【文章內(nèi)容簡介】 塊可以驅(qū)動管腳輸出。數(shù)字模塊通過輸入輸出總線和外部管腳連接。模擬模塊之間的連接通過指定模塊中的參數(shù)值直接顯示出來。模擬模塊和數(shù)字模塊是通過模擬時鐘開關(guān)連接的。模擬時鐘開關(guān)連接單個數(shù)字模塊的輸出到每個功能單元的模擬時鐘。比較單元總線連接模擬單元總線的輸出到數(shù)字模塊的輸入。, PSoC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為2 大塊。，F(xiàn)LA SH 和SRAM 以及8 位CPU 構(gòu)成基本的微處理器系統(tǒng)。芯片內(nèi)設(shè)時鐘振蕩器無需外部提供時鐘，此外器件還內(nèi)建有溫度傳感器和基準(zhǔn)參考電平電路。，虛線框內(nèi)的部分就是PSoC 的結(jié)構(gòu)單元，他由許多模擬PSoC 模塊和數(shù)字PSoC 模塊以及可編程互聯(lián)陣列（PIA）構(gòu)成。這些模擬和數(shù)字PSoC 塊通過PIA 的互聯(lián)可以組合成各種外圍設(shè)備,我們把這些組合而成的外設(shè)稱之為用戶模塊。模擬用戶模塊包括: ADC，DAC，濾波器、放大器等。數(shù)字用戶模塊包括：UART，PWM，SP I接口等?；旌夏K包括：DTMF 發(fā)生器、Modem 等。這些用戶模塊可以通過PIA 連接到通用I/O 口的管腳(GPIO) 上。除此之外，芯片內(nèi)還集成有乘法和累加器單元以支持DSP算法功能，以及數(shù)字濾波器專用的采樣電路模塊。 PSOC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖PSoC內(nèi)部有8個可定義的數(shù)字PSoC 塊。每一個數(shù)字PSoC 塊有3個可定義的數(shù)據(jù)寄存器，所有的數(shù)據(jù)寄存器通過8b內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和CPU內(nèi)核相連，CPU通過由I/O 地址空間尋址的控制寄存器定義PSoC塊。 塊構(gòu)成的中斷定時器。寄存器“DR0”定義為減法計數(shù)器，寄存器“DR1”用于存放計數(shù)器的預(yù)設(shè)值。當(dāng)計數(shù)器減到零或計數(shù)器的值與存放于寄存器“DR2”中捕獲值相等時，計數(shù)器產(chǎn)生一個到CPU 的中斷。計數(shù)器的時鐘可以通過編程連到器件內(nèi)的任何一個時鐘源上。將2個PSoC 塊并連在一起可以構(gòu)成一個16b計數(shù)器，同樣更多的PSoC 并連可以構(gòu)成24b及32b的計數(shù)器。 數(shù)字PSOC塊構(gòu)成的中斷定時器PSoC 內(nèi)部有12個可定義的模擬PSoC 塊, 分為兩組。一組有4 個CT (Cont inuous Time)、另一組有8 個SC(Switched Capacitor)。 模擬PSoC 塊的基本結(jié)構(gòu)。他的塊的核心是一個運(yùn)算放大器，這個運(yùn)放根據(jù)需要也可以定義為一個比較器。運(yùn)放的輸入端可以連接到GP IO 的輸入管腳上，也可以接到器件內(nèi)其他模擬PSoC塊上。模擬地( 正常設(shè)為VCC2) 也可以接到V REF +(1125 V ) 或VREF ( 1125 V ) 上。一個可編程的電阻陣列提供2 個串聯(lián)的電阻, 每個電阻的值可設(shè)定為1～ 16。電阻和運(yùn)放構(gòu)成了一個增益可調(diào)的正相或反相放大器。 模擬PSoC 塊構(gòu)成的反相放大器。他的輸入端來自其他的模擬PSoC 塊(CT 或SC 塊)。在本例中，放大器的增益取決于電阻R f∶R i 的比值，其值的大小可以從1/16 到15 倍。 塊的應(yīng)用實例。這里有2 個CT 塊組成一個完整的差分放大器，他的輸入端接到器件的GP IO 管腳上。其增益值為1～16。SC 模擬PSoC 塊可以用來實現(xiàn)更復(fù)雜的模擬功能模塊如：雙二階濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。 塊的基本結(jié)構(gòu)。