【PSoC4心得】虚拟电压计

fsyicheng · 发表于2013-10-14 18:48

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PSoC4虚拟电压计

先看视频再看文章，可能会让你更容易体会

1.1 实验目的和功能

1) 测试PSoC4内部的ADC性能

2) 使用内部的PWM模块，模拟V/F转换，控制LED的亮度

3) 使用内部的UART模块，把电压数据发送到电脑

1.2 实验工具

1) PSoC4开发板

2) 数字电源或者电池+电位器

3) 电脑

4) 万能表

1.3 实验总结

1) 这个实验的主要目的是测试PSoC4内部的ADC，从实验过程的体验来看，模块的使用是比较方便的，我们可以直接使用软件自动生成的函数；另外，内部提供的参考源精度还是较高的，相比，板子在USB供电的情况下，使用板子上的VDD电压，精度就稍逊，但可以通过外接旁路电容来改善。

2) 芯片本身在ADC和PWM方面的优势较为突出，所以特别使用了这两个模块组合了一个V/F的应用，通过改变电压来改变频率的占空比，实现LED的亮度。整个功能只要几个模块的连接和简单的初始化函数的调用，实际的应用价值还是非常高的。

3) 板子上有USB转串口的功能部分，可以让实验和测试更加通用和灵活，用简单的实验环境就可以体验和测试芯片的功能。

1.4 实验内容1.4.1 创建项目文档

打开软件CREATOR2.2。然后在菜单栏选>>File>>New>>Project进入项目界面

我们可以直接选择图中红色框的选项，创建一个全新的项目。另外，我们还可以选择蓝色框中的选项，这些选项可以让我们直接生成对应的完整的项目。我们可以把这些项目作为例程学习。

我们创建了全新的项目后，软件就已经给我们生成了相关的文件夹和文件。下图是我们完整项目的文件列表

然后我们双击文件1（TOPDESIGN.CYSCH）,从文件名来看，就已经有点像我们用PROTEL来做硬件电路板的原理图文件名，其实真的是类似的，如下图

这个项目需要用ADC模块，，所以我们把“Sequencing SAR ADC”直接拖进工作区就添加成功了。然后就要对模块进行设置，模块功能比较多，自然设置的选项也比较多了。具体的设置如下图。

对其中几个需要经常修改的参数进行说明一下：

1) Sample rate:采样频率，整个值的设置会受到采样时钟和采样均值次数的限制

2) Clock source:采样时钟源，可以外部和内部

3) Sample mode：采样模式，有自动模式和硬件触发

4) Vref select:参考电压，整个会直接影响到采样精度和范围

5) Interrupt Limits:触发限制，主要用于限制触发值的范围。

ADC模块还需要配置这个设置界面
主要是配置ADC的采样位数和采样方式，添加采样通道等的功能。本实验使用了12位，差分模式。

接下来再添加两个模拟输入端口，用于输入差分的电压信号。这个实验使用差分信号是为了扩展性能更好，以后在输入端接上温度传感器电路，就可以变成一个数字温度计，其他的模拟实验都是基于这个ADC原理。然后双击刚才添加的PIN，进入对应PIN的配置界面。

然后我们再添加一个PWM模块，PWM模块的作用是根据电压值的大少来控制频率的占空比，然后反映出来的效果就是LED的亮度会随之变化。这个过程就是V/F的转换。软件提供了两种的PWM模块，一个是标准的PWM，另外一个是PWM(TCPWM mode)，PWM(TCPWM mode)是一个功能更全的模块，我们就直接选用这个，另外PWM模块还需要CLOCK提供参考时钟源。下面是PWM(TCPWM mode)的配置界面。

由于我们这个实验对于频率的要求不高，所以对于PWM提供的很多功能我们就用默认就可以了，具体的功能使用可以参考《PSoC4分频模块》一文。其中要介绍一下图中的两个参数：

1) Period：这个参数是指把参考时钟细分的值。

2) Compare：这个就是类似占空比的参数，我们暂且叫占空比，其实际的原理是PWM的计数累加值与这个值比较，到达这个值就翻转。

频率模块的配置如下图参数，我们使用了1M的频率，这个频率选择没有必然的，只是在这个频率会让显示的效果比较好。最后PWM模块输出的频率F=1M/1000=1000Hz。

