专利名称：可编程片上系统实验平台的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术和嵌入式系统领域，特别是可编程片上系统器件的实验教学、培 训、技术开发应用。
背景技术：
可编程片上系统(Programmable System On Chip,简称PSoC)器件是赛普拉斯 (Cypress)半导体器件公司于2003年推出的一种可在系统编程的片上系统。它将一个8 位微控制器与可编程数字阵列、可编程模拟阵列集成在一个芯片上，也称为可配置型混合 信号阵列。PSoC为消费类产品、工业、办公自动化、电信和汽车领域应用提俾了具有嵌 入式控制功能的高性能现场可编程单片系统。 '
与以往的纯数字或模拟可编程系统，如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)、在系统可编程模拟器件(Insystem Programmable Analog Ciicuit，简 称ispPAC)相比，PSoC能实现模拟电路、数字电路和微处理器于一体的电子系统的设计， 而不仅仅是模拟或数字电路的设计，使得系统所需的外围器件减少，集成度进一步得到提 高，成本进一步减少。
PSoC实验平台是以PSoC芯片为中心，具有多种输入输出设备和电源，有的还配备有 面包板、通信接口等其它资源，能够应用在教学、培训和技术开发等场合的产品。
目前已有的PSOC芯片实验平台主要有Cypress公司的CYDK3210开发套件中的实验 板和CY3212幵发套件中的电容传感器(Capsense)实验板。其组成结构分别说明如下
CYDK3210实验板是Cypress公司研制的单芯片双列直插(DIP)封装的CY8C29466 方案实验板。该实验板的构成如图1所示。该实验板上设置有1块面包板和1个28管脚 的双列直插的PSoC芯片插座，在面包板的与插座之间有PSoC芯片的PO、 Pl、 P2端口的 插孔，在面包板的左侧有l个液晶接口(LCD Port),面包板的上、下两侧分别设有l个串 行通信接口(Rx和Tx)，输入输出信号插孔、1个按钮输入和4个发光二极管(LED)输出 设备和电位器输入设备；在PSoC芯片插座的右侧设有电源处理电路，在其上下两侧分别 有串口电路及ISSP接口。
该实验板使用方便。其缺点是(1)由于采用单PSoC芯片方案，不能完成I2C (Inter-Integrated Circuit)、 SPI (Serial Peripheral Interface)等双芯片通信实验-,(2)所有 输入输出设备的连接都需要使用导线，使用不方便；(3)无法完成带电容传感器按键的实 验。
CY3212-Capsense实验板是Cypress公司为了演示和开发电容传感器按键和滑条的应
用而研制的。实验板以CY8C21001芯片为核心。该实验板的结构如图2所示。左上侧是 液晶显示器；右上侧是电源电路、ISSP接口、 RJ45接口、蜂鸣器和CY8C21001芯片；中 部有6个电容传感器按键(图中的0—5所示)；下侧有一个电容传感器滑条。 该实验板只是一个专用设备，只用于进行电容按键和滑条的设计和开发。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种可编程片上系统实验平台，具 有使用方便、易于操作、功能齐全的特点。
本发明提出的可编程片上系统实验平台，包括可编程片上系统芯片、输入设备、输 出设备、通信接口、电源及相应的插座、插孔、排孔及固定孔；其特征在于，该平台采用 两个可编程片上系统芯片，并且还包括一个面包扳，以及将所述可编程片上系统芯片、输 入设备、输出设备、通信接口、面包板及电源相互连接成一个整体的拨码开关；该输入设 备由多个按键、多个电位器和1个4*4键盘组成，该输出设备由多个发光二极管、l个蜂 鸣器、1个4位数码管和1个液晶接口组成；该通信接口由1个串行通信接口^ 1个I2C 通信接口组成。
本发明还包括一个附加的电容传感器按键实验板，该实验板包括1个可编程片上系 统芯片，l个下载接口， 6个电容按键，1个RJ45接口， l个28管脚的双列直插插针；
该双列直插插针插在所述实验平台上的任意一个可编程片上系统芯片的插座上。 本发明的技术特点及有益效果
(1) 本发明的实验平台采用双芯片方案，提供双芯片间的I2C、 SPI通讯接口，能完成
12C、 SPI双芯片通讯实验；
