基于PSoC的节日彩灯控制系统

刘亦萍, 王玮, 何形，黄佳东, 黄涛, 刘宝锴

(上海第二工业大学 电子与电气工程学院，上海 201209)

基于PSoC的节日彩灯控制系统

刘亦萍, 王玮, 何形，黄佳东, 黄涛, 刘宝锴

(上海第二工业大学 电子与电气工程学院，上海 201209)

使用CYPRESS公司生产的PSoC开发板，在Creator2.0平台上编程，设计模拟脉冲产生电路，并由数字电路组成的计数器进行二级十六分频，得到时钟控制信号，然后用查找表完成控制逻辑的设计，最终控制彩灯的有序变化，在单芯片上实现了模数混合的彩灯控制功能。

PSoC开发板；Creator2.0；脉冲产生电路；十六进制计数器；分频；查找表

0 引 言

CYPRESS公司在全球率先实现了在单芯片内的“模拟和数字全混合阵列”，对未来电子系统的设计方法产生了深远的影响，本控制系统就是基于CYPRESS公司推出的CY8C3866AXI-040型开发板，在Creator2.0开发平台上进行模拟电路及数字电路的可编程设计、联调和硬件实现。

本文将介绍由自行设计频率为304 Hz，周期为3.20 ms，最大电压值为2.48 V的脉冲发生器为输入时钟信号，通过以十六进制计数器为核心的两级分频模块分频，得到频率为1.172 Hz的脉冲，再通过控制逻辑电路，即可实现彩灯有规律地闪烁。图1为彩灯控制系统设计框图。

图1 彩灯控制系统设计框图

1 脉冲发生器

在PSoC Creator2.0软件中，设计如图2所示脉冲发生器原理图，有周期计算公式[1]:

代入电阻电容值，解得T=3.3*10-3s，可知脉冲的频率为303.03 Hz。

在主界面主菜单下，选择Build->Build square_wave_genator，使软件自动产生所需要的应用程序接口函数。然后在主界面的Workspace Explorer窗口下，选择Source标签。找到Source Files子条目。选中main.c文件，在文件中加入Opamp_1_Start() ;Opamp_2_Start() 两句C语言[2]。

图2 脉冲发生器

然后进行引脚分配[3]，在主界面主菜单下，选择Build->Build square_wave_genator，使软件自动分配引脚；建立完设计后，用鼠标双击square_wave_genator.cydwr文件。打开图3所示的引脚分配界面，自行分配引脚。

图3 脉冲发生器引脚分配

在PSoC开发板上的面包板上，按照原理图和分配的引脚外接电阻和电容。对程序进行编译下载后，将输出端接入示波器，可得到304.9 Hz的矩形脉冲，与理论计算基本相符。

2 一级分频和二级分频

计数器具有分频的功能。因此我们在PSoC板上设计了十六进制计数器,可以进行十六分频,通过两级十六分频之后，可得到的频率为f=303/256 Hz=1.18 Hz的矩形脉冲。

十六进制计数器可以从0000做加法计数到最大1111。图4是十六进制计数器的状态图。在每个计数脉冲到来时，计数器从一个状态转移到另一个状态，计数器的输出从0000做加法计数到1111，然后返回到0000 。

图4 十六进制计数器状态图

图5是设计的十六进制计数器电路图，时钟LUK与图2中的输出Vout2相连。Q3,Q2,Q1,Q0依次是高位到低位输出。该计数器是以16个LUK脉冲构成一个计数周期，是模16(M=16)加法计数器。其中Q0,Q1,Q2,Q3分别对LUK脉冲进行了2、4、8、16分频；

