基于PSoC的V/F轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)

摘要：介紹一種可編程系統(tǒng)芯片PSoC(Programmable System on-Chip)的主要功能，邏輯結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)實現(xiàn)。分析了V/F轉(zhuǎn)換器的基本原理，提出了在傳統(tǒng)V/F轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上，通過使用PSoC上的數(shù)?；旌闲盘栮嚵行酒瑢崿F(xiàn)壓頻轉(zhuǎn)換的功能。相比傳統(tǒng)技術(shù)，新設(shè)計方式易于多功能集成，簡化了外圍電路，具有成本低廉，精度高，功耗低，可靠性好的優(yōu)點。
關(guān)鍵字：PSoC  V/F轉(zhuǎn)換器  數(shù)模混合信號陣列芯片

1        引言

由美國賽普拉斯(CYPRESS)公司推出的可編程片上系統(tǒng)(PSoC)混合信號陣列是一款完整的系統(tǒng)級解決方案。該芯片包括可配置的數(shù)字和模擬外設(shè)，8位微控制器和三種嵌入式存儲器。與傳統(tǒng)單片機的根本區(qū)別在于PSoC內(nèi)部集成的數(shù)字和模擬模塊是可配置的，可以根據(jù)不同設(shè)計要求調(diào)用不同的數(shù)字和模擬模塊，完成芯片內(nèi)部的功能設(shè)計，實現(xiàn)使用一塊芯片就可以配置成具有多種不同外圍元器件的微控制器，真正實現(xiàn)了微控制器的通用可配置。PSoC最大限度的將設(shè)計的靈活性與易用性相結(jié)合，大大提高了開發(fā)效率，降低了系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性和費用，同時增強了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。

1.1 PSoC內(nèi)部結(jié)構(gòu)

PSoC微控制器集成了一個快速8比特的CPU，8~16KB的Flash程序存儲器，SRAM數(shù)據(jù)存儲器，以及數(shù)字和模擬模塊。

PSoC有8個數(shù)字模塊（4通訊能力）和12個模擬模塊（4連續(xù)時間型和8開關(guān)電容式）。數(shù)字模塊可被配置為計時器，控制器或串行通訊端口。模擬模塊可以通過連接需要的寄存器，設(shè)置合適的運算放大器電路，編程實現(xiàn)放大器，濾波器，比較器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等功能。入圖一所示。

1.2 PSoC軟件工具

PSoC Desinger是基于Windows的軟件開發(fā)工具。包括器件編輯器，應(yīng)用程序編輯器，調(diào)試器。器件編輯器：選擇，放置和配置用戶模塊，資源和引腳；應(yīng)用程序編輯器：包括C編譯程序，匯編程序，庫管理程序；調(diào)試器：支持在線仿真，設(shè)置斷點并進行跟蹤。

                                                       (圖一)

2              工作原理

    V/F轉(zhuǎn)換是將被測物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成與被測信號成比例的連續(xù)變化的電壓(或電流)量，再轉(zhuǎn)換為電壓〔或電流)的脈沖頻率(f)或周期(T)。根據(jù)電荷平衡式可知，輸出頻率 ，說明輸人電壓 與f存在線性函數(shù)關(guān)系。在PSoC中，使用連續(xù)時間模塊(CT)和一個開關(guān)電容模塊(SC)就可以實現(xiàn)V/F轉(zhuǎn)化。

V/F 轉(zhuǎn)換器的原理圖如圖二所示。

          
（圖二）

圖中包括一個積分器和一個施密特觸發(fā)器。積分器可由帶模擬模塊的SC模塊建立，施密特觸發(fā)器可由帶內(nèi)部電阻的CT模塊建立。積分器的輸出電壓由前一個采樣的輸出電壓和施密特觸發(fā)器的狀態(tài)決定。在SC模塊中將Sign位置為1，可使積分器的增益為負。施密特觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨著積分器的輸出極性的變化而變化。當施密特觸發(fā)器的輸出為負時，每個采樣時鐘會使積分器的輸出   ,A和電容(F)的比值決定(公式1)。

 (2)

3              軟件實現(xiàn)

3.1 模塊設(shè)置

采用PSoC Desinger作為PSoC的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。轉(zhuǎn)換器被放置在PSoC Desinger的Column-O 中，可編程比較器用來生成施密特觸發(fā)器，反饋電阻與放大器的同相端連接，反相端直接和積分器的輸出相連。因為積分器使用的是自動歸零的模式，在每個時鐘里SC的輸出在需要的輸出值和AGND間變化。由于施密特觸發(fā)器的遲滯現(xiàn)象，因此就使積分器對轉(zhuǎn)換器沒有影響。

積分器放置在ASC10中，可配置的SC模塊用來生成積分器，Comparator Bus作為輸入源，F(xiàn)Cap被置為32, ACap被置為1，這樣就可以在每個給定輸入電壓里得到最大可能的積分過程。為了處理來自PSoC的Vss接地輸入信號，PSoC Desinger中的ARefMux被置為REFLO,RefMux被置為Vdd/2 Vdd/2。如果要使用以AGND為參考的輸入信號，就得把ARefMux參數(shù)置為AGND，同時設(shè)置好輸入和輸出管腳。

3.2 程序結(jié)構(gòu)

void main()

{

CMPPR_COMP_CRO|=BIT (2);                           //連接放大器RTopMux端

CMPPR_COMP_CR1=(CMPPR_COMP_CR1& OxCO)|Ox2F;  //設(shè)置NMux和Pmux的連接

CMPPR_COMP_CR2&=BIT(6);                           //將輸出鎖存

CMPPR_start (CMPPR_HIGHPOWER);

AMD_CR0|=0x04;

INTEGR_Start(INTEGR_HIGHPOWER);

BYPASS_FUNC_REG=BYPASS_FUNC_REG&OxFC|0x02;

BYPASS_control_REG|=0x03;

BYPASS_Start();

While(1);                                              //一直循環(huán)下去

}

3.3 測試結(jié)果
 

(圖四)

 從圖中可看出，用PSoC實現(xiàn)的V/F轉(zhuǎn)換器線性度比較良好，誤差小，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

4              結(jié)束語

    本文介紹了應(yīng)用PSoC設(shè)計實現(xiàn)V/F轉(zhuǎn)換器。從中可以看到PSoC設(shè)計靈活，開發(fā)簡單，能大大提高開發(fā)效率，降低系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性和費用，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，具有廣闊的應(yīng)用前景。

5              本文作者創(chuàng)新點

    應(yīng)用PSoC高度集成的硬件模塊和完善的軟件開發(fā)平臺，根據(jù)需要實時動態(tài)地配置輸入電壓和輸出頻率的比值，具有很大的靈活性。