基于嵌入式PSOC的MCU选色控制器设计

摘要：阐述cypress公司的可配置片上系统（psoc）的功能及其实现结构；结合选色控制器开发实例，详细阐述使用psoc开发的方法和流程。

其设计方法也可用于其它控制系统或工业自动化等各种应用。

关键词：psoc(可配置片上系统) 选色控制器mcu引言最近几年，随着电子技术及半导体工艺的迅猛发展，片上系统（soc），特别是可配置片上系统psoc （programmable system on chip），已逐渐成为微控制器的主流产品。

因此，要求设计工程师必须迅速地掌握soc的开发特点和要求，尽快融入soc的开发大潮中去。

但是，soc系统设计带来了与传统系统设计全然不同的挑战，其中包括从处理器和存储器的选择到产品环境的考虑。

如果设计工程师能够深入理解soc的开发特点，并且考虑部件之间如何交互，以及各种因素带来的影响等问题，就可以直接提高产品设计的成功率和开发效率，降低系统开发的复杂性和费用，同时增强系统的可靠性和抗干扰能力。

文章根据本人的开发经历，结合选色控制器的开发过程，为设计工程师提供指导，从所有层面上帮助他们为今后的设计项目做更好的准备。

人们在各种各样的微控制器和嵌入式控制系统设计过程中发现，并非不同的设计就必须用到完全不同的外围器件；相反，这其吸大量共的部分，因此，启发了芯片设计工程师建立此种可配置微控制器。

在芯片内建立一些通用的数字和模拟块（digital and analog block），把它们配置成微控制器的各种功能模块（module）。

这样，在asic设计过程中，应用工程师就可以根据自己的不同设计要求调用不同的功能模块，完成芯片内部的功能配置，实现使用一块芯片就可以配置成具多种不同外围器件的微控制器。

目前，市场上有cypress microsystems，inc和cygnal integrated products，inc生产可配置的soc微控制器。

本控制系统选用cypress microsystems,inc生产的m8c内核psoc微控制器作为控制核心。

下面我们首先熟悉开发的任务要求。

选色控制器是一个由信息采集、键盘、显示及输出驱动等部分组成的控制系统，主要用来取代进口和国产剑杆织机上的纸带输入式光电纬纱选色器。

为了便于用户根据不同的实际需要对工作方式及其它参数进行修改，要求所有的参数及组态均可通过面板睥几个操作键进行输入、检查、修改；并可在突然并机的情况下，重新开机后，自动恢复断点参数信息。

根据用户提出的技术指标，我们还必须把它进步量化，并且进一步完成功能设计方案。

1 硬件方案设计1.1 选择微处理器在设计任务确定后，应对控制系统所需要的硬件做出初步估计和选择。

微处理器是整个控制系统的核心，它的选择将对整个控制系统产生决定性的影响。

一般应从以下几个方面考虑微处理器是否符合控制系统的要求：字长、指令的种类和数量、内部寄存器的种类数量、微处理器的速度、中断处理能力以及微处理器的外围电路配套等。

对于外围器件的来源、软件的运行等也是设计人员必须考虑的因素，因为其涉及到整个系统实时控制能力以及硬件和应用程序的分开。

cypress microsystems，inc生产的psoc是新一代功能强大的8位可配置微控制器。

psoc微控制顺片内有8根独立的输入和输出总线，分别与数字和模block相连。

其内部可用的block资源包含：4个基本类型和4个通信类型的数字block，各有3个ct、sca和scb类型模拟block。

使用这些资源可以配置成不贩功能模块，用以实现微控制器标准外围器件的功能。

使用基本类型数字block可配置：*计数器（counter）；*定时器（timer）；*脉宽调制（pwm）；*循环冗余码校验（crc）串行接收（serial receiver）。

使用通信类型数字block可配置：*基本数字block；*串行发送（serial transmitter）;*串行接收（serial receiver）;*spi主端（spi master）;*spi从端（spi slave）。

使用模拟block可配置：*多极滤波器（multi-pole filters）;*放大器（gain stages）;*数模转换（dacs）;*模数转换（adcs）。

