- 相關(guān)推薦
基于嵌入式PsoC的MCU選色控制器設(shè)計
摘要：闡述Cypress公司的可配置片上系統(tǒng)（PSoC）的功能及其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)；結(jié)合選色控制器開發(fā)實例，詳細(xì)闡述使用PsoC開發(fā)的方法和流程。其設(shè)計方法也可用于其它控制系統(tǒng)或工業(yè)自動化等各種應(yīng)用。引言
最近幾年，隨著電子技術(shù)及半導(dǎo)體工藝的迅猛發(fā)展，片上系統(tǒng)（SoC），特別是可配置片上系統(tǒng)PsoC（Programmable System on Chip），已逐漸成為微控制器的主流產(chǎn)品。因此，要求設(shè)計工程師必須迅速地掌握SoC的開發(fā)特點和要求，盡快融入SoC的開發(fā)大潮中去。但是，SoC系統(tǒng)設(shè)計帶來了與傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計全然不同的挑戰(zhàn)，其中包括從處理器和存儲器的選擇到產(chǎn)品環(huán)境的考慮。如果設(shè)計工程師能夠深入理解SoC的開發(fā)特點，并且考慮部件之間如何交互，以及各種因素帶來的影響等問題，就可以直接提高產(chǎn)品設(shè)計的成功率和開發(fā)效率，降低系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性和費用，同時增強系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。
文章根據(jù)本人的開發(fā)經(jīng)歷，結(jié)合選色控制器的開發(fā)過程，為設(shè)計工程師提供指導(dǎo)，從所有層面上幫助他們?yōu)榻窈蟮脑O(shè)計項目做更好的準(zhǔn)備。
人們在各種各樣的微控制器和嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，并非不同的設(shè)計就必須用到完全不同的外圍器件；相反，這其吸大量共的部分，因此，啟發(fā)了芯片設(shè)計工程師建立此種可配置微控制器。在芯片內(nèi)建立一些通用的數(shù)字和模擬塊（digital and analog block），把它們配置成微控制器的各種功能模塊（Module）。這樣，在ASIC設(shè)計過程中，應(yīng)用工程師就可以根據(jù)自己的不同設(shè)計要求調(diào)用不同的功能模塊，完成芯片內(nèi)部的功能配置，實現(xiàn)使用一塊芯片就可以配置成具多種不同外圍器件的微控制器。
目前，市場上有Cypress MicroSystems，InC和Cygnal Integrated Products，Inc生產(chǎn)可配置的SOC微控制器。本控制系統(tǒng)選用Cypress MicroSystems,Inc生產(chǎn)的M8C內(nèi)核PsoC微控制器作為控制核心。
下面我們首先熟悉開發(fā)的任務(wù)要求。選色控制器是一個由信息采集、鍵盤、顯示及輸出驅(qū)動等部分組成的控制系統(tǒng)，主要用來取代進口和國產(chǎn)劍桿織機上的紙帶輸入式光電緯紗選色器。
為了便于用戶根據(jù)不同的實際需要對工作方式及其它參數(shù)進行修改，要求所有的參數(shù)及組態(tài)均可通過面板睥幾個操作鍵進行輸入、檢查、修改；并可在突然并機的情況下，重新開機后，自動恢復(fù)斷點參數(shù)信息。
根據(jù)用戶提出的技術(shù)指標(biāo)，我們還必須把它進步量化，并且進一步完成功能設(shè)計方案。
1 硬件方案設(shè)計
1.1 選擇微處理器
在設(shè)計任務(wù)確定后，應(yīng)對控制系統(tǒng)所需要的硬件做出初步估計和選擇。微處理器是整個控制系統(tǒng)的核心，它的選擇將對整個控制系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響。一般應(yīng)從以下幾個方面考慮微處理器是否符合控制系統(tǒng)的要求：字長、指令的種類和數(shù)量、內(nèi)部寄存器的種類數(shù)量、微處理器的速度、中斷處理能力以及微處理器的外圍電路配套等。對于外圍器件的來源、軟件的運行等也是設(shè)計人員必須考慮的因素，因為其涉及到整個系統(tǒng)實時控制能力以及硬件和應(yīng)用程序的分開。
