劉亦萍, 王瑋, 何形，黃佳東, 黃濤, 劉寶鍇

(上海第二工業(yè)大學 電子與電氣工程學院，上海 201209)

基于PSoC的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)

劉亦萍, 王瑋, 何形，黃佳東, 黃濤, 劉寶鍇

(上海第二工業(yè)大學 電子與電氣工程學院，上海 201209)

使用CYPRESS公司生產(chǎn)的PSoC開發(fā)板，在Creator2.0平臺上編程，設(shè)計模擬脈沖產(chǎn)生電路，并由數(shù)字電路組成的計數(shù)器進行二級十六分頻，得到時鐘控制信號，然后用查找表完成控制邏輯的設(shè)計，最終控制彩燈的有序變化，在單芯片上實現(xiàn)了模數(shù)混合的彩燈控制功能。

PSoC開發(fā)板；Creator2.0；脈沖產(chǎn)生電路；十六進制計數(shù)器；分頻；查找表

0 引 言

CYPRESS公司在全球率先實現(xiàn)了在單芯片內(nèi)的“模擬和數(shù)字全混合陣列”，對未來電子系統(tǒng)的設(shè)計方法產(chǎn)生了深遠的影響，本控制系統(tǒng)就是基于CYPRESS公司推出的CY8C3866AXI-040型開發(fā)板，在Creator2.0開發(fā)平臺上進行模擬電路及數(shù)字電路的可編程設(shè)計、聯(lián)調(diào)和硬件實現(xiàn)。

本文將介紹由自行設(shè)計頻率為304 Hz，周期為3.20 ms，最大電壓值為2.48 V的脈沖發(fā)生器為輸入時鐘信號，通過以十六進制計數(shù)器為核心的兩級分頻模塊分頻，得到頻率為1.172 Hz的脈沖，再通過控制邏輯電路，即可實現(xiàn)彩燈有規(guī)律地閃爍。圖1為彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計框圖。

圖1 彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計框圖

1 脈沖發(fā)生器

在PSoC Creator2.0軟件中，設(shè)計如圖2所示脈沖發(fā)生器原理圖，有周期計算公式[1]:

代入電阻電容值，解得T=3.3*10-3s，可知脈沖的頻率為303.03 Hz。

在主界面主菜單下，選擇Build->Build square_wave_genator，使軟件自動產(chǎn)生所需要的應(yīng)用程序接口函數(shù)。然后在主界面的Workspace Explorer窗口下，選擇Source標簽。找到Source Files子條目。選中main.c文件，在文件中加入Opamp_1_Start() ;Opamp_2_Start() 兩句C語言[2]。

圖2 脈沖發(fā)生器

然后進行引腳分配[3]，在主界面主菜單下，選擇Build->Build square_wave_genator，使軟件自動分配引腳；建立完設(shè)計后，用鼠標雙擊square_wave_genator.cydwr文件。打開圖3所示的引腳分配界面，自行分配引腳。

圖3 脈沖發(fā)生器引腳分配

在PSoC開發(fā)板上的面包板上，按照原理圖和分配的引腳外接電阻和電容。對程序進行編譯下載后，將輸出端接入示波器，可得到304.9 Hz的矩形脈沖，與理論計算基本相符。

2 一級分頻和二級分頻

計數(shù)器具有分頻的功能。因此我們在PSoC板上設(shè)計了十六進制計數(shù)器,可以進行十六分頻,通過兩級十六分頻之后，可得到的頻率為f=303/256 Hz=1.18 Hz的矩形脈沖。

十六進制計數(shù)器可以從0000做加法計數(shù)到最大1111。圖4是十六進制計數(shù)器的狀態(tài)圖。在每個計數(shù)脈沖到來時，計數(shù)器從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個狀態(tài)，計數(shù)器的輸出從0000做加法計數(shù)到1111，然后返回到0000 。

圖4 十六進制計數(shù)器狀態(tài)圖

圖5是設(shè)計的十六進制計數(shù)器電路圖，時鐘LUK與圖2中的輸出Vout2相連。Q3,Q2,Q1,Q0依次是高位到低位輸出。該計數(shù)器是以16個LUK脈沖構(gòu)成一個計數(shù)周期，是模16(M=16)加法計數(shù)器。其中Q0,Q1,Q2,Q3分別對LUK脈沖進行了2、4、8、16分頻；

圖5 十六進制計數(shù)器原理圖

圖6 16分頻計數(shù)器內(nèi)核

將圖5原理圖，生成圖6所示的原理圖符號，我們簡稱為16分頻計數(shù)器內(nèi)核[4]。由兩個16分頻計數(shù)器內(nèi)核串接,構(gòu)成256分頻電路。

