专利名称：Psoc-cpld电子综合实验设备的制作方法
技术领域：
电子技术设计与应用。
技术背景目前，利用CPLD (复杂可编程逻辑器件)作为核心芯片的EDA电子实验设备，只能对数字信号进行实验及处理，实验范围相对狭窄。本实用新型利用Cypress公司的PSOC (可编程片上系统)芯片CY8(^9466、CY8C21534能够在片内进行模拟及数字电路可编程的特点，能够直接处理模拟信号与数字信号；Altera公司的CPLD芯片MAX2EPM1270能够在片内实现数字电路可编程的特点，能够完成数字信号处理以及分配相关外围电路接口模块。通过两种可编程芯片的联合应用，可以实现多种信号的处理以及外围电路的多次复用。使用本实用新型时，达到既可以单独完成CPLD的相关实验，也可以利用CPLD作为PSOC芯片与外围电路的桥梁，完成PSOC的相关实验，更可以利用这两种芯片各自的优势，完成各自擅长的数据或信号处理，并通过CPLD总体控制外围电路，完成较多的综合实验的目的，同时能体现PSOC芯片处理模拟信号的能力以及CPLD芯片处理数字信号的优势。PSOC芯片CY8(^9466、CY8C21534集成了一个8位的，工作频率可以达到24MHz的微处理器核，还包含丰富的可编程模拟模块，如放大器、过滤器、比较器等等，还有专为触摸设计的Capknse模块；还包含丰富的数字模块，例如时钟，计数器，PWM，UART、SPI、CRC、PRS 等等。还有混合模块，通信模块，还内置了 Flash和SRAM，既满足了一般电子系统的资源要求，又顺应了现代电子设计方法的发展方向。PSoC提供CPU、器件数字和模拟资源的连接， 外部接口具有极大的灵活度，总线还可实现信号多路复用功能。模拟系统包括多个可配置的块，每个块都具备运算放大器，可创建复杂的模拟信号流，经过定制后可支持具体的应用要求。在软件方面，支持PSOC芯片的软件开发环境PSoC Designer也为用户提供这些用户模块的API函数供用户编程时调用。另一开发环境PSoC Express可以在更高的抽象概念水平上运行，且无需汇编或C的软件开发。具有设计可视化功能，包含丰富的驱动程序库和多种传输函数的评估器以及软仿真功能，实现更高的可靠性。CPLD芯片采用的具体型号是 MAX2EPM1270,内部具有980个等效典型宏单元数，是新型的CPLD器件，集成度更高，功耗更低，性价比更好。
发明内容本实用新型利用Cypress公司的PSOC (可编程片上系统)芯片CY8(^9466、 CY8C21534以及Altera公司的CPLD芯片MAX2 EPM1270作为本实验装置的两个核心芯片。 能够通过编程，实现片内模拟或数字电路的搭建，同时还能利用CPLD作为外围器件的接口，最终共同完成各种综合实验，性能强大，功能也齐全。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该设备包括PSOC核心电路、CPLD核心电路、USB-Blaster编程电路、电源电路、ISSP编程接口电路、外围模拟接口电路和外围数字接口电路，其中电源电路与PSOC核心电路和CPLD核心电路相连接，USB-Blaster编程电路与CPLD核心电路和电源电路相连接，ISSP编程接口电路与PSOC核心电路相连接。所述的PSOC核心电路由CYPRESS公司的PSOC芯片CY8C29466和CY8C215;34 组成；CPLD核心电路由ALTERA公司的CPLD芯片EPM1270组成；ISSP编程接口电路提供5 线接口，与PSOC编程器相连接，同时包括复位电路；USB-Blaster编程电路由USB通信芯片 FT245BM以及CPLD芯片EPM240T100C5组成。在模拟信号的处理上，同PSOC(可编程片上系统)芯片CY8(^9466、CY8C21534连接的外围模拟接口电路包括模拟信号输入接口、模拟电压输入接口、光敏传感器接口、热敏传感器接口、模拟温度传感器LM35、模拟信号输出接口、模拟电压输出接口、Cadence (电容感应)滑条和按键接口。同时，PSOC芯片与CPLD芯片相关管脚进行连接，以保证PSOC也能利用外围的数字输入输出接口设备。