再添加两个LED的输出端，分别接在PWM模块的两个互为反相的输出端。这部分的模块连接如下图

最后我们还需要一个串口模块，也是直接从模块栏拉入工作区。

串口的配置如下图，其实就是一个标准的串口，我们选用38400的波特率。

最后要做的就是配置管脚号了，这个管脚配置就相当于C语言的“sbit LED_G= P0^2”，但在这里我们就是通过下拉菜单选择完成。双击文件二（DESIGN04.cydwr），按照表中的参数修改就可以了。

到这个步骤，我们基本上就完成了M0和逻辑功能的配置，或者说我们已经设计好了我们实验所需要的硬件电路,然后通过菜单栏的BUILD>>GENERATE APPLICATION功能生成系统中模块需要的文件，剩下的工作就是编写MAIN.C函数。

1.4.2 编写函数

PSoC4的开发软件的优越之处还在于其提供完善的函数，所以在使用过程中，我们不需要去编写接口函数或者其他的功能函数，我们只需要按照我们的使用需求调用合适的函数。但在使用这个软件的时候，我们要养成一个习惯，尽量避免在功能模块提供的C文件中编写应用函数，因为在使用菜单栏的BUILD>>GENERATE APPLICATION功能时，模块是会重新生成会同时更新对应的文件的。

在编写MAIN.C函数前，推荐大家看一下刚才生成的文档，我们现在就拿文件夹《PWM_1》下的PWM_1.C来看一下（文件名跟我们添加的端口或模块是同名的）

PWM_1.C下有几个函数，其中我们要用的就一下这个

void PWM_1_WriteCompare(uint32 compare)

{

PWM_1_COMP_CAP_REG = (compare & PWM_1_16BIT_MASK);

}

上面的函数是用于设置PWM波形的占空比，通过对相应的寄存器写入需要的占空比数值，这个函数所实现的功能也能在刚才配置PWM的界面上实现。硬件生成过程会把我们需要用到的端口函数都准备好了，我们只要懂得使用就是好，十分方便。

MAIN.C函数如下：

void main()

{

uint8 channel = CHANNEL_1;

int16 ADC_Val[4u];

int16 mVolts;

int16 previousValue = 0;

UART_Start(); //串口初始化

CyGlobalIntEnable; //终端使能

ADC_Start(); //ADC使能

ADC_IRQ_StartEx(ADC_ISR_Handler); //ADC终端使能

ADC_StartConvert(); //ADC转换

Clock_1_Start(); //打开PWM时钟

PWM_1_Start(); //打开PWM模块

PWM_1_WriteCompare(500); //设置开始的占空比是50%

for(;;) //死循环

{

if(dataReady == 1u) //判断ADC数据是否转换完成

{

ADC_Val[CHANNEL_1] = ADC_GetResult16(CHANNEL_1); //获取ADC转换数据

mVolts = ADC_CountsTo_mVolts(channel, ADC_Val[CHANNEL_1]); //转换为相应的电压值

if((previousValue != mVolts)) //判断采样数据跟上次数据是否一致，否的话发送数据

{

SendChannelVoltage(channel, mVolts); //串口发送电压值

previousValue = mVolts; //把这次的数值保留，作为下次的比较值

PWM_1_WriteCompare(mVolts); //把电压值赋给PWM作为占空比值，LED亮度改变。

}

dataReady = 0u;

}

整个实验的流程就在MAIN.C函数中很好的体现出来了。更详细的代码可以直接参考工程文档。然后就是编译和下载。

1.4.3 编译下载

通过菜单栏的BUILD>>“BUILD 文件名”或者shift F6编译工程。

通过菜单栏的DEBUG>>“PROGRAM”或者ctrl F5 下载工程。下载完毕，就连接相关的测试工具进行实验。

1.4.4 仿真

软件和硬件都支持在线仿真，所以我们可以尝试一下。通过菜单栏的DEBUG>>“DEBUG”或者 F5 进入DEBUG。仿真这个环节跟其他的开发工具都是类似的，使用很方便。