(2) 输入输出设备比较丰富，具备多个按键、多个电位器、多个LED、 l个蜂鸣器、1 个4位数码管、l个液晶接口和l个串行通信接口。
(3) 为了方便用户连线，将所有输入输出信号及两芯片的三个I/0瑞口均通过插孔排列
到面包板四周。
(4) 为了简化实验连线，避免连线出错，采用拨码开关将输入输出设备连接到固定端
口。当希望通过面包板连接输入输出设备时，将开关拨到断开位置；当希望简化 实验连线、采用固定连接方式时，将开关拨到闭合位置。
(5) 该实验平台通过双芯片的插座可以外扩其它实验板。例如本发明设计了小型电容
传感器按键实验板，可用于代替PSoC实验平台中的一个芯片，即可以利用PSoC 实验平台的输入输出设备完成带电容传感器按键的实验。
图l为已有的CYDK3210实验平台结构框图。 图2为已有的CY3212-Capsense实验板结构框图。
4
图3为本发明的PSoC实验平台实施例组成元件及布局示意图。
图4为本发明的附加的Capsense实验板实施例结构框图。
图5为本实施例的PSoC工作电路原理图。
图6为本发明的按键和电位器电路原理图。
图7为本发明的4*4键盘接口原理图。
图8为本发明的LED驱动电路原理图。
图9为本发明的蜂鸣器驱动电路原理图。
图10为本发明的4位数码管驱动电路原理图。
图11为本发明的液晶显示器驱动接口原理图。
图12为本发明的串行通信接口电路原理图。
图13为本发明的I2C接口电路原理图。
图14为本发明的排孔位置示意图。
具体实施例方式
本发明提出的可编程片上系统实验平台结合附图及实施例详细说明如下-
本发明是基于Cypress的PSoC芯片研制的实验平台。本发明采用双芯片方案，经过 简单连线就能够进行I2C、 SPI等双机通信实验；具有丰富的输入输出设备。
本发明主要包括两个PSoC芯片、l个面包扳，由多个按键、多个电位器和1个4*4 键盘组成的输入设备，由多个LED、 l个蜂鸣器、l个4位数码管和l个液晶接口、 l个串 行通信接口组成的输出设备，12C通信接口以及电源；以及将所述可编程片上系统芯片、 输入设备、输出设备、通信接口、面包板及电源相互连接成一个整体的拨码开关；本实验 板还包括多个设置在面包板周边的多个排孔。所述两芯片的端口和所有输入输出信号都通 过实验平台上的导线接到中心面包板周围的排孔，方便了使用；该输入输出设备和芯片之 间采用拨码开关进行连接，既可以将输入输入设备直接通过拨码开关连接到芯片相应端 口，又可以使用导线自由插接。
本发明还可包括一个附加电容传感器(Capsense)实验板，可直接插入一个PSoC芯 片插座中即可和本发明的实验平台配合使用，能够充分利用实验平台上的资源。
本发明PSoC实验平台的一种实施例的组成元件及布局如图3所示。该实验平台开有 多个通孔，包括四角处的孔l、孔2、孔3和孔4，用于固定PSoC实验平台；右下方的孔 5和孔6用于固定串口 J2;中部的孔7和孔8用于固定面包板，图中其余所有圆点和方点 均表示PSoC实验平台上各元器件的管脚。
本实验平台主要包括PSoC芯片、输入设备、输出设备、通信接口、面包板及电源， 并通过插座、插孔、排孔和拨码开关相互连接成一个整体。结合图3分别详细说明如下-
1.实验平台采用2片双列直插(DIP)封装的PSoC芯片CY8C29466 (也可扩展为其 它PSoC芯片)，两个芯片的插座位置Ul和U2分别位于平台左右两侧(以下所称的芯片
Ul和芯片U2为插座m和U2上的PSoC芯片)。
2. 实验平台上的输入设备主要4个按键(SW1、SW2、SW3、SW4)、4个电位器(VR1、 VR2、 VR3、 VR4)和1个4*4键盘；其中
4个按键选用通用产品，位于实验平台的左上侧，自左至右为SW1、 SW2、 SW3和 SW4;电位器采用轮式电位器，阻值为10K欧姆，位于实验平台最左侧，自上而下为VR1、 VR2、 VR3和VR4; 4*4键盘位于实验平台的左中部。按键和电位器的输入信号通过拨码 开关Sl连接到芯片Ul和芯片U2的对应端口。拨码开关Sl位于按键SW1和SW2的下 方，4*4键盘的上方。
4+4键盘的接口是4MPort，位于键盘下方。键盘的输入信号通过拨码开关S2可以连 接到芯片Ul，或者通过拨码开关S3连接到芯片U2。拨码开关S2位于键盘接口 4*4Port 的左下方；拨码开关S2位于键盘接口^4Port的右下方。
3. 实验平台上的输出设备主要有7个发光二极管LED (LED1—LED7)、 1个蜂鸣器 BZ、 1个4位数码管DS8和1个液晶接口 LCD_Port,其中-.