同CPLD芯片连接的外围数字接口电路包括8位LED显示电路接口、8位数码管显示接口、4个独立按键输入接口、4乘以4矩阵键盘输入、数字温度传感器DS18B20输入接口、霍尔传感器接口、直流电机接口电路、步进电机接口电路、液晶1602显示接口电路、液晶1观64显示接口电路、 PWM波形输出接口、蜂鸣器输出接口、1 通信接口电路、SPI通信接口电路、串口通信接口和 DS1302时钟接口电路。整个设备作为一个完整的实验系统，可以完成大部分的数字模拟实验以及综合实验。本实用新型的有益效果是本实用新型利用PSOC内部集成处理器核以及能够实现片内模拟电路搭建的优点，同时CPLD芯片在数字电路上的优点也能同时体现。第一，通过本实验装置的PSOC模块可单独完成模拟电压，模拟信号的处理，还能通过其内置的处理器核完成相关的控制，数据处理的功能。第二，由于CPLD和外部的数字接口电路连接，这样我们既可以单独利用CPLD控制外围数字接口电路，完成CPLD的相关实验；第三，我们还可以利用CPLD作为PSOC芯片与外围数字接口电路的桥梁，完成PSOC控制外围数字接口电路的实验，达到管脚复用的目的。最后，我们可以同时利用PSOC和CPLD各自的片内资源，利用需要的外围接口，最终完成综合实验。
图1是本实用新型PS0C-CPLD电子综合实验设备的结构框图；图2是单独完成模拟实验需要的模块框图；图3是单独利用CPLD芯片完成数字实验的模块框图；图4是利用PSOC和CPLD芯片完成控制与模数信号处理综合实验的模块框图。各图中(1)为PSOC核心芯片(内部嵌入处理器硬核、内部可通过编程实现模拟电路与数字电路，可以直接处理模拟信号和数字信号。优点是善于直接处理模拟信号。同时， 拥有处理器硬核也能在控制方面发挥良好作用)；(2)为CPLD核心芯片(既可以单独完成数字逻辑电路的相关实验；也可以为PSOC芯片和外围数字电路接口做桥梁，实现PSOC的相关数字电路实验；还可以和PSOC芯片联合起来实现综合实验；最大限度的实现了管脚的灵活分配和数据准备)；C3)为USB-Blaster程序下载电路(CPLD编程电路)；(4)为电源电路(5V、3.3V) ； (5)为控制信号；(6)为数据传输；(7)为模拟信号输入电路；(8)为模拟电压输入电路；⑶)为光敏传感器电路；(10)为热敏传感器电路；(11)为模拟温度传感器电路；(1 为模拟信号输出；(1 为模拟电压输出；(14)为ISSP程序下载接口 ；(15)为 CapSence电容感应输入(包括滑条与按键)；(16)为直流电机接口电路；(17)为步进驱动接口电路；(18)为串口通信接口电路；(19)为蜂鸣器接口电路J20)为1 通信接口电路； (21)为DRAM存储芯片；(22)为SPI通信电路；(23)为DS1302时钟接口电路；(24)为8个 LED显示；05)为7段数码管显示；06)为1观64液晶显示；、2 )为1602液晶显示；08) 为4乘以4矩阵键盘；(29)为4个独立按键输入；(30)PWM波形输出接口 ；(31)为数字温度传感器、霍尔传感器；(3 为控制信号输出。
具体实施方式将模拟信号(电压)输入电路与PSOC核心芯片连接，通过对PSOC芯片进行编程， 能够完成模拟电压放大实验、模拟信号放大实验、模拟信号滤波实验、电压比较实验。将模拟温度传感器电路、光敏传感器电路、热敏传感器电路、Cadence (电容感应)滑条，按键分别和PSOC核心芯片连接，通过编程，能够完成测量温度、感应光强，热度变化的相关实验， 还能完成电容感应的输入实验。将8位数码管、8位LED、4乘以4矩阵键盘、温度传感器 18B20 (数字)、霍尔传感器电路、直流电机驱动电路、步进电机驱动电路、PWM输出接口、1 存储芯片电路、SPI通信电路、DS1302时钟芯片电路、蜂鸣器电路、串口通信电路、1602液晶电路和1观64液晶电路分别CPLD核心芯片连接，既可以通过CPLD内部编程，实现CPLD 的相关实验，比如8位数码管显示实验、流水灯实验、键盘输入实验、电机控制实验、通信实验、蜂鸣器实验、液晶显示实验等。