基于PSoC的簡易示波器設計

摘 要：可編程片上系統PSoC的出現，使得在單個芯片上可以實現模擬和數字系統的混合設計。本文基于PSoC4器件，結合6100LCD液晶屏，以PSoC Creator軟件為平臺，實現一個簡易的數字示波器。經過測試，可以成功顯示幅度為0-3.3V，頻率達到20KHz的波形。

關鍵詞：PSoC可編程片上系統;數字;示波器

引言

隨著半導體技術的發展和芯片集成度的提高，越來越多的廠商開始提供在單芯片上實現復雜系統的解決方案，即基于SoPC的解決方案[1]。這種解決方案由于將模擬和數字系統集成在單個芯片內，使得設計靈活度更高，可靠性更高，更方便，同時還可縮短系統設計周期，節省設計成本。

本設計采用PSoC4芯片CY8CKIT-042作為微控制器，通過配置具體的模擬和數字模塊資源實現一個可以在128*128的彩色LCD顯示振幅為0～3.3V頻率不大于20KHz波形的示波器。

1系統設計

1.1 PWM模塊

本設計利用TCPWM具有多樣的工作模式及計數方式，并可與ADC同步的特點，自定義在PWM周期內任一時刻觸發ADC轉換。PWM中時鐘頻率設為400kHz。在PSoC Creator中選擇TCPWM模塊的工作模式為“PWM”，PWM align設置為Left align ，即左對齊，PWM mode為PWM，將周期寄存器period值設為2，比較寄存器中值設為1。

1.2 ADC模塊

在該設計中，ADC對輸入的要顯示的信號進行采樣離散化，設置如下。采樣模式：硬件觸發;VERF選擇：vdda;信號輸入結束：vss;結果數據格式：unsigned;交替協議：8 ;信道：0;Resolution：ALT;模式：single。

1.3 SPI模塊

SPI模塊是進行PSoC4與LCD通信的模塊，將經過板子處理過的信號，經過SPI，顯示在LCD上。SPI用戶模塊包括SPI Master模塊（SPIM）和SPI Slave模塊（SPIS）。設計中板子相當于MASTER，LCD相當于SLAVE，因此需要SPIM模式。它執行全雙工同步8-bit 數據傳輸。可設定SCLK 的相位、極性，以適應大多數SPI 的SLAVE器件。DIO就是ADC_IN，就是進行信號輸入（LCD）的腳，SCK輸入時鐘，CS是片選引腳，LCD_RES就是LCD初始化引腳。

1.4 按鍵部分

按鍵有三個，當按下S1時，觸發中斷，對信號進行縱向大小的調整（變高或者變矮）;當按下S2時，進行時間掃描，對信號進行橫向大小的調整（變寬或者變窄），當按下S3時，將信號的峰峰值和周期值同時顯示出來。Debouncer部件用來消除抖動，isr_Time_Scale，isr_Voltage_Scale，isr_Parameters是三個按鍵對應的中斷，用來觸發相應的事件。

1.5 液晶顯示器顯示

使用帶有LCD6100的Color LCD Shield來作為顯示器。Color LCD Shield除了帶有大小為128*128 LCD6100外，還帶有三個按鍵和一個可以增加到7V的電子驅動器。LCD6100是通過9比特的SPI接口來驅動的。LCD的控制腳連接到Arduino 的硬件SPI腳上（D13 -SCK， D11 - DIO），CS腳連接到D9 ，復位（reset）腳連接到D8。Arduino引腳的電壓從5V提升到7V作為背光燈的電源。Color LCD Shield可以使用Epson S1D15G10或者PCF8833的控制器，我們使用PCF8833。在程序中，首先將LCD初始化，顯示等函數加入，在Header Files中引入頭文件ColorLCDShield.h[2]。LCD的全部相關函數的具體實現和字庫的值在Souce Files中的ColorLCDShield.c中。

2 系統測試

測試使用儀器與設備：信號發生器一臺、電源連接線、液晶屏、PSoC4開發板。將各部分電路連接起來，使用信號發生器產生0-3.3V信號，作用于PSoC4，在液晶屏顯示波形，頻率在20KHz以內時波形顯示正常，通過按鍵可以調節波形在水平方向和垂直方向的大小，可以讀出波形的峰峰值（Vp-p），頻率值（f）參數。

3 結語

本文根據應用需求設計并實現了基于PSoC的簡易示波器，經過測試，可以成功顯示幅度為0-3.3V，頻率達到20KHz的波形。具有使用靈活，設計成本低，開發周期短等優勢。

參考文獻：

[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：

耿家國（1965.4—），男，漢族，大專，工程師。