劉亦萍， 李德運， 何學(xué)誠， 陳陶， 龍康， 楊奇凡

(上海第二工業(yè)大學(xué) 工學(xué)部，上海 201209)

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”[1]，對未來電子系統(tǒng)的設(shè)計方法產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，在半導(dǎo)體技術(shù)高速發(fā)展的今天,芯片集成度越來越高,使得在單芯片上實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)成為可能，Cypress公司率先在業(yè)界實現(xiàn)了完全意義上的PSoC解決方案,即在單芯片上實現(xiàn)了MCU、數(shù)字和模擬系統(tǒng)的高度集成[2]。PSoC技術(shù)的不斷發(fā)展將大大推動電子系統(tǒng)設(shè)計方法的創(chuàng)新，并且對未來嵌入式系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)的影響。

本項目研究有限自動狀態(tài)機(jī)(Finite State Machine,FSM)，利用摩爾狀態(tài)機(jī)設(shè)計編碼檢測器[3]，用PSoC芯片實現(xiàn)數(shù)字編碼檢測器。

本文將介紹通過控制邏輯電路，對計數(shù)器控制查找表產(chǎn)生的1001序列進(jìn)行檢測，再通過編寫代碼實現(xiàn)在LCD屏幕上顯示出檢測到1001的次數(shù)。圖1是編碼檢測系統(tǒng)總框圖。

圖1 編碼檢測系統(tǒng)總框圖

1 檢測信號發(fā)生

圖2中a模塊是設(shè)計集成的十六進(jìn)制計數(shù)器，通過Q3,Q2,Q1,Q0狀態(tài)輸出控制查找表LUT實現(xiàn)所需1001信號的發(fā)生[4]。

圖2 信號發(fā)生集成圖

圖3為由查找表設(shè)計的檢測信號，in3，in2，in1，in0為Q3,Q2,Q1,Q0控制，Out0為檢測信號的輸出，其中含有2個1001序列。

圖3 1001檢測信號設(shè)計

2 序列檢測模塊

設(shè)計1001序列檢測器的邏輯電路圖[5]，因為檢測器通過分析有5種獨立的狀態(tài)，所以使用了3個D觸發(fā)器(當(dāng)n=3時會產(chǎn)生23=8種狀態(tài))。

表1是檢測器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表列出了數(shù)據(jù)輸入端(Data_In)情況，并且狀態(tài)機(jī)將隨著輸入信號變化到兩種可能的下一狀態(tài)中的其中一個。

表1 1001序列檢測器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可得出各觸發(fā)器的布爾邏輯表達(dá)式與檢測器的輸出布爾邏輯表達(dá)式：(Data_In代表輸入，Detected代表輸出)

根據(jù)以上表達(dá)式，在PSOC 3.3平臺上設(shè)計出邏輯電路如圖4所示。

圖4 1001序列檢測器電路圖

將原理圖4集成為圖5中所示的jiance原理圖符號，簡稱為“1001邏輯序列檢測”[6]。

將1001信號發(fā)生與1001序列檢測相連，實現(xiàn)了1001序列檢測。

圖5 1001序列檢測模塊圖

3 計數(shù)顯示

對檢測出的1001信號的次數(shù)可以在LCD顯示屏上顯示[7]。圖6為計數(shù)顯示程序框圖。

圖6 計數(shù)顯示程序框圖

4 系統(tǒng)集成

圖7為1001序列檢測系統(tǒng)集成原理圖。打開引腳分配見表2，進(jìn)行相應(yīng)的引腳分配[8]，通過十六進(jìn)制計數(shù)器和查找表產(chǎn)生的1001信號，經(jīng)過數(shù)字電路構(gòu)成的1001序列檢測器檢測，由LCD顯示檢測出的1001的次數(shù)。程序經(jīng)編譯、下載到PSoC開發(fā)板上，并在PSoC板上連接好外部接線[9]，經(jīng)過軟硬件聯(lián)調(diào)可見，1001序列檢測到則LED亮，并可在LCD顯示屏上顯示檢測到的次數(shù)。

表2 引腳分配

圖7 1001序列檢測系統(tǒng)原理圖

5 結(jié)束語

圖8 基于PSoC編碼檢測器的硬件實現(xiàn)

在數(shù)字系統(tǒng)中，有限自動狀態(tài)機(jī)(FSM)的應(yīng)用研究不多，在本項目里，通過Cypress公司開發(fā)的PSoC開發(fā)板上設(shè)計實現(xiàn)了1001序列的檢測，并通過PSoC C語言編程，實現(xiàn)了對檢測結(jié)果的計數(shù)和LCD的顯示[10]。圖8為基于PSoC編碼檢測器的硬件實現(xiàn)圖。

運用有限自動狀態(tài)機(jī)的設(shè)計方法，同時使用PSoC開發(fā)板與Cypress公司的PSoC 3.3開發(fā)平臺設(shè)計相結(jié)合縮短了開發(fā)周期。