同樣，他的塊的核心也是一個運(yùn)算放大器， 運(yùn)放的周圍有4個電容，將各個電容按需要并聯(lián)起來作為一個電容，可以改變他的電容量， %。圖中的橢園代表相位控制開關(guān)，他的切換頻率可以由用戶控制每一個開關(guān)有2 個輸入一個輸出。開關(guān)在2 個輸入和輸出之間來回切換。， 在相位1 時，開關(guān)通常連到模擬地，在相位2 時， 開關(guān)連到其他輸入端上。例如，圖中運(yùn)放的反向輸入端和輸出端之間的相位控制開關(guān)在相位1 時將兩端短路， 在相位2 時， 兩端開路(開關(guān)切換到上面的輸入端, 而該輸入端懸置開路)。SC 模擬PSoC塊， 最多可以有3 個輸入通道， 在大多數(shù)情況下， 輸入端都是通過可編程互聯(lián)陣列P IA 連接到其他的PSoC 塊上。某些情況下，也可直接連到GP IO 管腳上。 由兩個CT模擬PSOC模塊構(gòu)成的放大器3．2 Cy8c24423的內(nèi)部資源CYPRESS公司生產(chǎn)的Cy8c24423是新一代功能強(qiáng)大的8位可配置微控制器。內(nèi)部集成有模擬和數(shù)字邏輯電路可編程模塊、一個快速8位MCU、4kB閃存、256字節(jié)SRAM、8根獨(dú)立的輸入和輸出總線。其內(nèi)部可用的模塊資源包含：4個基本類型的數(shù)字模塊和6個模擬模塊，使用基本類型數(shù)字模塊可配置：計數(shù)器（counter）；定時器（timer）；脈寬調(diào)制（PWM）等。使用模擬模塊可配置：放大器（gain stages）；模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADCs）等。使用這些資源可以配置成不同的功能模塊，用以實現(xiàn)微控制器標(biāo)準(zhǔn)外圍器件的功能。所有PSoC器件都是可動態(tài)重配置的，使設(shè)計人員能動態(tài)地設(shè)計并實現(xiàn)新的系統(tǒng)功能。設(shè)計人員可在不同的時間段配置同一模塊給不同的管腳，從而提高了芯片利用率。本課題設(shè)計的智能控制器選用PSOC芯片數(shù)字模塊中的時鐘模塊（TIMER）、脈寬調(diào)制（PWM）；模擬模塊中的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）以及模擬開關(guān)電容模塊（AMUX）和硬件配置模塊可編程增益放大器（PGA）。其中模擬開關(guān)電容模塊起多路開關(guān)作用；PGA起放大電壓和電流信號的作用，并且增益有MCU自動調(diào)節(jié)。以下具體芯片封裝及管腳描述。 ADC模塊工作原理PSoC 集成開發(fā)環(huán)境Designer 提供7 種不同類型的AD 轉(zhuǎn)換器模塊可供用戶選擇。這7 種AD 模塊以及它們所使用的數(shù)字模塊和模擬模塊數(shù)、API 函數(shù)所占用的存儲器資源、分辨率、轉(zhuǎn)換速率以及輸入時鐘頻率見表1 所列。在表1 中，ADCINC12 和ADCINC14 分別是12 位和14 位分辨率的增量型AD 轉(zhuǎn)換器，ADCINCVR 是7～13 位可變分辨率增量型AD 轉(zhuǎn)換器，DELSIG8 和DELSIG11 分別是8 位和11 位分辨率的Δ Σ 型AD 轉(zhuǎn)換器，DUALADC 是雙7～13 位可變分辨率、增量型AD 轉(zhuǎn)換器(該器件可用于同時轉(zhuǎn)換兩路AD 信號)，SAR6 是6位分辨率的逐次比較型AD 轉(zhuǎn)換器。從表1 中可以看到，這些轉(zhuǎn)換模塊的最大轉(zhuǎn)換速率與分辨率的大小成反比。需要說明的是，在分辨率相同的情況下，Δ Σ型AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率要比增量型AD 轉(zhuǎn)換器更快。而一旦選定某個ADC 模塊，它的轉(zhuǎn)換速率的大小與輸入的時鐘頻率成正比。輸入時鐘頻率可以在Designer 中的DeviceEditor 環(huán)境下進(jìn)行設(shè)定。