摘 要： 采用Cypress公司生產(chǎn)的PSoC3芯片實(shí)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)使用芯片集成的A/D轉(zhuǎn)換模塊完成模數(shù)轉(zhuǎn)換,，并且通過(guò)程序調(diào)用讀取相應(yīng)的數(shù)字量及芯片強(qiáng)大的LCD顯示模塊,，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量和相應(yīng)的模擬量顯示出來(lái)。本設(shè)計(jì)具有硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,、軟件設(shè)計(jì)圖形化,、可以充分利用PSoC提供的固件元件的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞： PSoC3,；電壓表,；A/D；LCD,；PSoC creator
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,，電子測(cè)量技術(shù)對(duì)測(cè)量精度和功能的要求也越來(lái)越高，而數(shù)字電壓表作為實(shí)驗(yàn)室的基本測(cè)量設(shè)備,，可以很好地滿(mǎn)足測(cè)量的精度和功能,。數(shù)字電壓表DVM（Digital Voltmeter）采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù),、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表[1],。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通常要用到A/D轉(zhuǎn)換芯片,，一般在A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬輸入端輸入模擬信號(hào)（電壓）,，然后通過(guò)微型機(jī)的I/O端口讀取A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)字量輸出端的數(shù)字信號(hào)，接著通過(guò)線(xiàn)性化處理得到相應(yīng)的模擬量并顯示出來(lái),。在這個(gè)過(guò)程中,，為了驗(yàn)證轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性,，會(huì)使用電壓表測(cè)量轉(zhuǎn)化的輸入電壓與轉(zhuǎn)化后的顯示電壓進(jìn)行比較。在這個(gè)過(guò)程中,，會(huì)遇到兩個(gè)問(wèn)題：（1）一般的電壓表精度不夠,；（2）不能看到此時(shí)的數(shù)字量。本設(shè)計(jì)采用PSoC3很好地解決了這個(gè)問(wèn)題,，PSoC3中集成的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換精度最大可以達(dá)到16位,，基本可以滿(mǎn)足所有的精度要求；通過(guò)模塊化的調(diào)用,，還可以讀取相應(yīng)的數(shù)字量,，并且使用LCD顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一,、精度低,，不能滿(mǎn)足數(shù)字化時(shí)代的需求。數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)已有很多類(lèi)型和款式,，采用PSoC設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表,，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng),，可擴(kuò)展性強(qiáng),、集成方便等優(yōu)點(diǎn)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
圖1為基于PSoC的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的原理方框圖,。其工作原理：利用模擬總線(xiàn)將外部的電壓信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換模塊,，將得到的數(shù)字信號(hào)傳送給LCD驅(qū)動(dòng)模塊，然后通過(guò)數(shù)字總線(xiàn)將要顯示的內(nèi)容傳送給外部的LCD液晶顯示屏,。在本設(shè)計(jì)中采用Cy83c3866AXI-040作為控制芯片,，此處理器為PSoC3可編程混合信號(hào)處理器。此處理器以8051作為內(nèi)核,，包含了非易失性存儲(chǔ)子系統(tǒng),、編程和調(diào)試子系統(tǒng)、輸入和輸出,、時(shí)鐘資源,、電源、數(shù)字子系統(tǒng)及模擬子系統(tǒng),。在本設(shè)計(jì)中主要使用芯片上集成的8051處理器,、ADC模塊及LCD驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。
Cypress半導(dǎo)體公司推出的可編程片上系統(tǒng)PSoC（Programmable System on Chip）,，集微控制器,、可編程數(shù)字陣列和可編程模擬陣列為一體，實(shí)現(xiàn)“在系統(tǒng)可編程”,，既滿(mǎn)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,，非常適合用于模數(shù)混和的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[2-3]。新一代產(chǎn)品PSoC3分別包含8位8051微處理器,、32位ARMCortex-M3微處理器,。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境PSoC Creator簡(jiǎn)介
PSoC Creator是一個(gè)功能齊全的圖形化軟硬件設(shè)計(jì)及編程環(huán)境，帶有創(chuàng)新性的圖形設(shè)計(jì)界面,，可以對(duì)PSoC3芯片進(jìn)行硬件設(shè)計(jì),、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試、工程的編譯和下載,。
