專利名稱：Psoc-cpld電子綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電子技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，利用CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)作為核心芯片的EDA電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及處理，實(shí)驗(yàn)范圍相對(duì)狹窄。本發(fā)明利用Cypress公司的PSOC(可編程片上系統(tǒng))芯片CY8C29466、CY8C21534能夠在片內(nèi)進(jìn)行模擬及數(shù)字電路可編程的特點(diǎn)，能夠直接處理模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)；Altera公司的CPLD芯片MAX2 EPM1270能夠在片內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路可編程的特點(diǎn)，能夠完成數(shù)字信號(hào)處理以及分配相關(guān)外圍電路接口模塊。通過(guò)兩種可編程芯片的聯(lián)合應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的處理以及外圍電路的多次復(fù)用。使用本發(fā)明時(shí)，達(dá)到既可以單獨(dú)完成CPLD的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，也可以利用CPLD作為PSOC芯片與外圍電路的橋梁，完成PSOC的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，更可以利用這兩種芯片各自的優(yōu)勢(shì)，完成各自擅長(zhǎng)的數(shù) 據(jù)或信號(hào)處理，并通過(guò)CPLD總體控制外圍電路，完成較多的綜合實(shí)驗(yàn)的目的，同時(shí)能體現(xiàn)PSOC芯片處理模擬信號(hào)的能力以及CPLD芯片處理數(shù)字信號(hào)的優(yōu)勢(shì)。PSOC芯片CY8C29466、CY8C21534集成了一個(gè)8位的，工作頻率可以達(dá)到24MHz的微處理器核，還包含豐富的可編程模擬模塊，如放大器、過(guò)濾器、比較器等等，還有專為觸摸設(shè)計(jì)的CapSense模塊；還包含豐富的數(shù)字模塊，例如時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器，PWM，UART、SPI、CRC、PRS等等。還有混合模塊，通信模塊，還內(nèi)置了 Flash和SRAM，既滿足了一般電子系統(tǒng)的資源要求，又順應(yīng)了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)方法的發(fā)展方向。PSoC提供CPU、器件數(shù)字和模擬資源的連接，外部接口具有極大的靈活度，總線還可實(shí)現(xiàn)信號(hào)多路復(fù)用功能。模擬系統(tǒng)包括多個(gè)可配置的塊，每個(gè)塊都具備運(yùn)算放大器，可創(chuàng)建復(fù)雜的模擬信號(hào)流，經(jīng)過(guò)定制后可支持具體的應(yīng)用要求。在軟件方面，支持PSOC芯片的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境PSoC Designer也為用戶提供這些用戶模塊的API函數(shù)供用戶編程時(shí)調(diào)用。另一開(kāi)發(fā)環(huán)境PSoC Express可以在更高的抽象概念水平上運(yùn)行，且無(wú)需匯編或C的軟件開(kāi)發(fā)。具有設(shè)計(jì)可視化功能，包含豐富的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)和多種傳輸函數(shù)的評(píng)估器以及軟仿真功能，實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。CPLD芯片采用的具體型號(hào)是MAX2EPM1270,內(nèi)部具有980個(gè)等效典型宏單元數(shù)，是新型的CPLD器件，集成度更高，功耗更低，性價(jià)比更好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用Cypress公司的PSOC (可編程片上系統(tǒng))芯片CY8C29466、CY8C21534以及Altera公司的CPLD芯片MAX2 EPM1270作為本實(shí)驗(yàn)裝置的兩個(gè)核心芯片。能夠通過(guò)編程，實(shí)現(xiàn)片內(nèi)模擬或數(shù)字電路的搭建，同時(shí)還能利用CPLD作為外圍器件的接口，最終共同完成各種綜合實(shí)驗(yàn)，性能強(qiáng)大，功能也齊全。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是以PSOC(可編程片上系統(tǒng))芯片CY8C29466、CY8C21534以及CPLD芯片MAX2 EPM1270作為本發(fā)明裝置的核心芯片。在模擬信號(hào)的處理上，同PSOC(可編程片上系統(tǒng))芯片CY8629466、CY8621534連接的外圍模擬輸入輸出接口包括CapSence (電容感應(yīng))接口、溫度傳感器LM35 (模擬)接口、兩路模擬電壓輸入接口、模擬信號(hào)輸入接口、模擬信號(hào)輸出接口、光敏傳感器輸入接口和熱敏傳感器輸入接口。同時(shí)，PSOC芯片與CPLD芯片相關(guān)管腳進(jìn)行連接，以保證PSOC也能利用外圍的數(shù)字輸入輸出接口設(shè)備。同CPLD芯片連接的外圍數(shù)字電路接口包括8位數(shù)碼管顯示、8位LED燈顯示、4乘以4矩陣鍵盤(pán)、溫度傳感器18B20 (數(shù)字)接口、霍爾傳感器接口、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路、PWM輸出接口、I2C存儲(chǔ)芯片接口電路、SPI通信接口電路、DS1302時(shí)鐘芯片接口電路、蜂鳴器接口電路接口、串口通信接口電路、1602液晶接口電路和12864液晶接口電路。