1.4.5 上电实验

在上电前，我们要先连接好串口跳线和电源输入端。

1) 串口跳线：PSoC4(P0.4)------PSoC5LP(P12.7)

PSoC4(P0.5)------PSoC5LP(P12.6)

2) ADC检测的电源输入端：电源正（P2.0）,电源负（P2.1）

连接好后如下图，不需要其他的外围电路。

我们在设置ADC的参考电压时选择了1.024V，所以检测的有效范围0~1.024V,大家在做实验的时候可以用可调电源，或者更通用的1.5V的电池加上一个电位器。我们实验就选用了可调电源。

用USB线连接电脑和PSoC4板子，现在电脑上多了一个串口，记下串口号，然后打开实验用的电脑软件。如下图，现在发现的串口号是COM14，然后按“打开串口”按键，接通可调电源，我们就可以看到软件显示出当前的电压值。调节可调电源，显示的电压随之变动。通过跟数字电压表做对比，检测的精度还是比较好的，误差在10mV内。我们还可以换取其他的参考电压源，但我们要注意参考电压源的精度会直接影响ADC的输出值。

1.4.6 使用比较

1) 设置比较直观

软件提供了很多配置的界面和功能选项，这些功能都可以让用户非常直观的了解到这个芯片系统的构成，而且很容易上手，这点非常好，更可以说明软件的功能强大。但有的朋友可能比较习惯直接用代码来配置功能，其实都是可以的。现在我们举个例子来说明一下。

在文件夹《LED_R》下的LED_R.C有这么一段函数，是用来配置端口的模式的

void LED_R_SetDriveMode(uint8 mode)

{

SetP4PinDriveMode(LED_R__0__SHIFT, mode);

}

其实上面的一段代码可以通过软件提供的选项来实现，刚才我们在配置PIN功能的时候有这么一个界面，在这个界面我们也可以配置相同的功能。

所以软件提供的强大的功能，能够方便我们在编程时候了解芯片的性能，在时候的工程中，我们还是需要去了解芯片的内部寄存器和原理。

3) 信号采集和电机驱动较为突出

ADC的使用比较方便，另外，芯片还提供了内部的运放，在信号采集，调整，转换溶于一体，减小外部器件和干扰源。另外内部还有PWM，定时器，分频器等模块都非常适合电机应用场合。

4) M0+可编程逻辑器件

PSoC4芯片整体来看仿佛就是M0和可编程逻辑器件的组合体，内部的PWM，定时器，分频器等模块都是用逻辑来动态重组，这个是很灵活的应用。从众多的模块来看，内部的逻辑资源还是十分充足的，体现出十分强大的灵活性。

以下是文章的PDF文件

PSOC4虚拟电压计.pdf (705.81 KB, 下载次数: 99)

以下是配套的电脑端的测试软件

电压计.zip (21.18 KB, 下载次数: 57)

以下是配套的工程代码

Design04.rar (1.76 MB, 下载次数: 112)

[ 本帖最后由 fsyicheng 于 2013-10-17 18:41 编辑 ]

tangjianyuan · 发表于2013-10-14 22:49

你太牛了，我天天加班没时间玩，看好你

fsyicheng · 发表于2013-10-15 20:49

谢谢支持啊，迟点再把视频和工程文件放上来，这个项目11号就好了，本来想12号发的，可喜的是12号5点老婆肚子作动，到医院生小孩去了，昨天孩子睡了就上来加加油。

soso · 发表于2013-10-16 11:49

原帖由 fsyicheng 于 2013-10-15 20:49 发表
谢谢支持啊，迟点再把视频和工程文件放上来，这个项目11号就好了，本来想12号发的，可喜的是12号5点老婆肚子作动，到医院生小孩去了，昨天孩子睡了就上来加加油。

生娃了，能抽出点儿时间就更不容易了。

楼主加油。

fsyicheng · 发表于2013-10-17 18:44

视频和工程文档已经更新到楼主位了，希望能给大伙带来帮助

fsyicheng

Cypress可以在任何场合以任何形式公开与该作品相关的任何资料

mengyun2801

很棒，前两天我也搞了一个，不过是因为工作需要，做了一个简单的电压基准源，精确度是相当的高~~~~~~~~

mengyun2801

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原来还要授权，希望有机会拿NO.1

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