CÔNG NGHỆ CHIP PSoC

• Bộ nhớ chương trình 32K byte với khả năng xoá/ghi 100 lần • 2 KByte lưu dữ liệu SRAM • Hệ thộng lập trình nối tiếp ISSP • Cập nhật Flash cục bộ • Chế độ bảo vệ mềm dẻo Lập trình cấu hì

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ CHIP PSoC

• Hai bộ nhân 8x8, bộ tích luỹ 32 bit

• Công suất tiêu thụ thấp với tốc độ cao

• Dải điện áp hoạt động 4,75 - 5,25 V

• Dải nhiệt làm việc độ từ -40 đến +120 0C

Nguyên lý hoạt động (các khối trong PSoC)

12 khối tương tự PSoC Rail to Rail cung cấp

• Các bộ ADC 14 bit

• Các bộ ADC 9 bit

• Các bộ khuếch đại có thể lập trình được

• Các bộ so sánh và lọc lập trình được

16 khối số PSoC cung cấp

• Các bộ định thời, đếm 8 - 32 bit, bộ tạo độ rộng xung PWM

• Bộ dao động thạch anh bên trong 24 M sai số ±4%

• Thạch anh 24 M với tuỳ chọn 32,768 kHz

• Tuỳ chọn bộ dao động ngoài cao nhất 24 MHz

• Dao động trong cho chế độ Watchdog và Sleep

Bộ nhớ bên trong mềm dẻo

• Bộ nhớ chương trình 32K byte với khả năng xoá/ghi 100 lần

• 2 KByte lưu dữ liệu SRAM

• Hệ thộng lập trình nối tiếp ISSP

• Cập nhật Flash cục bộ

• Chế độ bảo vệ mềm dẻo

Lập trình cấu hình các chân

• Dòng thấp 25 mA trên tất cả các chân GPIO

• Kéo lên, kéo xuống, trở kháng cao, dòng cao, hoặc chế độ điều khiển cực máng mở trên tất cả các chân GPIO

• 12 lối vào tương tự trên các chân GPIO

• 4 chân ra 30 mA trên GPIO

• Cấu hình ngắt trên tất cả các chân GPIO

• Phần mềm phát triển miễn phí (bộ thiết kế PSoC)

• Đầy đủ chức năng, bộ nạp ICE và lập trình

3.1.2 Sơ lược chức năng của PSoC

Hình 3.1 Sơ đồ khối của PSoC

Họ PSoC bao gồm một số dãy tín hiệu pha trộn với vi điều khiển tích hợp trên chíp Một số thiết bị được thiết kế để thay thế nhiều thành phần truyền thống trên hệ thống cơ sở MCU với một thiết bị đơn chip có thể lập trình được Thiết bị PSoC bao gồm các khối logic tương tự và số và có thể lập trình kết nối được Cấu trúc này cho phép người sử dụng tạo ra cấu hình nguyên lý theo ý của khách hàng, điều này đáp ứng yêu cầu của từng ứng dụng riêng lẻ Ngoài ra, một CPU tốc độ nhanh, bộ nhớ lập trình Flash, bộ nhớ dữ liệu SRAM, và cấu hình lại cổng vào/ra bao gồm các chân ra tiện lợi và các khối

Kiến trúc PSoC được minh hoạ trên hình 2.1 gồm có 4 vùng chính: lõi PSoC,

hệ thống số, hệ thống tương tự, tài nguyên hệ thống Có thể cấu hình Bus toàn cục cho phép tất cả các tài nguyên thiết bị phối hợp trong một hệ thống hoàn thiện PSoC CY8C29x66 có thể có 6 cổng IO để kết nối tới hệ thống số và tương tự, cung cấp truy cập 16 khối số và 12 khối tương tự

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc của khối số

Bộ nhớ bao gồm 32 KB bộ nhớ chương trình và 2 KB bộ nhớ SRAM Bộ nhớ chương trình Flash tận dụng 4 mức bảo vệ trên các khối 64 byte, cho phép chế độ bảo

vệ phần mềm theo ý khách hàng

Thiết bị PSoC hợp nhất bên trong một cách mềm dẻo tạo ra xung nhịp, bao gồm

24 MHz IMO (bộ dao động chính bên trong) chính xác đến 4 % trong dải nhiệt độ và điện áp Một bộ dao động công suất thấp 32 kHz ILO (bộ dao động bên trong với tốc