在模块功能设计方面，cypress公司把各种常用处理器的外围器件作为设计module的标准，把芯片内数字和模拟block资源组配成标准的功能模块（module），并把这些功能模块存储在器件库中。

用户通过使用其提供的集成开发平台（ide），调用这些功能模块、设定模块时钟输入，配置全局变量和局部变量，设定用户功能参数，完成功能模块的配置。

另外，这些功能模块还可以相互连接，以完成更加复杂的功能。

因此，通过合理的配置数字和模拟block就可以在片内
实现大部分外围器件的工作。

并且，由于设定的参数量存储在片内flash中，因此，无论是在设计之初，还是在产品应用现场，工程师均通过软件重新配置数字和模拟block参数，从而增加/删除功能模块，定义输入/输出引脚，完成硬件升级。

这就是可编程嵌入式片上系统的动态重新配置能力（dynamic reconfigurability）。

因此，可配置片上系统（psoc）允许用户根据自己的需求，定义整个系统所需要的功能模块的种类和数量，分配芯片的资源，完成芯片内部的功能配置。

对于本控制系统来说，可以利用其内部的多个定时器功能模块，完成各个动作之间的间隔和定时，从及复杂的逻辑关系；利用a/d、pga模块，实现键盘输入等功能；利用液晶模块，实现参数的显示等功能；利用psoc具有i/o多的特点，可以方便地实现对多个开关信号量的控制。

因此，利用psoc就可以实现使用一块芯片来配置多种不同外围元器件微控制器。

建立一种可配置控制器，可以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并在片内完成整个选色控制器的设计过程。

本系统使用psoc微控制器具有三个明显优势：①通过使用数字和模拟block配置不同的外围器件，大量的外围器件可以设计成soc；②通过使用内部总线连接用户所选的功能，用户可以建立实际系统信号链，减少大量的外部线路，甚至可以重新分配输入/输出引脚，帮助优化电路板的布局；③最大的益处是它可以实时重新定义模块功能，迅速完成硬件升级，能够适应非常复杂的实时控制需求，同时增强系统的可靠性和抗干扰能力。

1.2 确定总体控制方案选色控制方式是一种典型的顺序控制方式。

顺序控制是工业自动控制系统中一种常见的控制方式，其控制系统一般具有以下一些特性：开关信号量多、定时范围大、逻辑关系复杂、可靠性要求高等。

因此，在总体方案设计时必须考虑其控制特点。

psoc微处理器的所有输入/输出引脚都可以申请中断，各个内部数字和模拟模块也可以申请中断。

因此本系统可以根据要求，方便灵活地申请执行多个中断。

经过对上述各项认真分析后，就可以画出整个系统的概略框图。

本选色控制系统是由存储器、输入/输出电路、液晶显示模块、键盘电路等部件构成，其系统组成如图1所示。

1.3 具体硬件设计方案进入具体设计阶段，必须认真考虑和反复权衡硬件和软件的分工及比例。

硬件和软件设计过程必须同时进行，两者相辅相成。

对于本控制系统的设计来说，由于大部分外围器件的功能是在微控制器片内实现的，因此，外部硬件的主要工作集中在输入/输出接口设计上，而输入/输出接口设计又往往和控制程序交织在一起。

此外，存储器的连接和扩充也是必做的工作。

硬件设计过程中，器件应注意筛选，在布线和安排时，注意制作技术和装配技术，以克服电气干扰。

下面就是具体的硬件设计：在单片配备8位液晶显示器，2×4的键盘，8kb 的存储器。

输入/输出都采用光电隔离，每一路输出还经过功率放大。

（1）psoc微控制器psoc 微控制器控制系统中最主要的部件，它完成对输入信号的判断和逻辑运算，产生时序控制信号，对psoc微控制器的配置可以通过其系统提供的ide集成开发平台上的图形化工具来完成。

选择本控制系统所需的计时器、放大器、液晶等功能模块，配置其内部参数，指定其输入与输出关系，主、输出引脚。

在全局变量部分要配置cpu的工作频率、系统时钟、中断、电荷泵以及其它特性，以此完成psoc微控制器片内配置。

（2）存储器存储器用来存储工作参数和用户应用程序。

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。