CÔNG NGHỆ CHIP PSoC

Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ CHIP PSoC 3.1 Chíp PSoC CY8C29x66 3.1.1 Chức năng Chíp PSoC có các chức năng chủ yếu sau: Bộ xử lý cấu trúc Harvard • Bộ xử lý M8C với tốc độ 12M • 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 0 C 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 • Môđun CRC và PRS • 4 đường UART song công • Nhiều SPI chủ và tớ • Có thể kết nối với t ất cả các chân GPIO Khối dao động • 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 môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 77 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới • 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 Tài nguyên khác • I 2 C chủ, tớ, nhiều chủ với 400 kHz • Bộ định thời Watchdog và Sleep • Điện áp dò cấu hình sử dụng thấp • Tích hợp mạch giám sát • Độ chính xác điện áp tham chiếu trên chíp Công cụ phát triển • Phần mềm phát triển miễn phí (bộ thiết kế PSoC) • Đầy đủ chức năng, bộ nạp ICE và lập trình • Cấu trúc điểm ngắt phức hợp • Bộ nh ớ Trace 128 Kbyte • Phức hợp sự kiện • Các bộ soạn thảo C, ASM, liên kết Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 78 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới 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 thố ng 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. Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 79 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc của khối số Phần lõi PSoC Phần lõi PSoC là một mạnh hỗ trợ nhiều chức năng mạnh. Lõi bao gồm một CPU, bộ nhớ, xung nhịp, và có thể cấu hình vào/ra đa năng GPIO. Lõi CPU M8C là một bộ xử lý mạnh với tốc độ lên đến 12 MHz, cung cấp 2 M lệnh trong một giây với lệnh 8 bit cấu trúc theo vi xử lý Harvard. CPU tận dụng một bộ điều khiển ngắt với 25 vectơ ngắt, lập trình đơn gi ản với các sự kiện thời gian thực. Thực hiện chương trình là theo thời gian và sử dụng chế độ bảo vệ bao gồm bộ định thời Sleep và Watchdog (WDT). 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. Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 80 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới 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 th ể 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 h ợp 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 I 2 C 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 b ất 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 t ừng ứng dụng. Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 81 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới 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 nh ư 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 s ố 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 b ộ dò đỉnh o Một số cấu hình khác có thể thực hiện được Các khối tương tự được trình bày ở hình 3.3: Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 82 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Hình 3.3. Sơ đồ khối tương tự Hệ thống tài nguyên khác Tài nguyên hệ thống, một số cái đã có trong danh mục trước đây, cung cấp thêm khả năng hoàn thiện hệ thống hơn. Tài nguyên cộng thêm bao gồm một bộ nhân, bộ đo, công tắc nhấn, bộ dò điện áp thấp, và reset nguồn điện. Khai báo vắn tắt một số tài nguyên tiêu biểu được cung cấp ở dưới đây. o Bộ chia xung nhịp số được cung cấ p 3 sự lựa chọn tần số đồng hồ cho các ứng dụng. Các đồng hồ có thể hướng đến cả hai hệ thống số và tương tự. Các đồng hồ cộng thêm có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các khối PSoC số như là các bộ chia đồng hồ Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 83 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới 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 I 2 C 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 tươ ng 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 Chân vào/ra 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 CY8C29x66 44 4 16 12 4 4 12 2 KB 32 KB CY8C27x43 44 2 8 2 4 4 12 256Byte 16 KB CY8C24x23 24 1 4 12 2 2 6 256Byte 4 KB CY8C24x23A 24 1 4 12 2 2 6 256Byte 4 KB CY8C22x13 16 1 4 8 1 1 3 256Byte 2 KB CY8C21x34 28 1 4 28 0 2 4a 512Byte 8 KB CY8C21x23 16 1 4 8 0 2 4a 256Byte 4 KB 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, như ng 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 Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 84 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới 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 nh ững nét cơ bản về IDE • Giới thiệu. • Cài đặt PSoC