MPS_Metodichka
.pdfПроекта.hex (в папке "Output"), содержащий в себе в нужном порядке программы конфигурирования системы, все необходимые подпрограммы обслуживания модулей, а также основную программу работы системы (все программы – в машинных кодах). При отсутствии ошибок построения с помощью программатора (состоящего из программной и аппаратной частей) соответствующее содержимое файла ИмяПроекта.hex из папки "Output" может быть записано (запрограммировано) в микросхему PSoC, после чего она автоматически запускается.
Важной особенностью оболочки PSoC-Designer является возможность автоматической генерации всей необходимой документации на проект – то есть документации, содержащей выбранные для проекта модули пользователя, расположение и назначение конкретных выводов микросхемы, схему соединений между модулями и портами ввода-вывода, конкретные параметры настройки портов и основных ресурсов микросхемы, блок-схемы и параметры настройки модулей, включая содержимое конфигурационных регистров. Для генерирования этой документации служит кнопка "Datasheet" во второй строчке меню (рис.3.6) или аналогичная опция в подменю "View" слева в верхней строчке основного меню. Кроме того, автоматически генерируется полный листинг (файл ИмяПроекта.lst) всех программ работы системы с комментариями, внесёнными как разработчиками самой оболочки PSoC-Designer, так и разработчиками прикладной системы на базе PSoC. Файл генерируется в папке "Output" при нажатии кнопки "Build" и отсутствии ошибок построения файла загрузки системы.
4 Лабораторные работы
4.1 Изучение архитектуры микропроцессорных систем
Цель работы: изучить архитектуру и основные блоки современных микропроцессорных систем (МПС) на примере МПАЦ СНК типа PSoC.
Теория: см. главы 1-3 настоящих методических указаний.
Методика: внимательно изучите параграфы 2.1-2.5, 3.1 настоящих методических указаний, запустите оболочку PSoC-Designer.
Задание: выбрать подходящую микросхему PSoC в соответствии с рекомендациями преподавателя, создайте проект МПС на её основе, изучите её архитектурные особенности и доступные аппаратные ресурсы. Подготовьте отчёт со структурой и описанием системы.
Контрольные вопросы: см. стр. 65 настоящих методических указаний.
4.2 Изучение подсистем памяти МПС
Цель работы: изучить организацию подсистем памяти современных микропроцессорных систем на примере МПАЦ СНК типа PSoC.
61
Теория: см. главы 1-3 настоящих методических указаний. Особое внимание обратить на разделы 2.1, 2.2.
Методика: внимательно изучите параграфы 2.1-2.2, 3.1 настоящих методических указаний, запустите оболочку PSoC-Designer. Создайте в подходящем месте ОЗУ массив кодов, указанных преподавателем. Перепишите этот массив во флэш-ППЗУ с помощью соответствующей стандартной функции супервизорного ПЗУ (SROM).
Задание: выбрать подходящую микросхему PSoC в соответствии с рекомендациями преподавателя, создайте проект МПС на её основе, создайте программу для заполнения ОЗУ нужными кодами, перепишите соответствующий фрагмент во флэш-память и сравните переписанный фрагмент с исходным с помощью подходящих команд. Результат сравнения выведите в ячейки ОЗУ, указанные преподавателем. Подготовьте отчёт по итогам экспериментов со структурой и программой работы системы.
Контрольные вопросы: см. стр. 65 настоящих методических указаний.
4.3 Изучение параллельных портов ввода-вывода
Цель работы: изучить организацию подсистем параллельного вводавывода (портов параллельного ввода-вывода) на примере современных микропроцессорных систем типа PSoC.
Теория: см. главы 1-3 настоящих методических указаний. Особое внимание обратить на разделы 2.1 - 2.4.
Методика: внимательно изучите параграфы 2.1-2.4, 3.1 настоящих методических указаний, запустите оболочку PSoC-Designer. Создайте в массиве ЦКБ 8-разрядный счётчик, генерирующий на выходе меандр с частотой, указанных преподавателем. Подключите его выход к разряду 2 порта 0 PSoC. Укажите в системе настройки эксперимента один цифровой канал с входа 0 порта 0. Оттранслируйте программу и сформируйте готовый проект. Запустите эксперимент и проверьте правильность работы подсистемы вывода.