整 個(gè)設(shè)備作為一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以完成大部分的數(shù)字模擬實(shí)驗(yàn)以及綜合實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用PSOC內(nèi)部集成處理器核以及能夠?qū)崿F(xiàn)片內(nèi)模擬電路搭建的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)CPLD芯片在數(shù)字電路上的優(yōu)點(diǎn)也能同時(shí)體現(xiàn)。第一，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)裝置的PSOC模塊可單獨(dú)完成模擬電壓，模擬信號(hào)的處理，還能通過(guò)其內(nèi)置的處理器核完成相關(guān)的控制，數(shù)據(jù)處理的功能。第二，由于CPLD和外部的數(shù)字接口電路連接，這樣我們既可以單獨(dú)利用CPLD控制外圍數(shù)字接口電路，完成CPLD的相關(guān)實(shí)驗(yàn)；第三，我們還可以利用CPLD作為PSOC芯片與外圍數(shù)字接口電路的橋梁，完成PSOC控制外圍數(shù)字接口電路的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到管腳復(fù)用的目的。最后，我們可以同時(shí)利用PSOC和CPLD各自的片內(nèi)資源，利用需要的外圍接口，最終完成綜合實(shí)驗(yàn)。


圖I是PS0C-CPLD電子綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖；圖2是單獨(dú)完成模擬實(shí)驗(yàn)需要的模塊框圖；圖3是單獨(dú)利用CPLD芯片完成數(shù)字實(shí)驗(yàn)的模塊框圖；圖4是利用PSOC和CPLD芯片完成控制與模數(shù)信號(hào)處理綜合實(shí)驗(yàn)的模塊框圖。各圖中(I)為PSOC核心芯片(內(nèi)部嵌入處理器硬核、內(nèi)部可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路，可以直接處理模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是善于直接處理模擬信號(hào)。同時(shí)，擁有處理器硬核也能在控制方面發(fā)揮良好作用)；(2)為CPLD核心芯片(既可以單獨(dú)完成數(shù)字邏輯電路的相關(guān)實(shí)驗(yàn)；也可以為PSOC芯片和外圍數(shù)字電路接口做橋梁，實(shí)現(xiàn)PSOC的相關(guān)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)；還可以和PSOC芯片聯(lián)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)驗(yàn)；最大限度的實(shí)現(xiàn)了管腳的靈活分配和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備)；(3)為USB-Blaster程序下載電路(CPLD編程電路)；(4)為電源電路(5V、3. 3V) ； (5)為控制信號(hào)；(6)為數(shù)據(jù)傳輸；(7)為模擬信號(hào)輸入電路；(8)為模擬電壓輸入電路；(9)為光敏傳感器電路；(10)為熱敏傳感器電路；(11)為模擬溫度傳感器電路；(12)為模擬信號(hào)輸出；(13)為模擬電壓輸出；(14)為ISSP程序下載接口 ；(15)為CapSence電容感應(yīng)輸入(包括滑條與按鍵)；(16)為直流電機(jī)接口電路；(17)為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)接口電路；(18)為串口通信接口電路；(19)為蜂鳴器接口電路；(20)為I2C通信接口電路；
(21)為DRAM存儲(chǔ)芯片；(22)為SPI通信電路；(23)為DS1302時(shí)鐘接口電路；(24)為8個(gè)LED顯示；(25)為7段數(shù)碼管顯示；(26)為12864液晶顯示；(27)為1602液晶顯示；(28)為4乘以4矩陣鍵盤(pán)；(29)為4個(gè)獨(dú)立按鍵輸入；(30) PWM波形輸出接口 ；(31)為數(shù)字溫度傳感器、霍爾傳感器；(32)為控制信號(hào)輸出。
具體實(shí)施例方式將模擬信號(hào)(電壓)輸入電路與PSOC核心芯片連接，通過(guò)對(duì)PSOC芯片進(jìn)行編程，能夠完成模擬電壓放大實(shí)驗(yàn)、模擬信號(hào)放大實(shí)驗(yàn)、模擬信號(hào)濾波實(shí)驗(yàn)、電壓比較實(shí)驗(yàn)。將模擬溫度傳感器電路、光敏傳感器電路、熱敏傳感器電路、CapSence (電容感應(yīng))滑條，按鍵分別和PSOC核心芯片連接，通過(guò)編程，能夠完成測(cè)量溫 度、感應(yīng)光強(qiáng)，熱度變化的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，還能完成電容感應(yīng)的輸入實(shí)驗(yàn)。將8位數(shù)碼管、8位LED、4乘以4矩陣鍵盤(pán)、溫度傳感器18B20 (數(shù)字)、霍爾傳感器電路、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、PWM輸出接口、I2C存儲(chǔ)芯片電路、SPI通信電路、DS1302時(shí)鐘芯片電路、蜂鳴器電路、串口通信電路、1602液晶電路和12864液晶電路分別CPLD核心芯片連接，既可以通過(guò)CPLD內(nèi)部編程，實(shí)現(xiàn)CPLD的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，比如8位數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)、流水燈實(shí)驗(yàn)、鍵盤(pán)輸入實(shí)驗(yàn)、電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、通信實(shí)驗(yàn)、蜂鳴器實(shí)驗(yàn)、液晶顯示實(shí)驗(yàn)等。