DELSIG8 和DELSIG11 可以分別選擇一個或兩個SC 模擬模塊，選擇兩個SC 模擬模塊比選擇一個具有更高的信噪比PSoC 中的ADC 模塊從AD 轉(zhuǎn)換的原理上可分為兩種類型：增量型AD 轉(zhuǎn)換器和Δ Σ型AD 轉(zhuǎn)換器。 是12 位增量型AD 轉(zhuǎn)換器的簡化原理圖。 12 位增量型AD 轉(zhuǎn)換器的簡化原理圖 動態(tài)配置能力及實現(xiàn)方法閃存存儲器是一類非易失性存儲器NVM，它即使在供電電源關(guān)閉后仍能保持片內(nèi)信息；而諸如DRAM、SRAM這類易失性存儲器，當(dāng)供電電源關(guān)閉是其片內(nèi)信息隨即丟失。閃速存儲器還集合了其他非易失性存儲器的特點(diǎn)：與EPROM相比較，閃速存儲器在系統(tǒng)電可擦除和可重復(fù)編程具有明顯的優(yōu)勢，它不需要特殊的高電壓就可以完成擦除或編程操作；與EPROM相比較，閃速存儲器具有成本低、密度大的特點(diǎn)。其獨(dú)特的性能使其廣泛地運(yùn)用各個領(lǐng)域，包括嵌入式系統(tǒng)。PSOC器件內(nèi)就集成有一個硅／氧化硅工藝制造的閃速存儲器，以及快速微控制器（MCU）和SROM及模擬和數(shù)字的可編程陣列模塊（即PSOC模塊）。在PSOC芯片內(nèi)共有2個256字節(jié)的寄存器空間。這些寄存器空間可以用于個性化和參數(shù)化設(shè)定片上資源和數(shù)據(jù)讀寫；通過系統(tǒng)提供的PSOC　DESIGNER開發(fā)工具，設(shè)計人員可以合理地配置數(shù)字和模擬PSOC BLOCK參數(shù)，并且寫入PSOC芯片的閃速存儲器中，完成PSOC芯片設(shè)計工作。當(dāng)PSOC芯片工作時，芯片根據(jù)已配置的數(shù)字和模擬PSOC BLOCK參數(shù)，完成對寄存器空間設(shè)定，配置系統(tǒng)硬件；根據(jù)不同的系統(tǒng)需求，設(shè)計人員可以改變數(shù)字和模擬PSOC　BLOCK參數(shù)的配置，實現(xiàn)多種特定配置的MCU外圍元器件的功能。不但如此，PSOC還可以實現(xiàn)動態(tài)重新配置，即在運(yùn)行時，根據(jù)系統(tǒng)不同時刻的需求，通過編程動態(tài)地改變存儲在片內(nèi)閃速存儲器中設(shè)定的參數(shù)，重新定義系統(tǒng)所需要的功能模塊的種類和數(shù)量，動態(tài)地完成芯片上資源的重新分配，實現(xiàn)新的外圍元器件的功能。這就是可編程片上系統(tǒng)的動態(tài)重新配置能力。 3．3 智能控制器硬件方案設(shè)計電動自行車控制器的主要控制功能有：電機(jī)調(diào)速控制、剎車控制、蓄電池欠壓保護(hù)、電機(jī)過載保護(hù)、電機(jī)過熱保護(hù)及控制器過流保護(hù)等。以下給出以PSOC芯片為核心的電動自行車智能控制器，包括驅(qū)動電路、過流保護(hù)、欠壓保護(hù)、剎車、調(diào)速各單元實現(xiàn)方案。 驅(qū)動電路驅(qū)動電路中的主要元器件是三極管、二極管、電阻、電容、MOS管連接而成。PSOC發(fā)出的驅(qū)動信號不足以驅(qū)動MOS管，經(jīng)過三極管放大電路放大后，驅(qū)動MOS管。上管驅(qū)動通過電容充放電達(dá)到驅(qū)動電壓自舉的功能。 過流保護(hù)電路過流保護(hù)電路的功能是保證電路中的電流不過超過一定的值，從而保證電路中的原器件不會因為電流過大而導(dǎo)致燒毀。過流保護(hù)電路是通過比較器LM358實現(xiàn)的，LM358中一半作放大電路，另一半作比較電路。其中電阻R20R203起分壓作用。若比較器管腳2比管腳3電壓高，則OC低電平給芯片，說明相線電流超過門檻值，PSOC根據(jù)OC電平變化切斷電路，達(dá)到過流保護(hù)的目的。 欠壓保護(hù)電路當(dāng)電源電池的電量不足時，其輸出電壓將降低，這樣電池的損耗非常大。欠壓保護(hù)就是在電池電量不足時，及時切斷電源。，電源電壓48伏通過電阻分壓，得到的電壓值由PSOC芯片讀取，當(dāng)電源電壓低于門檻電壓時，PSOC切斷電路，起到欠壓保護(hù)的作用。其中的電容起濾波抗干擾的作用。R28100KR210KC7104+48VOLR310k 欠壓保護(hù)電路 調(diào)速剎車電路 （1）調(diào)速電路