Задание: выберите подходящую микросхему PSoC в соответствии с рекомендациями преподавателя, создайте проект на её основе по приведённой выше методике. Добейтесь правильной работы подсистемы ввода-вывода путём нужной настройки порта 0. Подготовьте отчёт по итогам экспериментов со структурой и программой работы системы.
Контрольные вопросы: см. стр. 65 настоящих методических указаний.
4.4 Подключение светодиодных индикаторов к МПС
Цель работы: изучить способы подключения светодиодных индикаторов к МПС на примере PSoC.
62
Теория: см. главы 1-3 настоящих методических указаний. Особое внимание обратить на разделы 2.1 - 2.4.
Методика: внимательно изучите параграфы 2.1-2.4, 3.1 настоящих методических указаний, запустите оболочку PsoC-Designer. Создайте проект с двумя типами модулей управления: 1) отдельными светодиодными индикаторами (LED) и 2) семисегментным светодиодным индикатором на 4 позиции с общим катодом и сканированием (LED7SEG). Подключите выходы управления отдельными светодиодами к разрядам 2 и 3 порта 0 PSoC. Укажите в системе настройки эксперимента два цифровых канала с входов 0 и 1 порта 0. Напишите программу инициализации и запуска всех модулей, зажгите первый и погасите второй светодиоды, а на семисегментные индикаторы выведите изображения цифр, указанные преподавателем. Оттранслируйте программу и сформируйте готовый проект. Запустите эксперимент и проверьте правильность работы выводов управления отдельными светодиодами.
Задание: выберите подходящую микросхему PSoC в соответствии с рекомендациями преподавателя, создайте проект на её основе по приведённой выше методике. Добейтесь правильной работы программы. Подготовьте отчёт по итогам экспериментов.
Контрольные вопросы: см. стр. 65 настоящих методических указаний.
4.5 Подключение счётчиков-таймеров и модулей управления ЖКИ
Цель работы: изучить организацию счётчиков-таймеров и модулей управления ЖКИ на примере современных микропроцессорных систем типа PSoC.
Теория: см. главы 1-3 настоящих методических указаний. Особое внимание обратить на разделы 2.1 - 2.4.
Методика: внимательно изучите параграфы 2.1-2.4, 3.1 настоящих методических указаний, запустите оболочку PSoC-Designer. Создайте в массиве ЦКБ счётчик-таймер с разрядностью, указанной преподавателем, генерирующий на выходе меандр с заданной частотой. Подключите его выход к разряду 2 порта 0 PSoC. Укажите в системе настройки эксперимента один цифровой канал с входа 0 порта 0. Выберите также из набора стандартных модулей PSoC модуль управления ЖКИ (LCD) и разместите его в массиве КБ. Напишите программу инициализации и запуска всех модулей, оттранслируйте её и сформируйте готовый проект. Запустите эксперимент и проверьте правильность работы счётчикатаймера.
Задание: выберите подходящую микросхему PSoC в соответствии с рекомендациями преподавателя, создайте проект на её основе по приведённой выше методике. Добейтесь правильной работы счётчикатаймера и подсистемы ввода-вывода. Подготовьте отчёт по итогам экспериментов.
63
Контрольные вопросы: см. стр. 65 настоящих методических указаний.
4.6 Подключение ЦАП к МПС
Цель работы: изучить устройство, принципы работы и применения ЦАП, входящих в состав модулей PSoC.
Теория: см. главы 1-3 настоящих методических указаний. Особое внимание обратить на разделы 2.4, 2.5, 2.6, 3.1.
Методика: внимательно изучите параграфы 2.4-2.6, 3.1 настоящих методических указаний, запустите оболочку PSoC-Designer. Создайте в массиве ЦКБ счётчик-таймер, генерирующий на выходе меандр с заданной частотой. Подключите его выход к схеме прерываний PSoC. Выберите и создайте в массиве свободных АКБ ЦАП (DAC) с разрядностью, указанной преподавателем. Подключите его выход к выходу 0 порта 0 и укажите в системе настройки эксперимента один аналоговый канал с выхода 0 порта 0. Напишите программу инициализации и запуска всех модулей, а также программу обработки прерываний от счётчика-таймера и загрузки в ЦАП кодов, обеспечивающих генерирование на его выходе циклически линейно-нарастающих или спадающих сигналов (“пилы”) по указанию преподавателя. Оттранслируйте её и сформируйте готовый проект. Запустите эксперимент и проверьте правильность работы счётчикатаймера и ЦАП.
