nghiên cứu bộ thí nghiệm psoc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU BỘ THÍ NGHIỆM PSOC S K C 0 9 MÃ SỐ: T2009 – 84 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG: NGHIÊN CỨU BỘ THÍ NGHIỆM PSOC MÃ SỐ: T2009 – 84 THUỘC NHĨM NGÀNH : ĐIỆN TỬ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI : VÕ THÁI SIM ĐƠN VỊ : KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TP Hồ Chí Minh – 05/2010 Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM MỤC LỤC Tóm tắt kết nghiên cứu trang Phần I : Đặt vấn đề Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước Tầm quan trọng đề tài Giới hạn đề tài Phần II: Giải vấn đề Mục đích đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phần mềm lập trình nạp 11 Một số ứng dụng 16 Phần III: Kết đạt 24 Kết luận 25 Tài liệu tham khảo 26 Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TĨM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu thí nghiệm PSoC Mã số: T2009 – 84 Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Tel.: 0933784578 E-mail:hell_angel1612@yahoo.com Cơ quan chủ trì đề tài: khoa Điện – Điện tử Cơ quan cá nhân phối hợp thực hiện: Thời gian thực hiện: từ 15/09/2009 đến 20/5/2010 Mục tiêu: Nghiên cứu, tìm hiểu tổng quan thí nghiệm PsoC Nội dung chính: - tìm hiểu, nghiên cứu lý thuyết PsoC - tìm hiểu phần mềm PsoC Designer PsoC Programmer Cypress để lập trình cho thí nghiệm - nghiên cứu số ứng dụng thí nghiệm PsoC 3.Kết đạt (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xã hội, v.v…) - Về mặt khoa học: nghiên cứu tổng quan lý thuyết PsoC - Về mặt ứng dụng: sử dụng phần mềm PsoC Desiner Programmer Cypress hỗ trợ cho Chip PsoC để viết số chương trình điều khiển cụ thể, ứng dụng việc giảng dạy thực tập cho sinh viên thí nghiệm 4.Điểm mới: cơng nghệ PsoC cơng nghệ Việt Nam, dòng sản phẩm có tính vượt trội hẳn so với loại vi điều khiển từ trước đến mà thường hay sử dụng Địa ứng dụng: thí nghiệm có điều kiện cho phép, ứng dụng cơng tác giảng dạy thực tập, bên cạnh mơn thực tập dòng vi điều khiển sẵn có trước Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Sự phát triển cơng nghệ điện tử ngày nói chung vi điều khiển nói riêng làm thay đổi mặt đời sống xã hội Cùng với thay đổi nhu cầu tìm hiểu, học tập vi điều khiển ngày cao Việc nắm bắt, nghiên cứu ứng dụng kịp thời cơng nghệ kỹ thuật phát triển, thiết bị, linh kiện vấn đề quan trọng góp phần đưa đất nước ta bắt kịp với nước giới Đặc biệt, tầng lớp giảng viên sinh viên, nên chịu khó học hỏi tiến khoa học cơng nghệ phải người tiên phong nghiệp Cũng bắt nguồn từ mong muốn đó, tơi muốn góp phần cơng sức nhỏ nhằm tạo điều kiện cho bạn sinh viên nắm bắt cơng nghệ tiên tiến cho ứng dụng sau Hiện nay, thị trường Việt Nam xuất dòng sản phẩm PSoC với tính hồn tồn vượt trội so với họ vi điều khiển trước Họ vi điều khiển cho phép ta biên tập cấu hình phụ linh hoạt Từ việc nắm bắt ưu điểm, lợi thế, khả ứng dụng phát triển mạnh họ vi điều khiển này, nên chúng tơi định nghiên