độ thấp) được sử dụng cho bộ định thời Sleep và WDT ECO (bộ dao động thạch anh bên ngoài 32,768 KHz) được sử dụng cho đồng hồ thời gian thực RTC và có thể chọn một bộ phát tuỳ chọn hệ thống xung nhịp thạch anh chính xác 24 MHz sử dụng một PLL (vòng bám pha) Xung nhịp, cộng với bộ chia tần (như một tài nguyên hệ thống), cung cấp một cách mềm dẻo những yêu cầu về thời gian trong chíp PSoC

Các chân đa năng GPIO của PSoC cung cấp việc kết nối tới CPU, tài nguyên số

và tương tự của thiết bị Chế độ hoạt động từng chân của phần cứng có thể chọn từ 8 tuỳ chọn, cho phép sự mềm dẻo hơn trong giao diện bên ngoài Mỗi chân có khả năng tạo ra một ngắt hệ thống ở mức cao, mức thấp, và thay đổi từ lần đọc cuối nhất

Hệ thống số

Hệ thống số bao gồm 16 khối số PSoC Mỗi một khối bao gồm 8 bit, chúng có thể được sử dụng đơn hoặc kết hợp với các khối khác để tạo thành 8, 16, 24, và 32 bit, đây gọi là sử dụng các mô đun tham chiếu Cấu hình các ngoại vi số bao gồm:

o Các PWM (8 đến 32 bit)

o Các PWM với thời gian trễ (8 đến 32 bit)

o Bộ đếm (8 đến 32 bit)

o Bộ định thời (8 đến 32 bit)

o UART 8 bit với chọn lựa chẵn lẻ (đến 4 bộ)

o SPI chủ và tớ (đến 4 cho mỗi bộ)

o I2C tớ và đa chủ (1 có sẵn như một nguồn tài nguyên hệ thống)

o Bộ kiểm tra lỗi CRC/ bộ tạo ra dữ liệu dư thừa để kiểm tra lỗi CRG (8 đến 32 bit)

o Bộ tạo quá trình giả ngẫu nhiên (8 đến 32 bit)

Các khối số có thể kết nối tới bất kỳ chân GPIO thông qua một dãy của Bus toàn cục để có thể hướng bất kỳ một tín hiệu tới một chân bất kỳ nào Các Bus cho phép hợp kênh tín hiệu và biểu diễn dưới sự hoạt động logic Cấu hình này là do người thiết kế từ rằng buộc của nguyên lý điều khiển cố định

Các khối số được cung cấp trong 4 hàng Số của các khối thay đổi bởi họ thiết

bị PSoC Điều này cho phép người sử dụng chọn lựa một cách thuận lợi nhất tài nguyên hệ thống cho từng ứng dụng

Hệ thống tương tự

Hệ thống tương tự bao gồm 12 khối cấu hình, mỗi một khối bao gồm một mạch thuật toán cho phép tạo ra sự phối hợp tín hiệu tương tự Nguyên lý tương tự rất mềm dẻo và có thể phù hợp với từng ứng dụng cụ thể theo yêu cầu của khách hàng Một số ngoại vi tương tự PSoC có thể được cấu thành như sau:

o Các bộ chuyển đổi tương tự sang số (lớn nhất là 4, với 6 đến 14 bit, có thể chọ lựa phương pháp tăng ích, Delta Sigma, và SAR)

o Các bộ lọc (2, 4, 6, hoặc 8 cực thông dải, thông thấp, thông hẹp)

o Các bộ khuếch đại (lớn nhất là 4, với sự chọn hệ số khuếch đại 48x)

o Các bộ khuếch đại phối âm (lớn nhất 2, với sự chọn lựa hệ số khuếch đại 93x)

o Các bộ so sánh (lớn nhất là 4, với 16 sự lựa chọn ngưỡng)

o Các bộ chuyển đổi số sang tương tự DAC (lớn nhất là 4, với 6 đến 9 bit)

o Các bộ biến đổi ADC

o Dòng điều khiển lối ra cao (4 với 40 mA như một tài nguyên lõi PSoC)

o Tham chiếu 1.3V (như một tài nguyên hệ thống )

o Bộ quay số DTMF

o Các bộ điều chế

o Các bộ dò đỉnh

o Một số cấu hình khác có thể thực hiện được

Các khối tương tự được trình bày ở hình 3.3:

Hình 3.3 Sơ đồ khối tương tự

o Hai bộ nhân cứng (MAC) cung cấp bộ nhân nhanh 8 bit với tích luỹ 32 bit để giúp cho cả hai bộ tính toán thông thường và bộ lọc số

o Bộ đo cung cấp một phần cứng bộ lọc tuỳ thích cho tín hiệu số, các ứng dụng xử lý bao gồm việc tạo ra bộ chuyển đổi tương tự số Delta Sigma ADC

o Mô đun I2C cung cấp truyền thông 100 và 400 kHz thông qua 2 đường dây Tơ, chủ, và chế độ đa chủ được hỗ trợ tất cả

Ngắt bộ dò điện áp thấp (LVD) có thể báo hiệu cho ứng dụng mức sụt điện áp,

trong mạch POR (Power On Reset) tiên tiến loại trừ cần thiết cho hệ thống giám sát

Một điện áp tham chiếu bên trong cung cấp một tham chiếu tuyệt đối cho hệ thống tương tự, bao gồm các bộ ADC, DAC

Các đặc tính của thiết bị PSoC

Phụ thuộc vào đặc tính thiết bị PSoC của người sử dụng, hệ thống số và tương

tự có thể có 16, 8 hoặc 4 khối số và 12, 6 hoặc 3 khối tương tự Bảng ở dưới cho biết tài nguyên của từng nhóm thiết bị PSoC

Nhóm thiết bị

PSoC vào/ra Chân

số (lớn nhất)

Các dòng khối số

Khối

số Lối vào tương

tự

Lối ra tương

tự

Cột khối tương

tự

Khối tương

tự

RAM trong Bộ nhớ Flash

bên trong

3.2 Ngôn ngữ lập trình cho PSoC

Sau khi thiết kế phần cứng của hệ thống sau bằng chương trình PSoC Designer,

chúng ta bắt đầu tiến hành lập trình cho hệ thống Để lập trình cho chip PSoC, chúng

ta có thể sử dụng 1 trong 2 ngôn ngữ là C và Assembly Nhưng trên thực tế để làm cho

hệ thống linh hoạt và dễ kiểm soát hơn, người ta thường kết hợp cả hai ngôn ngữ này

Ngôn ngữ C cho PSoC cũng gần giống với ngôn ngữ C bình thường, nhưng nó phải hỗ trợ lập trình cấu trúc cho PSoC Vì vậy để viết được tốt ngôn ngữ này chúng ta

phải tìm hiểu kỹ phần: PSoC Designer C Language Compiler User Guide

Còn Assembly giúp chúng ta viết chương trình đáp ứng các điều khiển thời gian thực và điều khiển các ngắt Để lập trình được ngôn ngữ này, chúng ta phải am hiểu sâu về phần cứng của PSoC Chúng ta có thể đọc phần hướng dẫn sử dụng của nhà sản

xuất để có thể hiểu và lập trình được: PSoC Designer Assembly Language User Guide

Trong đề tài này tôi không đi sâu vào miêu tả chi tiết từng loại ngôn ngữ lập trình Chúng ta có thể xem và được hỗ trợ trực tuyến trên trang Web của nhà sản xuất: http://www.cypress.com

Như vậy để thiết kế được một chíp chuyên dụng PSoC, chúng ta phải tiến hành một số bước sau:

• Thiết kế phần cứng cho hệ thống bằng PSoC Designer IDE

• Viết chương trình điều khiển hệ thống băng Assembly hay C

• Nạp chương trình điều khiển vào chip chuyên dụng PSoC ICE

• Chạy thử và dò lỗi chương trình bằng chức năng Debug của PSoC Designer

3.3 Giới thiệu những nét cơ bản về IDE

• Giới thiệu

• Cài đặt PSoC Designer

• Sử dụng IDE (Integrated Development Environment)

• Giới thiệu

Cài đặt PSoC Designer

• Sử dụng IDE (Integrated Development Environment)

Phần mềm yêu cầu

CóCó

Cổng song song EPP hoặc LPT

CóCó

Ổ CD-ROM

1280x1024 1024x768

Độ phân giải đồ họa(16 bit)