Designer. • Sử dụng IDE (Integrated Development Environment). • Tạo một Project. • Phần mềm PSoC Designer để lập trình hệ thống, cài chương trình điểu khiển cho loại chip PSoC • Phần mềm thiết kế được xây dựng trên cơ sở hướng đối tượng với cấu trúc module hóa • Hướng dẫn về môi trường phát triển của phầ n mềm sẽ giúp bạn trong việc cấu hình, biên soạn mã nguồn, biên dịch, xây dựng và gỡ lỗi trong hệ thống của bạn. • Giới thiệu. Cài đặt PSoC Designer. • Sử dụng IDE (Integrated Development Environment). • Tạo một Project. • Yêu cầu hệ thống. • Phần mềm yêu cầu. • Cài đặt. • Cập nhật những project đã có Yêu cầu hệ thống: Dưới đây là những đặ c điểm kỹ thuật của hệ thống máy tính cần được quan tâm khi chạy PSoC Design Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 85 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Phần mềm yêu cầu CóCóCổng song song EPP hoặc LPT CóCóỔ CD-ROM 1280x1024 1024x768Độ phân giải đồ họa(16 bit) 512MB 256MBRAM 1GHz500MHzTốc độ xử lý Giới thiệu Tối thiểuYêu cầu của hệ thống Danh sách các phần mềm được quan tâm để chạy PSoC Designer: + Window(R) NT4.x (SP6), 2000, or XP (SP1). + Microsoft Internet Explorer 6.x(SP1) với MSXML Parser V.3.0 hoặc cao hơn. + Adobe Acrobat Reader. + Adobe SVG Viewer 3.0. Cài Đặt Để cài đặt PSoC Designer, bạn thực hiện qua các bước sau: Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 86 [...]... 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 Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 98 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Các hệ vi xử lý thế hệ mới 99 Khoa CNTT -... và nhiều cửa sổ biến quan sát(watch variable) Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 90 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Thiết Lập Cho Dự Án Trong hộp thoại Project Settings bạn có thể thay đổi những đặc tính trình biên dịch PSoC Designer C Thẻ Compiler Thẻ Device Editor Thẻ Linker Thẻ Debugger Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 91 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu... 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 Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 88 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Quản lý dự án PSoC Designer bao gồm 3 hệ thống con như sau: Device Editor, Application Editor, và Debugger Device Editor Bao gồm các menu và thanh công cụ chính, một... 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 Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 96 Khoa CNTT -... 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 Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 97 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi... của project Cho phép tự động load các file nguồn, thư viện… hay không Thiết đặt về cửa sổ làm việc khi project được load Toolbars Lựa chọn các công mà bạn muốn hiển thị hay ẩn đi Build MiniBar Debug MiniBar Device Editor MiniBar User Module MiniBar Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 95 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Download MiniBar Standard SubSystem... 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 Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 94 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Debugger - Các thiết đặt để tìm lỗi với 3 lựa chọn +PC + PC/ thanh ghi +PC/Timestamp -Thiết... Bao gồm các menu và thanh công cụ chính, một khung các lựa chọn của người dùng, một khung sơ đồ khối các module, khung Resource meter, khung thông số và tính năng của các module đã lựu chọn… Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 89 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Application Editor Để chuyển sang Application Editor bạn click chuột vào Trong Application...Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Các hệ vi xử lý thế hệ mới 87 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Sử Dụng IDE Kiểu file và đuôi mở rộng Quản lý dự án Thiết lập cho... 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) Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động 92 Khoa CNTT - ĐHTN Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới Thẻ Linker Với trình biên dịch C đã chọn ở thẻ Compiler bạn có thể xác định lại ví trí vùng . xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ CHIP PSoC 3.1 Chíp PSoC CY8C29x66 3.1.1 Chức năng Chíp PSoC có các chức năng chủ yếu sau: Bộ xử lý. Bộ môn Công nghệ điều khiển tự động Khoa CNTT - ĐHTN 78 Tài liệu tham khảo cho môn Vi xử lý Các hệ vi xử lý thế hệ mới 3.1.2 Sơ lược chức năng của PSoC