基于PSoC的简易示波器设计

摘 要：可编程片上系统PSoC的出现，使得在单个芯片上可以实现模拟和数字系统的混合设计。本文基于PSoC4器件，结合6100LCD液晶屏，以PSoC Creator软件为平台，实现一个简易的数字示波器。经过测试，可以成功显示幅度为0-3.3V，频率达到20KHz的波形。

关键词：PSoC可编程片上系统;数字;示波器

引言

随着半导体技术的发展和芯片集成度的提高，越来越多的厂商开始提供在单芯片上实现复杂系统的解决方案，即基于SoPC的解决方案[1]。这种解决方案由于将模拟和数字系统集成在单个芯片内，使得设计灵活度更高，可靠性更高，更方便，同时还可缩短系统设计周期，节省设计成本。

本设计采用PSoC4芯片CY8CKIT-042作为微控制器，通过配置具体的模拟和数字模块资源实现一个可以在128*128的彩色LCD显示振幅为0～3.3V频率不大于20KHz波形的示波器。

1系统设计

1.1 PWM模块

本设计利用TCPWM具有多样的工作模式及计数方式，并可与ADC同步的特点，自定义在PWM周期内任一时刻触发ADC转换。PWM中时钟频率设为400kHz。在PSoC Creator中选择TCPWM模块的工作模式为“PWM”，PWM align设置为Left align ，即左对齐，PWM mode为PWM，将周期寄存器period值设为2，比较寄存器中值设为1。

1.2 ADC模块

在该设计中，ADC对输入的要显示的信号进行采样离散化，设置如下。采样模式：硬件触发;VERF选择：vdda;信号输入结束：vss;结果数据格式：unsigned;交替协议：8 ;信道：0;Resolution：ALT;模式：single。

1.3 SPI模块

SPI模块是进行PSoC4与LCD通信的模块，将经过板子处理过的信号，经过SPI，显示在LCD上。SPI用户模块包括SPI Master模块（SPIM）和SPI Slave模块（SPIS）。设计中板子相当于MASTER，LCD相当于SLAVE，因此需要SPIM模式。它执行全双工同步8-bit 数据传输。可设定SCLK 的相位、极性，以适应大多数SPI 的SLAVE器件。DIO就是ADC_IN，就是进行信号输入（LCD）的脚，SCK输入时钟，CS是片选引脚，LCD_RES就是LCD初始化引脚。

1.4 按键部分

按键有三个，当按下S1时，触发中断，对信号进行纵向大小的调整（变高或者变矮）;当按下S2时，进行时间扫描，对信号进行横向大小的调整（变宽或者变窄），当按下S3时，将信号的峰峰值和周期值同时显示出来。Debouncer部件用来消除抖动，isr_Time_Scale，isr_Voltage_Scale，isr_Parameters是三个按键对应的中断，用来触发相应的事件。

1.5 液晶显示器显示

使用带有LCD6100的Color LCD Shield来作为显示器。Color LCD Shield除了带有大小为128*128 LCD6100外，还带有三个按键和一个可以增加到7V的电子驱动器。LCD6100是通过9比特的SPI接口来驱动的。LCD的控制脚连接到Arduino 的硬件SPI脚上（D13 -SCK， D11 - DIO），CS脚连接到D9 ，复位（reset）脚连接到D8。Arduino引脚的电压从5V提升到7V作为背光灯的电源。Color LCD Shield可以使用Epson S1D15G10或者PCF8833的控制器，我们使用PCF8833。在程序中，首先将LCD初始化，显示等函数加入，在Header Files中引入头文件ColorLCDShield.h[2]。LCD的全部相关函数的具体实现和字库的值在Souce Files中的ColorLCDShield.c中。

2 系统测试

测试使用仪器与设备：信号发生器一台、电源连接线、液晶屏、PSoC4开发板。将各部分电路连接起来，使用信号发生器产生0-3.3V信号，作用于PSoC4，在液晶屏显示波形，频率在20KHz以内时波形显示正常，通过按键可以调节波形在水平方向和垂直方向的大小，可以读出波形的峰峰值（Vp-p），频率值（f）参数。

3 结语

本文根据应用需求设计并实现了基于PSoC的简易示波器，经过测试，可以成功显示幅度为0-3.3V，频率达到20KHz的波形。具有使用灵活，设计成本低，开发周期短等优势。

参考文献：

[1]百度百科. PSoC.http：//baike.baidu.com/view/955531.htm？fr=aladdin.

[2]SPI. Serial Peripheral Interface （SPI） Master（version 2.40）[K].Cypress Corporation.

作者簡介：

耿家国（1965.4—），男，汉族，大专，工程师。