3 控制邏輯的實現(xiàn)

控制原理是通過四位二進制即十六進制計數(shù)器連接查找表，再通過查找表不同的狀態(tài)輸出來實現(xiàn)彩燈的控制。實現(xiàn)原理圖如圖7。

圖7 計數(shù)器控制彩燈原理圖

我們用查找表實現(xiàn)彩燈控制,設(shè)計4個輸入端，則有24= 16中可能的輸入狀態(tài)，我們按照自己的要求設(shè)計輸出狀態(tài)。在本設(shè)計中，我們規(guī)定1為彩燈亮，0為彩燈滅；在16次計數(shù)過程中，我們采用如圖8所示輸入輸出狀態(tài)。

圖8 查找表設(shè)計

4 電路聯(lián)調(diào)

圖9 彩燈控制數(shù)字電路部分原理圖

將圖2中的Pin_11與圖9中的Pin_8相連，使模擬電路構(gòu)成的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖，經(jīng)過數(shù)字電路構(gòu)成的一級和二級分頻，再經(jīng)過邏輯控制，輸出到LED彩燈，程序經(jīng)編譯、下載到Psoc開發(fā)板上，并在PSoC板上連接好外接元件，經(jīng)過軟硬件聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)了所需彩燈亮暗邏輯功能[5]。

5 結(jié)束語

我們知道，模數(shù)混合電路的可編程實現(xiàn)一直是一個非常具有挑戰(zhàn)性的課題，我們成功地在CYPRESS公司開發(fā)的PSoC板上完成了模擬、數(shù)字電路的設(shè)計和連接，實現(xiàn)了彩燈的有序變幻功能。本設(shè)計對未來實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)有一定的借鑒意義，在單芯片上實現(xiàn)一個完整的“體統(tǒng)”設(shè)計[6]；由于該開發(fā)板獨特的可編程、可配置單元能在設(shè)計時體現(xiàn)其靈活性與簡便性[7]，大大簡化了設(shè)計流程，縮短了開發(fā)周期。而且還具有成本低廉、可擴展、精度高等優(yōu)點。

[1] 林志琦,蔣惠萍. 信號發(fā)生電路原理與實用設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2] 朱明程，李曉濱.PSoC原理與應(yīng)用設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3] 何賓.PSoC模擬與數(shù)字電路設(shè)計指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012.

[4] 何賓.可編程片上系統(tǒng)PSoC設(shè)計指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[5] 顏晗,李平. 基于PSoC和NTC的自容式海水溫度測量儀器設(shè)計[J]. 微計算機應(yīng)用,2008(7)：104-105.

[6] ASHBY ROBERT. Designer’s guide to the Cypress PSoC[M]. Burlington, MA，Elsevier Newnes ，2005.

[7] 葉朝輝，華成英.可編程片上系統(tǒng)(PSoC)原理及實訓(xùn)[M].北京：清華大學出版社，2008.

PSoC-based Control System for Holiday Illumination

LIU Yi-ping, WANG Wei, HE Xing，HUANG Jia-dong, HUANG Tao, LIU Bao-kai

(College of Electronic and Electric Engineering, Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai 201209, China)

The design is realized by the use of the PSoC development board of the CYPRESS Co. We complete programming on the Creator2.0 platform. First, we design an analog circuit to generate pulses, followed by 2-level frequency division by 16 in a counter composed of digital circuitry to obtain a clock control signal. Then, control logic design is conducted by use of the lookup table. Finally, orderly change of the illumination is brought under control to realize analogue-digital illumination control on a single chip.

the PSoC development board, Creator2.0, pulse generating circuit, hexadecimal counter, frequency division, lookup table

上海第二工業(yè)大學大學生科技項目(編號:2014-xjkj-033);上海第二工業(yè)大學?；痦椖?編號:EGD13XQD20);上海第二工業(yè)大學學科建設(shè)基金項目(編號:XXKYS1402)

10.3969/j·issn.1000-3886.2015.02.031

TN402

A

1000-3886(2015)02-0093-02

劉亦萍(1965-),女，江西人，碩士，工程師及講師，主要從事電路理論及微機應(yīng)用研究。 王瑋(1986-)，男，上海人，碩士，助理工程師，主要從事自動化及機器人方面研究。 何形(1992-)，男，湖北人，大學生，通信工程。 黃佳東(1994-)，男，江蘇人，大學生，通信工程。 黃濤(1992-)，男，福建人，大學生，通信工程。 劉寶鍇(1993-)，男，甘肅人，大學生，通信工程，電子郵箱。

定稿日期: 2014-07-02