硬件電路設(shè)計之PSoC?4100S Plus電路設(shè)計

1 簡介

PSoC?4是一種可擴展和可重構(gòu)的平臺架構(gòu)，適用于一系列可編程嵌入式系統(tǒng)控制器，具有Arm?Cortex?-M0+ CPU，同時符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)。它結(jié)合了可編程和可重構(gòu)的模擬和數(shù)字塊與靈活的自動路由，Cypress現(xiàn)在已被Infineon收購。Cypress 1982年在美國加州成立，主要提供汽車、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)平臺到互動消費以及移動設(shè)備的解決方案。該公司主要有四個部門：可編程系統(tǒng)部門、存儲產(chǎn)品部門、數(shù)據(jù)通信部門、新興技術(shù)部門。

2 PSoC?4介紹

PSoC?4100S Plus是PSoC?4平臺架構(gòu)的成員。它結(jié)合了帶有標(biāo)準(zhǔn)通信和定時外設(shè)的微控制器、具有一流性能的電容式觸摸傳感系統(tǒng)(CAPSENSE?)、可編程通用連續(xù)時間和開關(guān)電容模擬模塊以及可編程連接。PSoC?4100S Plus產(chǎn)品將與PSoC?4平臺的產(chǎn)品能實現(xiàn)向上兼容，以滿足新的應(yīng)用和設(shè)計需求。

• 存儲器

提供128K Flash、16KB SRAM、5KB ROM。

• 電源介紹

PSoC?4100S Plus使用單個外部電源，工作范圍為1.8 V±5%(外部調(diào)節(jié))或1.8 V至5.5 V(內(nèi)部調(diào)節(jié))，并有三種不同的電源模式，其中轉(zhuǎn)換都是由電力系統(tǒng)管理的。PSoC?4100S Plus提供活動、睡眠和深度睡眠低功耗模式。所有子系統(tǒng)都在主動模式下運行。CPU子系統(tǒng)(CPU、閃存和SRAM)在睡眠模式下被時鐘門控關(guān)閉，而所有外設(shè)和中斷都是活動的，在喚醒事件上具有瞬時喚醒。在深度睡眠模式下，高速時鐘和相關(guān)電路被關(guān)閉;從該模式喚醒需要35μs。opamp可以在深度睡眠模式下保持運行。

• 時鐘系統(tǒng)

PSoC?4100S Plus時鐘系統(tǒng)負(fù)責(zé)為所有需要時鐘的子系統(tǒng)提供時鐘用于在不同時鐘源之間切換而不會出現(xiàn)故障。此外，時鐘系統(tǒng)確保不存在亞穩(wěn)條件。PSoC?4100S Plus的時鐘系統(tǒng)由IMO, ILO, 32 khz手表晶體振蕩器(WCO)， MHz ECO和PLL組成，并提供外部時鐘。WCO允許將IMO鎖定到32khz振蕩器。

• 通信接口
• I2C mode

硬件I2C塊實現(xiàn)了一個完整的多主和從接口(它能夠進(jìn)行多主仲裁)。該塊能夠以高達(dá)1mbps (Fast Mode Plus)的速度運行，并具有靈活的緩沖選項，以減少CPU的中斷開銷和延遲。它還支持EZI2C，在PSoC?4100S Plus的內(nèi)存中創(chuàng)建郵箱地址范圍，并有效地減少I2C通信，從內(nèi)存中的數(shù)組讀取和寫入。此外，該塊支持8bit位深FIFO接收和發(fā)送，通過增加CPU讀取數(shù)據(jù)的時間，大大減少了由于CPU沒有及時讀取數(shù)據(jù)的而導(dǎo)致的時鐘擴展的需要。I2C外設(shè)兼容NXP I2C總線規(guī)范和用戶手冊(UM10204)中定義的I2C標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式Plus設(shè)備。I2C總線I/O是用Open Drai Mode的GPIO實現(xiàn)的。