也可以將CPLD核心芯片模塊與PSOC核心芯片模塊相連接，利用CPLD作為橋梁，完成相關(guān)的控制實(shí)驗(yàn)；還可以利用PSOC核心模塊和CPLD核心模塊各自的優(yōu)點(diǎn)，配置和利用外圍的模擬數(shù)字接口，完成綜合實(shí)驗(yàn)。比如電機(jī)監(jiān)測(cè)控制綜合實(shí)驗(yàn)，利用模擬溫度傳感器、熱敏傳感器(模擬)、霍爾傳感器進(jìn)行電機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，利用12864液晶模塊顯示數(shù)據(jù)以及狀態(tài)，利用電容感應(yīng)(模擬輸入)進(jìn)行控制參數(shù)設(shè)置輸入，利用PSOC內(nèi)部集成的處理器硬核進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)，狀態(tài)等的控制，利用CPLD芯片，對(duì)其進(jìn)行編程，完成接口分配。使其連接PSOC芯片的相關(guān)管腳以及外圍的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、液晶顯示電路，串口通信電路等。最終完成該綜合實(shí)驗(yàn)。利用該發(fā)明，還能完成很多類(lèi)似的綜合模擬數(shù)字實(shí)驗(yàn)，研發(fā)拓展性強(qiáng)，靈活方便。
權(quán)利要求
1.一種PSOC-CPLD電子綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括PSOC核心電路(I)、CPLD核心電路(2)、USB-Blaster編程電路(3)、電源電路(4)、ISSP編程接口電路(14)、夕卜圍模擬接口電路和外圍數(shù)字接口電路，其中電源電路⑷與PSOC核心電路⑴和CPLD核心電路⑵相連接，USB-Blaster編程電路(3)與CPLD核心電路⑵和電源電路⑷相連接，ISSP編程接口電路(14)與PSOC核心電路⑴相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PS0C-CPLD電子綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于所述的PSOC核心電路(I)由CYPRESS公司的PSOC芯片CY8C29466和CY8C21534組成；CPLD核心電路(2)由ALTERA公司的CPLD芯片EPM1270組成；ISSP編程接口電路(14)提供5線接口，與PSOC編程器相連接，同時(shí)包括復(fù)位電路；USB-Blaster編程電路(3)由USB通信芯片F(xiàn)T245BM以及 CPLD 芯片 EPM240T100C5 組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PS0C-CPLD電子綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于所述的外圍模擬接口電路包括模擬信號(hào)輸入接口(7)、模擬電壓輸入接口(8)、光敏傳感器接口(9)、熱敏傳感器接口(10)、模擬溫度傳感器LM35 (11)、模擬信號(hào)輸出接口(12)、模擬電壓輸出接口(13)、CapSence (電容感應(yīng))滑條和按鍵接口(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PS0C-CPLD電子綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于所述的外圍數(shù)字接口電路包括8位LED顯示電路接口(24)、8位數(shù)碼管顯示接口(25)、4個(gè)獨(dú)立按鍵輸入接口(29)、4乘以4矩陣鍵盤(pán)輸入(28)、數(shù)字溫度傳感器DS18B20輸入接口、霍爾傳感器接口(31)、直流電機(jī)接口電路(16)、步進(jìn)電機(jī)接口電路(17)、液晶1602顯示接口電路(27)、液晶12864顯示接口電路(26)、PWM波形輸出接口(30)、蜂鳴器輸出接口(19)、I2C通信接口電路(20)、SPI通信接口電路(22)、串口通信接口 (18)和DS1302時(shí)鐘接口電路(23)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PS0C-CPLD電子綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于所述的外圍模擬接口電路與PSOC核心電路(I)的模擬輸入輸出管腳相連接，外圍數(shù)字接口電路與CPLD核心電路⑵的管腳相連接，PSOC核心電路⑴與CPLD核心電路⑵之間直接連接。
全文摘要
PSOC-CPLD電子綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備為電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品，主要應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明利用CYPRESS公司生產(chǎn)的PSOC芯片CY8C29466、CY8C21534，ALTERA公司生產(chǎn)的CPLD芯片EPM1270作為核心芯片，以及相關(guān)的外圍電路，組合成一個(gè)完整的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，能夠通過(guò)片內(nèi)編程完成模擬電路、數(shù)字電路的搭建，同時(shí)還具有硬核處理器，從而能夠完成相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)字實(shí)驗(yàn)，控制實(shí)驗(yàn)等。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由電源模塊電路、外圍模擬接口電路、ISSP編程電路、PSOC芯片核心電路、CPLD芯片核心電路、USB-Blaster編程電路、外圍數(shù)字接口電路組成。本發(fā)明具有靈活性強(qiáng)，可參與性好的特點(diǎn)，研發(fā)拓展性好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B19/00GK102760367SQ20111011751
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者岳敏, 李曙俏, 李賽, 袁小平, 鄧恒淹 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)