图5 十六进制计数器原理图

图6 16分频计数器内核

将图5原理图，生成图6所示的原理图符号，我们简称为16分频计数器内核[4]。由两个16分频计数器内核串接,构成256分频电路。

3 控制逻辑的实现

控制原理是通过四位二进制即十六进制计数器连接查找表，再通过查找表不同的状态输出来实现彩灯的控制。实现原理图如图7。

图7 计数器控制彩灯原理图

我们用查找表实现彩灯控制,设计4个输入端，则有24= 16中可能的输入状态，我们按照自己的要求设计输出状态。在本设计中，我们规定1为彩灯亮，0为彩灯灭；在16次计数过程中，我们采用如图8所示输入输出状态。

图8 查找表设计

4 电路联调

图9 彩灯控制数字电路部分原理图

将图2中的Pin_11与图9中的Pin_8相连，使模拟电路构成的脉冲发生器产生的脉冲，经过数字电路构成的一级和二级分频，再经过逻辑控制，输出到LED彩灯，程序经编译、下载到Psoc开发板上，并在PSoC板上连接好外接元件，经过软硬件联调，实现了所需彩灯亮暗逻辑功能[5]。

5 结束语

我们知道，模数混合电路的可编程实现一直是一个非常具有挑战性的课题，我们成功地在CYPRESS公司开发的PSoC板上完成了模拟、数字电路的设计和连接，实现了彩灯的有序变幻功能。本设计对未来实现产品开发有一定的借鉴意义，在单芯片上实现一个完整的“体统”设计[6]；由于该开发板独特的可编程、可配置单元能在设计时体现其灵活性与简便性[7]，大大简化了设计流程，缩短了开发周期。而且还具有成本低廉、可扩展、精度高等优点。

[1] 林志琦,蒋惠萍. 信号发生电路原理与实用设计[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2] 朱明程，李晓滨.PSoC原理与应用设计[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] 何宾.PSoC模拟与数字电路设计指南[M].北京：化学工业出版社，2012.

[4] 何宾.可编程片上系统PSoC设计指南[M].北京：化学工业出版社，2011.

[5] 颜晗,李平. 基于PSoC和NTC的自容式海水温度测量仪器设计[J]. 微计算机应用,2008(7)：104-105.

[6] ASHBY ROBERT. Designer’s guide to the Cypress PSoC[M]. Burlington, MA，Elsevier Newnes ，2005.

[7] 叶朝辉，华成英.可编程片上系统(PSoC)原理及实训[M].北京：清华大学出版社，2008.

PSoC-based Control System for Holiday Illumination

LIU Yi-ping, WANG Wei, HE Xing，HUANG Jia-dong, HUANG Tao, LIU Bao-kai

(College of Electronic and Electric Engineering, Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai 201209, China)

The design is realized by the use of the PSoC development board of the CYPRESS Co. We complete programming on the Creator2.0 platform. First, we design an analog circuit to generate pulses, followed by 2-level frequency division by 16 in a counter composed of digital circuitry to obtain a clock control signal. Then, control logic design is conducted by use of the lookup table. Finally, orderly change of the illumination is brought under control to realize analogue-digital illumination control on a single chip.

the PSoC development board, Creator2.0, pulse generating circuit, hexadecimal counter, frequency division, lookup table

上海第二工业大学大学生科技项目(编号:2014-xjkj-033);上海第二工业大学校基金项目(编号:EGD13XQD20);上海第二工业大学学科建设基金项目(编号:XXKYS1402)

10.3969/j·issn.1000-3886.2015.02.031

TN402

A

1000-3886(2015)02-0093-02

刘亦萍(1965-),女，江西人，硕士，工程师及讲师，主要从事电路理论及微机应用研究。 王玮(1986-)，男，上海人，硕士，助理工程师，主要从事自动化及机器人方面研究。 何形(1992-)，男，湖北人，大学生，通信工程。 黄佳东(1994-)，男，江苏人，大学生，通信工程。 黄涛(1992-)，男，福建人，大学生，通信工程。 刘宝锴(1993-)，男，甘肃人，大学生，通信工程，电子邮箱。

定稿日期: 2014-07-02