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:


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