• UART mode

這是一個全功能的UART，運行速度高達(dá)1mbps。支持汽車單線接口(LIN)，紅外接口(IrDA)和智能卡(ISO7816)協(xié)議，所有這些都是基本UART協(xié)議的次要變體。此外，它支持9位多處理器模式，允許通過普通RX和TX線路連接的外設(shè)尋址。支持常見的UART功能，如奇偶校驗、中斷檢測和幀錯誤。8深FIFO允許更大的CPU服務(wù)延遲被容忍。

• SPI mode

SPI模式支持全摩托羅拉SPI, TI SSP(增加一個啟動脈沖用于同步SPI編解碼器)和National Microwire(半雙工形式的SPI)。SPI塊可以使用FIFO。

• CAN

有一個CAN模塊，它實現(xiàn)了Bosch規(guī)范中定義的CAN 2.0B，并符合ISO-11898-1標(biāo)準(zhǔn)。

• GPIO

PSoC?4100S Plus具有多達(dá)54個gpio。每個GPIO有8種驅(qū)動模式：

• Analog input mode (input and output buffers disabled)
• Input only
• Weak pull-up with strong pull-down
• Strong pull-up with weak pull-down
• Open drain with strong pull-down
• Open drain with strong pull-up
• Strong pull-up with strong pull-down
• Weak pull-up with weak pull-down
• 特殊功能外設(shè)
• CAPSENSE?（手勢識別）

PSoC?4100S Plus通過CAPSENSE?sigma-delta (CSD)模塊支持CAPSENSE?，該模塊可通過模擬多路復(fù)用總線通過模擬開關(guān)連接到任何引腳。因此，CAPSENSE?功能可以在軟件控制系統(tǒng)中的任何可用引腳或引腳組上提供。為CAPSENSE?塊提供了PSoC?Creator組件，使其易于用戶使用。

屏蔽電壓可以在另一個模擬多路總線上驅(qū)動，以提供耐水能力。通過與傳感電極同步驅(qū)動屏蔽電極來提供水容忍度，以防止屏蔽電容衰減被感測輸入。也可以實現(xiàn)近距離感應(yīng)。CAPSENSE?塊有兩個IDAC，如果不使用CAPSENSE?(在這種情況下兩個IDAC都可用)，或者如果CAPSENSE?不耐水使用(一個IDAC可用)，則可用于一般用途。CAPSENSE?模塊還提供10位斜率ADC功能，可與CAPSENSE?功能結(jié)合使用。CAPSENSE?模塊是一種先進(jìn)的低噪聲可編程模塊，具有可編程電壓參考和電流源范圍，可提高靈敏度和靈活性。它也可以使用外部參考電壓。它具有全波CSD模式，交替感應(yīng)到VDDA和接地以消除電源相關(guān)噪聲。

• LCD顯示驅(qū)動

3 方案介紹

今天主要介紹的芯片是CY8C4147AZI-S475，共有8組端口。

• 電源電路設(shè)計

電源部分，主要包含VDDD、VDDA和VCCD，各部的功能分別見下：

• VDDD：數(shù)字部分電源；
• VDDA：模擬部分供電；
• VCCD：穩(wěn)壓數(shù)字電源（1.8V±5%）。

供電范圍設(shè)計指導(dǎo)：

手冊設(shè)計參考設(shè)計：

• 時鐘電路設(shè)計

時鐘主要包含兩個部分，分別是主時鐘和RTC時鐘，電路設(shè)計分別見下：

• 主時鐘電路設(shè)計

時鐘的引腳為P0_6和P0_7，采用4M的晶振，時鐘輸入范圍4to33 MHz。

• 實時時鐘電路設(shè)計

• 復(fù)位電路

復(fù)位采用的是低電平復(fù)位的方式，其中焊接C2可實現(xiàn)硬件消抖。

• 下載電路

軟件下載這個位置還沒有研究過，感興趣的朋友可以研究一下。