cứu giới thiệu đến bạn họ vi điều khiển Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc: Cơng nghệ điện tử ngày phát triển với đời vi xử lý, vi điều khiển với tốc độ cao, điều phần đáp ứng nhu cầu phát triển ngày cao xã hội Tìm hiểu vi điều khiển cách khoa học, có kết cao, có sở cho việc tiếp cận hệ thống điều khiển đại giới điều thiết thực Xuất phát từ thực tiễn này, tơi định chọn đề tài “ Nghiên cứu Kit Thí Nghiệm PSoC” Cụ thể, tơi sâu vào nghiên cứu vi điều khiển CY8C24794 Đây linh kiện tương đối hồn chỉnh họ PSoC PSoC họ vi điều khiển tích hợp nhiều ưu điểm họ vi điều khiển trước phát triển thêm đặc tính ưu việt hẳn Tất linh kiện họ bao gồm hai khối chức khối chức số khối chức tương tự Các khối cho phép người sử dụng cấu hình theo mong muốn để tạo các ứng dụng đặc biệt Khối tương tự bao gồm chuyển đổi A/D D/A, khối làm tăng độ lợi, lọc cấu hình khối đặc biệt khác Với cấu hình tinh vi, độ nhạy, độ xác cao tạo vi điều khiển PSoC đặc tính khác biệt so với họ vi điều khiển khác Đặc biệt thiết bị PSoC hãng Cypress MicroSystems bình chọn cơng nghệ hay năm 2001 Sản phẩm có độ tin cậy cao, giá rẻ, tiêu tốn lượng tiện dụng Phạm vi ứng dụng lại rộng rãi, tự động đo, kiểm tra thơng số kho nơng phẩm, dược phẩm, vũ khí, trang thiết bị cơng nghiệp bệnh viện Qua vài đặc tính chúng tơi mơ tả trên, phần bạn cảm nhận ưu thế, tầm quan trọng, thiết thực nghiên cứu thiết bị Tầm Quan Trọng Của Đề Tài Nhu cầu tìm hiểu tiếp cận dòng sản phẩm mới, cơng nghệ kỹ thuật tiên tiến sinh viên, xã hội lớn Cho nên, xuất sản phẩm hay cơng nghệ đòi hỏi phải có nhóm nghiên cứu Điều góp phần thu hẹp khoảng cách chênh lệch trình độ khu vực, quốc gia giới Có lẽ bạn ngạc nhiên biết nữ kỹ sư Việt Nam - Phan Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Minh Tân (thuộc Viện Cơng Nghệ Thơng Tin) vinh dự dành giải đặc biệt, kèm tiền thưởng 10.000 USD thi quốc tế thiết kế chế tạo Chip thơng minh theo cơng nghệ PSoC, cơng ty Cypress MicroSystems cơng ty CMP Media (Mỹ) tổ chức Theo kỹ sư Tân, ý tưởng bà xuất phát từ đề tài giáo sư Phạm Thượng Cát phụ trách Ơng Cát nhận thấy việc mua thiết bị đo nước ngồi đắt tiền thân chúng có nhiều hạn chế nên ơng định phải chế tạo thiết bị phù hợp, rẻ tiền, cạnh tranh với quốc gia khác Chính lý mà cơng nghệ PSoC đưa vào Việt Nam Cũng nắm bắt xu hướng nên tơi cảm thấy hữu ích chọn đề tài này, gặp khơng khó khăn làm đề tài Giới Hạn Đề Tài PSoC dòng sản phẩm tương đối thị trường Việt Nam Chính thế, sản phẩm chưa bán rộng rãi thị trường,nên để có linh kiện tài liệu phục vụ cho việc nghiên cứu, đòi hỏi phải thời gian nhiều Thêm vào đó, tài liệu tham khảo phần lớn thu thập từ mạng Internet, trang Website nước ngồi, điều làm chậm tiến độ nghiên cứu đề tài Vì vậy, tơi sâu vào nghiên cứu đặc tính, tập lệnh, phần mềm phục vụ cho ứng dụng v.v Dùng ngơn ngữ C để viết chương trình mơ tả tính thí nghiệm Song mặt hạn chế chưa khai thác hết tính trội họ vi điều khiển so với họ vi điều khiển khác như: ADC, DAC, khuếch