Задание: выберите подходящую микросхему PSoC в соответствии с рекомендациями преподавателя, создайте проект на её основе по приведённой выше методике. Добейтесь правильной работы счётчикатаймера и ЦАП. Подготовьте отчёт по итогам экспериментов.
Контрольные вопросы: см. стр. 65 настоящих методических указаний.
4.7 Подключение АЦП к МПС
Цель работы: изучить устройство, принципы работы и применения АЦП, входящих в состав модулей PSoC.
Теория: см. главы 1-3 настоящих методических указаний. Особое внимание обратить на разделы 2.4, 2.5, 2.6, 3.1.
Методика: внимательно изучите параграфы 2.4-2.6, 3.1 настоящих методических указаний, запустите оболочку PSoC-Designer. Выберите и создайте в массиве свободных АКБ модуль АЦП, измеряющий температуру флэш-памяти PSoC (FlashTemp). Напишите программу инициализации и запуска модуля, а также программу запуска, чтения и осреднения считанных с выходов АЦП 8-разрядных кодов. Запишите усреднённый код температуры флэш-памяти в ячейку ОЗУ, указанную преподавателем. Оттранслируйте её и сформируйте готовый проект. Запустите эксперимент и проверьте правильность работы АЦП. Вычислите примерную температуру флэш-памяти PSoC.
64
Задание: выберите подходящую микросхему PSoC в соответствии с рекомендациями преподавателя, создайте проект на её основе по приведённой выше методике. Добейтесь правильной работы измерительной системы. Подготовьте отчёт по итогам экспериментов.
Контрольные вопросы: см. стр. 65 настоящих методических указаний.
Вопросы для самопроверки
1)Каковы архитектурные особенности микросхем PSoC фирмы Cypress Semiconductor?
2)Каков максимальный объём памяти программ микросхем PSoC?
3)Каков максимальный объём ОЗУ микросхем PSoC?
4)Для чего нужно системное (супервизорное) ПЗУ в PSoC?
5)Какова разрядность цифровых конфигурируемых блоков в PSoC?
6)Какие типы аналоговых конфигурируемых блоков реализованы в PSoC?
7)Каков максимальный диапазон аналоговых сигналов внутри PSoC?
8)Позволяют ли внутренние ресурсы PSoC реализовывать двухвходовые логические элементы?
9)Какие типы аналого-цифровых контроллеров Вы знаете?
10)Что из себя представляет конфигурируемый аналоговый блок на переключаемых конденсаторах?
11)Для чего нужен дециматор?
12)Каковы особенности протокола I2C?
13)Какие типы последовательных интерфейсов могут быть реализованы в PSoC?
14)Для чего нужна схема SMP?
15)Для чего нужна схема MAC?
16)Каковы особенности протокола SPI?
17)Что такое UART?
18)Для чего нужна глобальная система межсоединений PSoC?
19)Какова разрядность параллельных портов PSoC?
20)Назовите основные особенности языка Ассемблер для PSoC.
21)Что такое PSoC-Designer?
22)Какие операции можно выполнить в стартовом окне PSoC-Designer?
23)Какие операции можно выполнить в окне Device Editor?
25)Какие операции можно выполнить в окне Interconnect View?
26)Какие операции можно выполнить в окне Application Editor?
27)Как выбрать нужный модуль?
28)Как разместить нужный модуль в схеме PSoC?
29)Как подключить модуль к системе межсоединений?
30)После какой метки можно писать свою часть программы в файле «main.asm»?
65
31)С какой команды обычно начинается использование модуля в програм-
ме?
32)Из каких программных компонентов обычно состоит модуль пользователя?
33)Какие типы модулей пользователя PSoC Вы знаете?
34)Как можно сгенерировать файл загрузки системы?
35)Из каких компонентов состоит документация на систему на базе PSoC?
36)Как обрабатываются прерывания в PSoC?
37)В каком файле находятся заготовки для написания подпрограмм обработки прерываний PSoC?
38)Какое максимальное число портов параллельного ввода-вывода могут иметь микросхемы PSoC?