LED (LED1—LED7)位于按键SW3和按键SW4的上方，蜂鸣器BZ位于LED7的 右侧。LED的驱动信号通过拨码开关LED-BZ连接到芯片U2的P20""P26端口。拨码开 关LED-BZ位于蜂鸣器BZ的正下方。蜂鸣器BZ的驱动信号通过拨码开关LED-BZ连接 到芯片U2的P27端口。 4位数码管DS8使用共阴极数码管LG5641AH，位于实验平台的 右上方。它的段选择信号(a—g和DP)通过拨码开关Seg连接到芯片U2的P10—P17端 口，它的位选择信号(Ql、 Q2、 Q3和Q4)通过拨码开关Bit连接到芯片U2的P20—P23 端口。拨码开关Seg位于拨码开关LED-BZ的右侧；拨码开关Bit位于拨码开关Seg的右 侧。液晶接口 LED—Port位于实验平台的右侧，它的驱动信号连接到芯片U2的P20—P26 端口。
4. 本实验平台具有1个串行通信接口，位于实验平台的右下侧。该串口的驱动芯片 U3采用MAX232CPE，位于串口的连接接口 J2的正上方。具有1个I2C通信接口，位于 实验平台的右下侧，包括电阻R21和R22,数据信号插孔SDAI、 SDA2和地址信号插孔 SCL1、 SCL2。
5. 本实验平台具有1个小面包板，位于实验平台右侧。面包板四周是用于连接输入 输出信号以及两个芯片U1和U2端口的排孔。输入设备、12C通信信号和串口收发信号都 接到面包板下侧的排孔P2;输出设备、电源VCC和GND接到面包板上侧的排孔P1。芯 片U1的3个I0端口都接到面包板的左侧排孔，自上而下是PO (1)、 P2 (1)和P1 (1); 芯片U2的IO端口都接到面包板的右侧排孔，自上而下是PO (2)、 P2 (2)和P1 (2)。
本实施例还可包括一个附加的电容传感器按键实验板，实验板结构如图4所示。包括 1个PSoC芯片，位于实验板的右侧；1个下载接口 ISSP，位于芯片上侧；6个电容按键 CAP1—CAP6，位于实验板的左下方；1个RJ45接口位于实验板右上侧；1个28管脚的 DIP插针位于实验板的右侧，以及相应的插座、插孔、排孔及固定孔；DIP插针可以插在
实验平台上芯片U1或U2的插座上，即可进行相关实验，这样可以充分使用实验平台的输 入输出设备资源。
本实施例中各部分的具体实施电路分别详细说明如下
PSoC芯片的工作电路如图5所示。实验平台上的PSoC芯片Ul和U2选择使用Cypress 公司的CY8C29466。芯片Ul和芯片U2的下载端口 ISSP—Portl和ISSP—Port2，用于将编 译好的程序烧写进芯片的程序存储器。
按键和电位器的电路如图6所示。按键和电位器(采用通用产品)连接到的8位拨码 开关为S1。按键SW1、 SW2、 SW3和SW4—端接到电源正极VCC，另一端通过拨码开 关Sl连接到芯片对应引脚。4个按键的连接情况是SW1连接到芯片Ul的P02， SW2连 接到芯片Ul的P03， SW3连接到芯片U2的P02， SW4连接到芯片U2的P03。电位器 VR1、 VR2、 VR3和VR4使用旋轮式电位器，旋转电位器上的转盘即可改变输出电压。每 个电位器的输出端都串联有一个56欧姆的小电阻(R24—R27)，用于防止电流过大。4个 电位器的连接情况是VR1连接到芯片Ul的POO， VR2连接到芯片Ul的POl， VR3连接 到芯片U2的P00， VR4连接到芯片U2的POl。 '
键盘接口的电路如图7所示。键盘使用4*4形式的通用产品，共有16个按键。键盘 接口 4*4Port共有8根信号线，包括4根行信号线(Rowl、 Row2、 Row3和Row4)以及4 根列信号线(Coll、 Co12、 Col3和Co14)。键盘的信号线通过2个拨码开关S2和S3分别 连接到芯片Ul和芯片U2，连接到的对应引脚均为P04""P07以及P24—P27。
LED的驱动电路如图8所示。每个LED串联1个1K欧姆的电阻(Rl),当输入为高 电平时LED点亮。7个LED的驱动信号LED1—LED7通过拨码开关LED-BZ的左侧LED1 一LED7位连接到芯片U2的P2端口 ，对应情况是LED1连接到P20， LED2连接到P21, LED3连接至lj P22， LED4连接至UP23， LED5连接至lj P24， LED6连接至U P25 ， LED7连接 至廿P26。