đại, lọc, thu phát quang học, giao tiếp I2C… Nhưng hy vọng với kết nghiên cứu này, phần tạo tiền đề cho bạn có kiến thức để sâu vào nghiên cứu ứng dụng hết ưu điểm, tính lại họ vi điều khiển Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Mục đích đề tài: PSoC họ vi điều khiển tích hợp nhiều ưu điểm họ vi điều khiển trước phát triển thêm đặc tính ưu việt hẳn Do đó, mục đích đề tài nghiên cứu thí nghiệm PsoC để hiểu rõ mặt lý thuyết xây dựng ứng dụng vào thực tế nghiên cứu học tập, giảng dạy Phƣơng pháp nghiên cứu: Đọc tài liệu liên quan đến PsoC, lý thuyết ứng dụng Nghiên cứu cách thức sử dụng phần mềm hỗ trợ Cypress, tài liệu lập trình dùng ngơn ngữ C cho PsoC Sau nghiên cứu xong tài liệu lý thuyết tiến hành viết số chương trình ứng dụng thực tế cho thí nghiệm PsoC thành cơng Nội dung nghiên cứu: a Giới thiệu sơ lƣợc PsoC: PSoC từ viết tắt cụm từ tiếng Anh (Programmable System On Chip), nghĩa hệ thống khả trình chíp Các chíp chế tạo theo cơng nghệ PSoC cho phép thay đổi cấu hình đơn giản cách gán chức cho khối tài ngun có sẵn Chip Hơn nữa, kết nối tương đối mềm dẻo khối chức với khối chức với cổng vào Chính vậy, PSoC thay cho nhiều chức số hệ thống đơn Chip Thành phần Chip PSoC bao gồm khối ngoại vi số tương tự cấu hình được, vi xử lý Bit, nhớ chương trình (EEROM) lập trình nhớ RAM lớn Để lập trình hệ thống, người sử dụng cung cấp phần mềm lập trình, ví dụ cho Chip PSoC Cyress, người lập trình phải có phần mềm PSoC Designer Ngồi ra, để cài chương trình điều khiển vào Chip người lập trình phải có Kit phát triển hãng chế tạo Chip cung cấp (hoặc nạp) Phần mềm thiết kế xây dựng sở hướng đối tượng với cấu trúc Module hóa Mỗi khối chức Module mềm Việc lập cấu hình cho Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Chip tùy thuộc vào người lập trình thơng qua mộ số thư viện chuẩn Người lập trình thiết lập cấu hình Chip đơn giản cách muốn Chip có chức kéo chức thả vào khối tài ngun số tương tự , hai tùy theo chức (phương pháp lập trình kéo thả) Việc thiết lập ngắt chân nào, loại ngắt gì, chân vào hoạt động tùy thuộc vào việc thiết lập người lập trình thiết kế lập trình cho PSoC Với khả đặt cấu hình mạnh mẽ này, thiết bị điều khiển, đo lường gói gọn Chip Chính lý đó, hãng Cypress Microsystems khơng gọi sản phẩm vi điều khiển (µC) truyền thống, mà gọi “thiết bị PSoC” (PSoC Device), họ hy vọng với khả đặt cấu hình mạnh mẽ này, người sử dụng có thiết bị điều khiển, thiết bị đo giá rẻ, kích thước nhỏ gọn, sản phẩm PSoC họ thay thiết bị dựa vi xử lý vi điều khiển có từ trước đến b Các thơng số kỹ thuật: • Bộ vi xử lý với cấu trúc Harvard (Cấu trúc phần cứng Harvard cấu trúc mà Bus liệu, Bus địa tín hiệu điều khiển nhớ chương trình nhớ liệu độc lập với Điều làm cho tốc độ truy xuất tăng lên)  Tốc độ vi xử lý lên đến 24 MHz  Lệnh nhân bit x bit, ghi tích lũy 32 bit  Hoạt động tốc độ cao mà lượng tiêu hao  Dải điện áp hoạt động từ 3.0 tới 5.25V  Điện áp hoạt động giảm xuống 1.0 V sử dụng chế độ kích