也可以将CPLD核心芯片模块与PSOC核心芯片模块相连接，利用CPLD作为桥梁，完成相关的控制实验；还可以利用PSOC核心模块和CPLD核心模块各自的优点，配置和利用外围的模拟数字接口，完成综合实验。比如电机监测控制综合实验，利用模拟温度传感器、热敏传感器(模拟)、霍尔传感器进行电机监测数据的采集，利用 1观64液晶模块显示数据以及状态，利用电容感应(模拟输入)进行控制参数设置输入，利用PSOC内部集成的处理器硬核进行转数，状态等的控制，利用CPLD芯片，对其进行编程，完成接口分配。使其连接PSOC芯片的相关管脚以及外围的电机驱动电路、液晶显示电路，串口通信电路等。最终完成该综合实验。利用该实用新型，还能完成很多类似的综合模拟数字实验，研发拓展性强，灵活方便。
权利要求1.一种PS0C-CPLD电子综合实验设备，其特征在于该设备包括PSOC核心电路(1)、 CPLD核心电路(2)、USB-Blaster编程电路(3)、电源电路、ISSP编程接口电路(14)、外围模拟接口电路和外围数字接口电路，其中电源电路⑷与PSOC核心电路⑴和CPLD核心电路(2)相连接，USB-Blaster编程电路(3)与CPLD核心电路(2)和电源电路(4)相连接，ISSP编程接口电路(14)与PSOC核心电路⑴相连接。
2.根据权利要求1所述的PS0C-CPLD电子综合实验设备，其特征在于所述的PSOC核心电路(1)由CYPRESS公司的PSOC芯片CY8C29466和CY8C215;34组成；CPLD核心电路(2) 由ALTERA公司的CPLD芯片EPM1270组成；ISSP编程接口电路(14)提供5线接口，与PSOC 编程器相连接，同时包括复位电路；USB-Blaster编程电路(3)由USB通信芯片FTM5BM以及 CPLD 芯片 EPM240T100C5 组成。
3.根据权利要求1所述的PS0C-CPLD电子综合实验设备，其特征在于所述的外围模拟接口电路包括模拟信号输入接口(7)、模拟电压输入接口(8)、光敏传感器接口(9)、热敏传感器接口(10)、模拟温度传感器LM35 (11)、模拟信号输出接口(12)、模拟电压输出接口 (13)、Capknce滑条和按键接口(15)。
4.根据权利要求1所述的PS0C-CPLD电子综合实验设备，其特征在于所述的外围数字接口电路包括8位LED显示电路接口 04)、8位数码管显示接口 0幻、4个独立按键输入接口 09)、4乘以4矩阵键盘输入( )、数字温度传感器DS18B20输入接口、霍尔传感器接口 (31)、直流电机接口电路(16)、步进电机接口电路(17)、液晶1602显示接口电路(Xt)、液晶 1观64显示接口电路06)、PWM波形输出接口(30)、蜂鸣器输出接口(19)、I2C通信接口电路(20)、SPI通信接口电路(22)、串口通信接口 (18)和DS1302时钟接口电路(23) 0
5.根据权利要求1所述的PS0C-CPLD电子综合实验设备，其特征在于所述的外围模拟接口电路与PSOC核心电路(1)的模拟输入输出管脚相连接，外围数字接口电路与CPLD核心电路⑵的管脚相连接，PSOC核心电路⑴与CPLD核心电路⑵之间直接连接。
专利摘要PSOC-CPLD电子综合实验设备为电子技术应用领域的产品，主要应用于教学实验。本实用新型利用CYPRESS公司生产的PSOC芯片CY8C29466、CY8C21534，ALTERA公司生产的CPLD芯片EPM1270作为核心芯片，以及相关的外围电路，组合成一个完整的综合实验设备，能够通过片内编程完成模拟电路、数字电路的搭建，同时还具有硬核处理器，从而能够完成相关的模拟实验、数字实验，控制实验等。整个实验装置由电源模块电路、外围模拟接口电路、ISSP编程电路、PSOC芯片核心电路、CPLD芯片核心电路、USB-Blaster编程电路、外围数字接口电路组成。本实用新型具有灵活性强，可参与性好的特点，研发拓展性好的特点。
文档编号G09B19/00GK202134128SQ20112015004
公开日2012年2月1日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者岳敏, 李曙俏, 李赛, 袁小平, 邓恒淹 申请人:中国矿业大学