PSoC微處理器在電動車無刷電機(jī)控制器上的應(yīng)用

　　電動車作為一種新型的代步工具，已經(jīng)實(shí)實(shí)在在地被人民群眾所接受。尤其是在當(dāng)前油價飛漲、摩托車牌照發(fā)放受限，汽車的夢想可望而不可即的情況下，電動車越來越受到老百姓的青睞。在中國這樣一個“自行車王國”，電動車的市場空間是值得期待的。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，未來幾年內(nèi)，電動車的容量幾乎相當(dāng)于自行車的市場容量，全國4.5億輛自行車用戶中至少有3億的用戶將成為電動車的用戶。隨著電動車市場趨向成熟，無刷電機(jī)電動車逐漸占據(jù)了80%以上的市場份額，無刷電機(jī)控制器也在不斷的技術(shù)進(jìn)步中被廣大用戶所喜愛，并且將會不斷地推陳出新，以豐富的功能來適應(yīng)市場的變化。
　　
　　PSoC微處理器是美國賽普拉斯半導(dǎo)體公司推出的一種現(xiàn)場可編程片上系統(tǒng)。片內(nèi)備有通用模擬和數(shù)字模塊，用戶可根據(jù)開發(fā)需要，隨意調(diào)用模塊，實(shí)現(xiàn)混合信號陣列的動態(tài)配置。文中以CY8C24423為例，介紹PSoC在電動車無刷電機(jī)控制器上的應(yīng)用，它將對電壓電流信號的放大、處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，以及PWM信號輸出功能全部集成到微處理器的內(nèi)部完成，減少了芯片的外圍器件，提高了系統(tǒng)整體的集成性能和可靠性。
　　
　　可編程片上系統(tǒng)
　　
　　由美國賽普拉斯半導(dǎo)體公司倡導(dǎo)并推出的完全基于通用IP模塊，由可編程選擇來構(gòu)成產(chǎn)品SoC的設(shè)想，并把單片機(jī)的發(fā)展從MCU推動到SoC的新階段。這種可編程的SoC取名為可編程片上系統(tǒng)(PSoC)，由基本的CPU內(nèi)核和預(yù)設(shè)外圍器件組成，就是在一個專有MCU內(nèi)和周圍集成了PSoC模塊(可配置的模擬和數(shù)字外圍器件陣列)，利用芯片內(nèi)部可編程互聯(lián)陣列，可以有效地配置芯片的模擬和數(shù)字電路資源，達(dá)到可編程片上系統(tǒng)的目的。
　　
　　與傳統(tǒng)的MCU相較，從根本意義上講PSoC系列是一種微控制器，而且是一種可編程片上系統(tǒng)微控制器，它的出現(xiàn)使設(shè)計者逐步擺脫了板級電子系統(tǒng)設(shè)計方法層次而進(jìn)入芯片級電子系統(tǒng)設(shè)計，減少了單片機(jī)的品種和規(guī)格，同時更有利于新品開發(fā)和升級換代。與同種價位的普通單片機(jī)比較，其豐富的內(nèi)部資源、新穎的設(shè)計界面、靈活的設(shè)計方式、簡單的編程技巧都使其極具特點(diǎn)。PSoC完全不同于以往的傳統(tǒng)的微處理器。PSoC開發(fā)者不需要自己構(gòu)建ADC、DAC和其它外圍設(shè)備，可以通過PSoC的配置性進(jìn)行資源調(diào)配，而且PSoC為控制器成功的引入動態(tài)可重新配置功能，真正實(shí)現(xiàn)在線可編程，由此可見，一個PSoC微控制器就能代替多種類型的單片機(jī)。
　　
　　PSoC的內(nèi)部框圖結(jié)構(gòu)及資源
　　
　　賽普拉斯CY8C21×××~29×××系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其資源包括：

　　1. 處理器內(nèi)核
　　
　　PSoC微處理器CY8C21×××~29×××系列器件使用強(qiáng)大的8位哈佛結(jié)構(gòu)處理器內(nèi)核(M8C CPU)，它具有獨(dú)立的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器總線，處理器速度可達(dá)24MHz。擁有豐富的M8C架構(gòu)指令，并可進(jìn)行I/O和內(nèi)存上的操作。此外系統(tǒng)提供便捷的尋址方式。
　　
　　CPU內(nèi)核具有完善的快速乘加能力，PSoC系列所有處理器中都有一個乘法器/加法器(MAC)。MAC系統(tǒng)中作為一個獨(dú)立的組件，并映射到特定的寄存器地址空間，由輸入寄存器和輸出寄存器，能執(zhí)行帶符號的8×8乘法運(yùn)算和32位的加法運(yùn)算。只要把數(shù)據(jù)傳送到輸入寄存器在下一個指令周期，在輸出寄存器就能得到運(yùn)算結(jié)果。寄存器加速內(nèi)存數(shù)據(jù)交換，大大提高了處理數(shù)據(jù)的速度。
　　
　　2. 內(nèi)存儲器
　　
　　PSoC系列器件擁有靈活的片內(nèi)存儲器，包括4~16KB的快速程序存儲器(Flash Program Memory)以及256字節(jié)的片內(nèi)SRAM數(shù)據(jù)存儲器，速內(nèi)存可擦寫100,000次，并可分塊實(shí)時修改，不同的型號芯片閃存的容量不同。此外，系統(tǒng)具有串行編程功能(ISSP)，即在程序頭(Programme Pod)或者用戶板上的閃存可通過串行的方式，把程序固化到內(nèi)部程序閃存存儲器中。PSoC對片內(nèi)存儲器提供多種保護(hù)加密方式。以保證用戶敏感信息的安全。這個功能允許用戶有選擇性的對內(nèi)存模塊的讀寫操作加鎖和寫操作保護(hù)。這允許對部分代碼進(jìn)行升級，而不會泄漏重要數(shù)據(jù)。
　　
　　3. PSoC模塊
　　
　　在每一個PSoC芯片??有若干個PSoC數(shù)字模塊。PSoC片內(nèi)的數(shù)字模塊減少了多種微控制器類型和外設(shè)元件的需求。數(shù)字PSoC模塊可以配置成各種各樣的用戶模塊，比如時間定時器、實(shí)時時鐘、脈寬調(diào)制(PWM)和死區(qū)脈寬調(diào)制(DB PWM)、循環(huán)冗余核對模塊、全雙工(UARTS)、串行主從通信(SPI)功能。PSoC軟件開發(fā)包提供了PSoC模塊自動配置，用戶只需簡單地選擇需要功能塊，PSoC軟件開發(fā)包就能產(chǎn)生正確的配制信息和器件數(shù)據(jù)手冊。
　　
　　在每一個PSoC芯片中還有若干個模擬PSoC模塊，芯片內(nèi)的模擬PSoC模塊可以減少CPU復(fù)雜的系列編號以及對外設(shè)的需求。模擬PSoC模塊可以配置許多外設(shè)功能，譬如12個PSoC模塊可以提供11位△-∑模數(shù)轉(zhuǎn)換、8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換、8位直接模數(shù)轉(zhuǎn)換、12增量式模數(shù)轉(zhuǎn)換、可編程增益放大器、采樣和保持功能、可編程濾波器、差分比較器和片內(nèi)溫度傳感器等。PSoC系統(tǒng)包含三種類型的模擬模塊：連續(xù)時鐘模塊(CT)，A類和B類開關(guān)電容(SC)模塊。