蜂鸣器驱动电路如图9所示。图中三极管Q5选用8050，当输入为高电平时，三极管 Q5导通，蜂鸣器BZ开始鸣叫。蜂鸣器驱动信号BZ通过拨码开关LED-BZ的BZ位连接 到芯片U2的P27。
4位数码管DS8的驱动电路如图IO所示。数码管DS8选用共阴极型，高电平有效。 图中电阻(R8—R19)均为1K欧姆，三极管(Ql、 Q2、 Q3和Q4)均为8050。数码管的 8个段选择信号(a—g禾BDP)通过拨码开关Seg连接到P10—P17,4个位选择信号(Ql、 Q2、 Q3和Q4)通过拨码开关Bit连接到P20~P23。
液晶显示器驱动电路如图11所示。液晶显示器选择Hitachi公司的HD44780 (可扩展 为与该器件功能相同的其它器件)。图中VR5选择用于调节液晶对比度。液晶接口 LCD—Port 连接到芯片U2的P20—P26，具体对应方式为P20—P23为液晶显示信号输入，P24为液 晶使能端，P25为RS端，P26为读写控制端。
串口通信接口电路如图12所示。串口驱动芯片U3选用MAX232CPE。串行接口的发
送端Tran和接收端Rec并未连接到芯片Ul和U2，只是将其引到面包板右下方的插孔。 用户可以根据自己的设计方案将Ul或U2相应引脚与插孔连接，即可完成Ul或U2与外 部设备的串口通信。
12C接口电路如图13所示。图中两个电阻R21和R22是上拉电阻，阻值为1K欧姆。 I2C通信的数据信号SDA和地址信号SCL均已连接到面包板右下侧的插孔。用户可以根 据自己的设计方案将Ul和U2相应引脚分别与SDA1、 SCL1和SDA2、 SCL2插孔连接， 即可完成Ul和U2之间的I2C通信。
排孔位置示意图如图14所示。面包板上侧是输出信号和电源的排孔P1，左面是连接 LED1—LED7和蜂鸣器BZ的插孔，中间是电源VCC和地GND，右面是4位数码管DS8 的驱动信号插孔；面包板下侧输入信号和通信接口的排孔P2,左面是按键SW1—SW4、 电位器VR1—VR4和键盘输入信号Rowl—Row4、 Coll—Co14的插孔，中间是I2C通信信 号SDA1、 SCL1和SDA2、 SCL2的插孔，右面是UART的收发信号Tran和Rec的插孔； 面包板左侧是芯片U1的IO端口插孔PO (1)、 P2 (1)和P1 (1);面包板右侧是芯片U2 的IO端口PO (2)、 P2 (2)和P1 (2)。
权利要求
1、一种可编程片上系统实验平台，包括可编程片上系统芯片、输入设备、输出设备、通信接口、电源及相应的插座、插孔、排孔及固定孔；其特征在于，该平台采用两个可编程片上系统芯片，并且还包括一个面包扳，以及将所述可编程片上系统芯片、输入设备、输出设备、通信接口、面包板及电源相互连接成一个整体的拨码开关；该输入设备由多个按键、多个电位器和1个4*4键盘组成，该输出设备由多个发光二极管、1个蜂鸣器、1个4位数码管和1个液晶接口组成；该通信接口由1个串行通信接口和1个I2C通信接口组成。
2、 如权利要求l所述的实验平台，其特征在于，还包括一个附加的电容传感器按键实 验板，该实验板包括1个可编程片上系统芯片，l个下载接口， 6个电容按键，l个 RJ45接口， 1个28管脚的双列直插插针；该双列直插插针插在所述实验平台上的任意一个可编程片上系统芯片的插座上。
全文摘要
本发明属于电子技术和嵌入式系统领域。涉及可编程片上系统实验平台。平台电路包括可编程片上系统芯片、输入设备、输出设备、通信接口、电源及相应的插座、插孔、排孔及固定孔；其特征在于，该平台采用两个可编程片上系统芯片，并且还包括一个面包扳，以及将所述可编程片上系统芯片、输入设备、输出设备、通信接口、面包板及电源相互连接成一个整体的拨码开关；该输入设备由多个按键、多个电位器和1个4*4键盘组成，该输出设备由多个发光二极管、1个蜂鸣器、1个4位数码管和1个液晶接口组成；该通信接口由1个串行通信接口和1个I2C通信接口组成。本发明具有使用方便、易于操作、功能齐全的特点。
文档编号G09B25/00GK101110176SQ20071012137
公开日2008年1月23日 申请日期2007年9月5日 优先权日2007年9月5日
发明者华成英, 叶朝辉 申请人:清华大学