Cypress MicroSystems，Inc生產(chǎn)的PsoC是新一代功能強大的8位可配置微控制器。PsoC微控制順片內(nèi)有8根獨立的輸入和輸出總線，分別與數(shù)字和模block相連。其內(nèi)部可用的block資源包含：4個基本類型和4個通信類型的數(shù)字block，各有3個CT、SCA和SCB類型模擬block。使用這些資源可以配置成不販功能模塊，用以實現(xiàn)微控制器標(biāo)準(zhǔn)外圍器件的功能。
使用基本類型數(shù)字block可配置：
*計數(shù)器（counter）；
*定時器（timer）；
*脈寬調(diào)制（PWM）；
*循環(huán)冗余碼校驗（CRC）串行接收（serial receiver）。
使用通信類型數(shù)字block可配置：
*基本數(shù)字block；
*串行發(fā)送（serial transmitter）;
*串行接收（serial receiver）;
*SPI主端（SPI Master）;
*SPI從端（SPI Slave）。
使用模擬block可配置：
*多極濾波器（multi-pole filters）;
*放大器（gain stages）;
*數(shù)模轉(zhuǎn)換（DACs）;
*模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADCs）。
在模塊功能設(shè)計方面，Cypress公司把各種常用處理器的外圍器件作為設(shè)計Module的標(biāo)準(zhǔn)，把芯片內(nèi)數(shù)字和模擬block資源組配成標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊（module），并把這些功能模塊存儲在器件庫中。用戶通過使用其提供的集成開發(fā)平臺（IDE），調(diào)用這些功能模塊、設(shè)定模塊時鐘輸入，配置全局變量和局部變量，設(shè)定用戶功能參數(shù)，完成功能模塊的配置。另外，這些功能模塊還可以相互連接，以完成更加復(fù)雜的功能。因此，通過合理的配置數(shù)字和模擬block就可以在片內(nèi)實現(xiàn)大部分外圍器件的工作。并且，由于設(shè)定的參數(shù)量存儲在片內(nèi)Flash中，因此，無論是在設(shè)計之初，還是在產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)場，工程師均通過軟件重新配置數(shù)字和模擬block參數(shù)，從而增加/刪除功能模塊，定義輸入/輸出引腳，完成硬件升級。這就是可編程嵌入式片上系統(tǒng)的動態(tài)重新配置能力（Dynamic ReConfigurability）。因此，可配置片上系統(tǒng)（PSoC）允許用戶根據(jù)自己的需求，定義整個系統(tǒng)所需要的功能模塊的種類和數(shù)量，分配芯片的資源，完成芯片內(nèi)部的功能配置。
對于本控制系統(tǒng)來說，可以利用其內(nèi)部的多個定時器功能模塊，完成各個動作之間的間隔和定時，從及復(fù)雜的邏輯關(guān)系；利用A/D、PGA模塊，實現(xiàn)鍵盤輸入等功能；利用液晶模塊，實現(xiàn)參數(shù)的顯示等功能；利用PsoC具有I/O多的特點，可以方便地實現(xiàn)對多個開關(guān)信號量的控制。因此，利用PsoC就可以實現(xiàn)使用一塊芯片來配置多種不同外圍元器件微控制器。建立一種可配置控制器，可以實現(xiàn)從確定系統(tǒng)功能開始，到軟/硬件劃分，并在片內(nèi)完成整個選色控制器的
【基于嵌入式PsoC的MCU選色控制器設(shè)計】相關(guān)文章：
基于AVR的嵌入式在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計11-22
基于PLD的嵌入式系統(tǒng)外存模塊設(shè)計03-18
基于GAL器件的步進電機控制器的研究與設(shè)計03-20
基于RISC技術(shù)的8位微控制器設(shè)計03-19
基于IIS總線的嵌入式音頻系統(tǒng)設(shè)計03-18
基于Nios軟核的嵌入式Internet系統(tǒng)設(shè)計03-20