圖形化的設(shè)計(jì)入口簡(jiǎn)化了配置一個(gè)特殊元件的任務(wù),。設(shè)計(jì)者可以從元件庫(kù)內(nèi)選擇所需要的功能，并將其放置在設(shè)計(jì)中,。所有的參數(shù)化元件都有一個(gè)編輯器對(duì)話(huà)框，允許設(shè)計(jì)者根據(jù)需要對(duì)功能進(jìn)行裁減,。
PSoC Creator軟件平臺(tái)自動(dòng)配置時(shí)鐘和布線(xiàn)I/O到所選擇的引腳,，并且為給定的應(yīng)用程序接口函數(shù)API對(duì)硬件進(jìn)行控制。在開(kāi)發(fā)的任意階段,，能自由地修改硬件配置,，甚至是目標(biāo)處理器，也可修改C編譯器和進(jìn)行性能評(píng)估,。
PSoC Creator軟件平臺(tái)的特點(diǎn)主要有：集成了原理圖捕獲功能用于設(shè)備配置,；提供了豐富的元件IP核資源；集成了源代碼編輯器,；內(nèi)置調(diào)試器,；支持自定義元件創(chuàng)建（設(shè)計(jì)重用）功能；PSoC 3編譯器——Keil CA51（無(wú)代碼大小限制）,；PSoC 5編譯器——CodeSourcery TM的Sourcery TM Lite版[4],。
圖2為在PSoC Creator下實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表程序功能圖。在本設(shè)計(jì)中包含INPUT,、ADC_Delsig及CharacterLCD三個(gè)模塊,，INPUT用來(lái)將外部電壓信號(hào)輸入到ADC_Delsig，ADC_Delsig將范圍為（0~Vdda）V的電壓轉(zhuǎn)換成12位的二進(jìn)制數(shù)字量,，通過(guò)線(xiàn)性化處理可以得到相應(yīng)的電壓值,，并通過(guò)CharacterLCD驅(qū)動(dòng)模塊連接外部的LCD顯示屏，將數(shù)字量和模擬量都顯示出來(lái),。
圖3為INPUT參數(shù)配置圖,。在這個(gè)對(duì)話(huà)框中，設(shè)置Type為“Analog”,，因?yàn)樵谶@個(gè)設(shè)計(jì)中,，要求從外部輸入模擬電壓信號(hào),，所以采用模擬輸入模式。
2.3 程序流程圖設(shè)計(jì)
圖7為數(shù)字電壓表總體程序流程圖設(shè)計(jì),。在PSoC Creator開(kāi)發(fā)環(huán)境支持下,，編譯器自動(dòng)生成了固件元件的C語(yǔ)言源代碼。但是,，中斷子程序和main子程序僅提供了程序框架,，子程序內(nèi)容需要開(kāi)發(fā)者根據(jù)固件元件原理圖所要完成的任務(wù)來(lái)編寫(xiě)。在工作空間瀏覽區(qū)找到元件的源程序,，打開(kāi)后在編輯區(qū)找到中斷子程序框架,，在里面嵌入應(yīng)用的源代碼即可。在main主函數(shù)中需要對(duì)使用的元件進(jìn)行初始化和啟動(dòng)（有的元件不需要）,，根據(jù)應(yīng)用程序流程調(diào)用元件的子程序和函數(shù),。數(shù)字電壓表的程序見(jiàn)下所示：
#include<device.h>
#include"stdio.h"
#include"math.h"
void main（）
{ uint32 result；
uint32 value,；
char displayStr[15]={′0′},；ADC_DelSig_1_Start（）；
ADC_DelSig_1_StartConvert（）,；
LCD_Char_1_Start（）,；
LCD_Char_1_Position（0u，0u）,；
LCD_Char_1_PrintString（"ADC Output："）,；
LCD_Char_1_Position（1u，0u）,；
LCD_Char_1_PrintString（"voltage："）,；
for（；,；）
{ADC_DelSig_1_IsEndConversion（ADC_DelSig_1_WAIT_FOR_RESULT）,；result=ADC_DelSig_1_GetResult16（）；
value=result*3300/4096.0,；
if（（value<0）||（value>3400））value=0,；
LCD_Char_1_Position（0，strlen（"ADC Output："））,；
LCD_Char_1_PrintInt16（ADC_DelSig_1_GetResult16（））,；
sprintf（displayStr，"%7ldmV",，value）,；
LCD_Char_1_Position（1，7）,；
LCD_Char_1_PrintString（displayStr）,； }
}
利用PSoC強(qiáng)大的圖形化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Creator提供的固件元件實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì),，通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)硬件電路是一種值得重視和推廣的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐毅,，趙龍,，王海峰.基于單片機(jī)的新型數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)[J].河南科技，2010（11）：44-45.
[2] 葉朝輝,，華成英.可編程片上系統(tǒng)（PSoC）原理及實(shí)訓(xùn)[M].北京：清華大學(xué)出版社,，2008.
[3] 王瑩，李健.PSoC3和PSoC5：可編程嵌入式SoC的新時(shí)代[J].電子產(chǎn)品世界,，2009（10）：7-9.
[4] Cypress發(fā)布PSoC Creator 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境.http：//www.mcuol.com/News/214/33438.htm[OL].