512MB 256MB

RAM

1GHz500MHz

Tốc độ xử lý

Giới thiệu Tối thiểu

Yêu cầu của hệ thống

Danh sách các phần mềm được quan tâm để chạy PSoC Designer:

Kiểu File và Đuôi Mở Rộng

Khi bạn tạo một dự án mới, một thư mục gốc gốc với 3 thư mục con sẽ được tạo, với thư mục gốc có tên là tên của dự án Thư mục còn lại là Lib(thư viện), obj(đối tượng), output(các tệp được tạo trong quá trình xây dựng dự án)

Một số định file được sử dụng với phần mềm PSoC Designer: a, asm, c, cfg, dbg, h, hex, inc, lis, lst

Hệ thống file của dự án sẽ có dạng như sau

Application Editor

Để chuyển sang Application Editor bạn click chuột vào

Trong Application Editor bạn có thể nhìn thấy các file của dự án thông qua cây source, cửa sổ file nguồn đang được mở, cửa sổ trạng thái đầu ra

Thiết Lập Cho Dự Án

Trong hộp thoại Project Settings bạn

có thể thay đổi những đặc tính trình biên

Thẻ Compiler

Trong thẻ này bạn có thể lựa chọn trình biên dịch C, định nghĩa Macro, tối ưu hóa tốc

độ cho những hàm toán học, tố ưu hóa luồng dữ liệu trình biên dịch , phân trang RAM, nén mã

Cho phép điều chỉnh các ngắt phát sinh của mỗi module

Lựa chọn kiểu cấu hình khởi tạo(Loop/Direct write)

Dấu kiểm Use verbose build message để nhận các thông điệp lỗi đã dự báo

trước, tích chọn để kích hoạt khả năng này

Compiler

Lựa chọn trình biên dịch

Nhập thông tin bản quyền sử dụng của người dùng

Quy định sử dụng phần mềm

Debugger

- Các thiết đặt để tìm lỗi với 3 lựa chọn

+PC

+ PC/ thanh ghi +PC/Timestamp

-Thiết đặt cổng gỡ lỗi

Device Editor

Thiết đặt cho Design Rule Checker được thực thi tự động hay không

Cho phép điều hướng các thông tin

Device Editor MiniBar

User Module MiniBar

Download MiniBar

Standard

SubSystem MiniBar

Text Editor MiniBar

Design Rule Checker

Chỉ định cấp độ để thực thi Design Rule Checker

Mức thang từ 1 đến 5

Cấp độ càng nhỏ thì càng có quy tắc nghiêm ngặt

Tạo Một Project

Tạo project

Các phương thức để tạo project

Thư mục sao lưu project

PSoC Designer cung cấp một thuật sĩ để chỉ dẫn bạn tạo một project

1.Click vào New project

2.Lựa chọn phương thức để tạo

1.Create New Project 2.Clone Project 3.Create Design-Based Project

3.Đặt tên cho project mới và xác định vùng lưu trữ

4.Click Next

5.Lựa chọn chip để sử dụng

6.Lựa chọn ngôn ngữ để lập trình

Tạo project theo cách thông thường

Tạo project theo một project đã có sẵn

Tạo project với những thiết kế cơ sở

Thư Mục Sao Lưu Project

PSoC Designer luôn duy trì một thư mục sao lưu dự phòng cho project trong thư mục của project với những file đã được chuyển đến bên trong cây nguồn

Lưu lại những file với phiên bản mới nhất, được lưu lần cuối cùng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Họ vi điều khiển 8051 - Tống Văn On

2 Họ vi điều khiên AVR - Ngô Diên Tập

3 8-bit Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash AT90S8535 AT90LS8535

4 8-Bit Microcontroller with 2K Bytes Flash AT89C2051

5 8-bit Microcontroller with 4K Bytes Flash AT89C51

6 8-bit Microcontroller with 20K Bytes Flash AT89C55WD

7 FlashFlex51 MCU SST89C54 / SST89C58

8 Automotive CY8C29466 and CY8C29666

9 PSoC Designer PSoC Programmer User Guide

10 PSoC Designer C Language Compiler User Guide

11 PSoC Designer Assembly Language User Guide

12 PSoC Designer ICE User Guide