điện áp  Hoạt động dải nhiệt độ từ 400 C đến 850 0C • Các khối ngoại vi đƣợc sử dụng độc lập kết hợp  12 khối ngoại vi tương tự thiết lập để làm nhiệm vụ:  Các ADC lên tới 14 bit  Các DAC lên tới bit  Các khuếch đại lập trình hệ số khuếch đại  Các lọc so sánh lập trình Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM  khối ngoại vi số thiết lập để làm nhiệm vụ:  Các định thời đa chức năng, đếm kiện, đồng hồ thời gian thực, điều chế độ rộng xung có khơng có dải an tồn (deadband)  Các modun kiểm tra lỗi (CRC modunles)  Hai truyền thơng nối tiếp khơng đồng hai chiều, Cypresss cho đời loại Psoc hỗ trợ chuẩn USB USB khơng dây  Các truyền thơng SPI Master Slave cấu hình Có thể kết nối với tất chân vào • Bộ nhớ linh hoạt chíp  Khơng gian nhớ chương trình Flash từ 4K đến 16K, phụ thuộc vào loại chíp với chu kỳ ghi xóa cho nhớ Flash 50.000 lần  Khơng gian nhớ RAM 256 byte  Chíp lập trình thơng qua chuẩn nối tiếp (ISSP)  Bộ nhớ Flash nâng cấp phần  Chế độ bảo mật đa năng, tin cậy  Có thể tạo khơng gian nhớ Flash chíp lên tới 2,304 byte • Có thể lập trình đƣợc cấu hình cho chân chíp  Các chân vào ba trạng thái sử dụng Trigger Schmitt  Đầu logic cung cấp dòng 25mA với điện trở treo cao thấp bên  Thay đổi ngắt chân  Đường tương tự cung cấp dòng tới 40mA  Đường đa chức có từ đến 44 tùy thuộc vào loại chíp • Xung nhịp chíp lập trình đƣợc  Bộ tạo dao động 24/48MHz bên (độ xác 2,5%, khơng cần thiết bị ngồi)  Có thể lựa chọn dao động ngồi lên tới 24MHz  Bộ dao động thạch anh 32,768 kHz bên  Bộ tạo dao động tốc độ thấp bên sử dụng cho Watchdog Sleep Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang Nghiên cứu thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM void GenerateOneThirdDutyCycle(void); /* Divide by eight function */ void GenerateOneThirdDutyCycle(void) { /* set period to eight clocks */ PWM16_WritePeriod(999); /* set pulse width to generate a 33% duty cycle */ PWM16_WritePulseWidth(332); /* ensure interrupt is disabled */ PWM16_DisableInt(); /* start the PWM16! */ PWM16_Start(); } Chƣơng trình điều khiển CSD: Example This code starts the user module and continuously scans the sensors The communication section can be used to communicate values to a PC charting tool // // Sample C code for the CSD module // Scanning all sensors continuously // #include // part specific constants and macros #include "PSoCAPI.h" // PSoC API definitions for all User Modules void main() { M8C_EnableGInt; CSD_Start(); CSD_InitializeBaselines() ; //scan all sensors first time, init baseline CSD_SetDefaultFingerThresholds() ; // // Loop Forever // while (1) { CSD_ScanAllSensors(); //scan all sensors in array (buttons and sliders) CSD_UpdateAllBaselines(); //Update all baseline levels; //detect if any sensor is pressed if(CSD_bIsAnySensorActive()){ // Add user code here to proceed the sensor touching } // now we are ready to send all status variables to chart program // communication here // // OUTPUT CSD_waSnsResult[x]