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      基于嵌入式PsoC的MCU選色控制器設計

      時間:2024-09-13 02:33:48 理工畢業論文 我要投稿
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      基于嵌入式PsoC的MCU選色控制器設計

      摘要:闡述Cypress公司的可配置片上系統(PSoC)的功能及其實現結構;結合選色控制器開發實例,詳細闡述使用PsoC開發的方法和流程。其設計方法也可用于其它控制系統或工業自動化等各種應用。

      引言

      最近幾年,隨著電子技術及半導體工藝的迅猛發展,片上系統(SoC),特別是可配置片上系統PsoC(Programmable System on Chip),已逐漸成為微控制器的主流產品。因此,要求設計工程師必須迅速地掌握SoC的開發特點和要求,盡快融入SoC的開發大潮中去。但是,SoC系統設計帶來了與傳統系統設計全然不同的挑戰,其中包括從處理器和存儲器的選擇到產品環境的考慮。如果設計工程師能夠深入理解SoC的開發特點,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,就可以直接提高產品設計的成功率和開發效率,降低系統開發的復雜性和費用,同時增強系統的可靠性和抗干擾能力。

      文章根據本人的開發經歷,結合選色控制器的開發過程,為設計工程師提供指導,從所有層面上幫助他們為今后的設計項目做更好的準備。

      人們在各種各樣的微控制器和嵌入式控制系統設計過程中發現,并非不同的設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,啟發了芯片設計工程師建立此種可配置微控制器。在芯片內建立一些通用的數字和模擬塊(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設計過程中,應用工程師就可以根據自己的不同設計要求調用不同的功能模塊,完成芯片內部的功能配置,實現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生產可配置的SOC微控制器。本控制系統選用Cypress MicroSystems,Inc生產的M8C內核PsoC微控制器作為控制核心。

      下面我們首先熟悉開發的任務要求。選色控制器是一個由信息采集、鍵盤、顯示及輸出驅動等部分組成的控制系統,主要用來取代進口和國產劍桿織機上的紙帶輸入式光電緯紗選色器。

      為了便于用戶根據不同的實際需要對工作方式及其它參數進行修改,要求所有的參數及組態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,自動恢復斷點參數信息。

      根據用戶提出的技術指標,我們還必須把它進步量化,并且進一步完成功能設計方案。

      1 硬件方案設計

      1.1 選擇微處理器

      在設計任務確定后,應對控制系統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的核心,它的選擇將對整個控制系統產生決定性的影響。一般應從以下幾個方面考慮微處理器是否符合控制系統的要求:字長、指令的種類和數量、內部寄存器的種類數量、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計人員必須考慮的因素,因為其涉及到整個系統實時控制能力以及硬件和應用程序的分開。

      Cypress MicroSystems,Inc生產的PsoC是新一代功能強大的8位可配置微控制器。PsoC微控制順片內有8根獨立的輸入和輸出總線,分別與數字和模block相連。其內部可用的block資源包含:4個基本類型和4個通信類型的數字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,用以實現微控制器標準外圍器件的功能。

      使用基本類型數字block可配置:

      *計數器(counter);

      *定時器(timer);

      *脈寬調制(PWM);

      *循環冗余碼校驗(CRC)串行接收(serial receiver)。

      使用通信類型數字block可配置:

      *基本數字block;

      *串行發送(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);

      *數模轉換(DACs);

      *模數轉換(ADCs)。

      在模塊功能設計方面,Cypress公司把各種常用處理器的外圍器件作為設計Module的標準,把芯片內數字和模擬block資源組配成標準的功能模塊(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平臺(IDE),調用這些功能模塊、設定模塊時鐘輸入,配置全局變量和局部變量,設定用戶功能參數,完成功能模塊的配置。另外,這些功能模塊還可以相互連接,以完成更加復雜的功能。因此,通過合理的配置數字和模擬block就可以在片內實現大部分外圍器件的工作。并且,由于設定的參數量存儲在片內Flash中,因此,無論是在設計之初,還是在產品應用現場,工程師均通過軟件重新配置數字和模擬block參數,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的動態重新配置能力(Dynamic ReConfigurability)。因此,可配置片上系統(PSoC)允許用戶根據自己的需求,定義整個系統所需要的功能模塊的種類和數量,分配芯片的資源,完成芯片內部的功能配置。

      對于本控制系統來說,可以利用其內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,從及復雜的邏輯關系;利用A/D、PGA模塊,實現鍵盤輸入等功能;利用液晶模塊,實現參數的顯示等功能;利用PsoC具有I/O多的特點,可以方便地實現對多個開關信號量的控制。因此,利用PsoC就可以實現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,可以實現從確定系統功能開始,到軟/硬件劃分,并在片內完成整個選色控制器的

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