数 大局资源 24V1=16 ;装备体系时钟一 24V2=16 ;装备体系时钟二 Timer16模块 Clock=CPU_32KHz ;时钟挑选 Capture=Low ;捕捉功用关 Period=65535 ;装备period CompareValue=Terminal Count ;指定中止类型 InterruptType=Terminal Count ;指定中止类型 Output=None Timer8模块 Clock=CPU_32KHz ;时钟挑选 Capture=Low ;捕捉功用关 Period=255 ;装备period CompareValue=Terminal Count ;指定中止类型 InterruptType=Terminal Count ;指定中止类型 Output=None PGA模块 Gain=1 ;单元增益 Input=AnalogColumn_InputMUX_3 ;信号输入 Reference=AGND ;参阅地 Analogbus=Disable ;输出总线 AnalogColumn_InputMUX_3=PORT_0_2;输入总线 Specify Pinout P0[2]=Analog_Input ;模仿输入引脚 SAR6模块 SignSource=ACA03 ;信号挑选 ClockPhase=Normal ;时钟挑选 LCD模块 LCDPort=Port_0 ;数据口 BarGraph=Enable ;启用 4.3 界说输出引脚 输入/输出引脚指定 P2[2]=StdCPU RisingEdge(Int);选色 P2[3]=StdCPU DisablrInt ;倒棕输入 P2[4]=StdCPU DisablrInt ;加纬 P2[5]=StdCPU DisablrInt ;减纬 P1[1]=AnalogColumn_InputMUX_3(High Z)键盘输入 4.4 发生运用代码 在完结功用模块的参数装备作业后，体系就主动生成运用程序接口API和中止服务程序ISR，而且主动刺进到工程项目中。规划工程师可在此根底之上填写运用代码，完结用户程序的编制。 结语 总的来说，在根据PSoC的选色操控体系中，除了单个无法集成的器材以外，选色操控体系所运用的大部分器材均能够集成到PSoC芯片中去，运用体系电路板变得很简练，这关于减小体系的体积和功耗、前进体系的牢靠性都是十分有利的。与传统解决计划比较，可装备嵌入式片上体系供给的解决计划具有无法比拟的优越性。
