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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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