39)Какова стандартная разрядность параллельного порта PSoC?
40)Можно-ли использовать АКБ на ПК без подачи на них фазовых импульсов?
66
ЛИТЕРАТУРА
1.Коул Б.К. Развитие техники и технологии однокристальных аналоговых БИС- и СБИС-систем. // Электроника, 1987, №11 , cс.33-38.
2.Крылов С.М. Синтез универсальных информационно-измерительных приборов и систем. // Известия ВУЗов. Приборостроение. № 12, 2003 г., стр. 8 - 11.
3.Крылов С.М. Теория и методы разработки многофункциональных программируемых технологических систем на основе формально-техноло- гического анализа. Автореферат дисс. … докт.техн.наук. - Самара: СамГТУ, 2005.-42с.
4.Крылов С.М. Формальная технология в философии, технике, биоэволюции и социологии. - Самара: СамГТУ, 1997.-180с.
5.Крылов С.М. Формальная технология и эволюция. - М.: Машинострое- ние-1, 2006.-384с.
6.Крылов С.М. Формально-технологические принципы разработки универсальных дискретно-аналоговых систем преобразования информации. В кн.: SCM’2001. Международная конференция по мягким измерениям и вычислениям. Сборник докладов. Том 2. Санкт-Петербург, 26-27 июня 2001г. С-Пб: ЛЭТИ, 2001г., сс.49-52.
7.Хэмминг Р.В. Теория кодирования и теория информации.- М.: Радио и связь, 1983.-176с.
8.Яблонский С.В. Введение в дискретную математику. - М.: Наука, 1986.-384с.
9.ACF7194. Form 10 K (CYPRESS 2005 Annual Report.) - Cypress Semiconductor Corporation, 2005. Http://www.cypress.com/ ACF7194.pdf
10.CYPRESS: 2004 Annual Report. - Cypress Semiconductor Corporation, 2004. Http://www.cypress.com/
11.FIPSOC. User's Manual. - Madrid: Sidsa, 2000г. Http:// www.sidsa.es/
12.New Field Programmable System-on-a-chip for Mixed Signal Integration./ Faura J., Horton C., Krah B., Cabestany J., Aguirre M.A., and Insenser J.M. A. - In: Proceedings of the 1997 European Design and Test Conference (ED&TC '97), 1997, p.610.
13.Technical Reference Manual (TRM). PSoC TRM, Version 2.00. - Cypress MicroSystems, 2005. Http:\\www.cypress.com\
14.Van Ess, D. Understanding Switched Capacitor Analog Blocks. Application Notes AN2041. Cypress MicroSystems, 2002. Http://www.cypress.com/
Патенты
15.Патент РФ №1425635 Программируемое многофункциональное анало- го-цифровое устройство сопряжения / Крылов С.М. - Опубл. в Б.И., №35, 1988.
16.Патент РФ №1715087. Программируемое многофункциональное ана- лого-цифровое устройство сопряжения / Крылов С.М. - ДСП, 1992.
67
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Глава 1. Основные типы МПАЦ СНК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Глава 2. Аналого-цифровые системы на кристалле типа PSoC фирмы Cypress Semiconductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1. Архитектура PSoC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 Процессорное ядро PSoC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3 Система прерываний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4 Цифровые конфигурируемые блоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5. Аналоговая часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.6. Дополнительные ресурсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Глава 3. Разработка систем на базе PSoC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.1. Проектирование систем в среде PSoC-Designer . . . . . . . . . . 49
Глава 4. Лабораторные работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Оглавление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
68
Составитель: Сергей Михайлович Крылов
Многоцелевые программируемые аналого-цифровые системы на кристалле. Структура, назначение, применение
Учебно-методическое пособие по курсам "Микропроцессорные системы", "Аналоговые интерфейсы ЭВМ"
для студентов специальности 220100
Часть 1
Редактор В.Ф.Елисеева Технический редактор Г.Н.Шанькова
Подписано к печати 7.04.08 Формат . Бум.типогр №2 Печать офсетная.
Усл. п. л. 3,75. Усл. кр. отт 3,75. Уч. изд. л. 3,5 Тираж 200 экз. С – 66.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
“Самарский государственный технический университет” 443100, Самара, ул.Молодогвардейская, 244, Главный корпус
69