PSoC模拟电路.

CYPRESSPSOC系列培训课程第一部分模拟电路设计原理通用放大器设计与实现加法器设计与实现PSoC模拟电路CYPRESSPSOC系列培训课程模拟电路设计原理--双电源供电放大器一个双电源供电的运算放大器的双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。通常的双电源有±15V，±12V和±5V（在双电源供电的运算放大器上经常以VCC＋和VCC－标识）。CYPRESSPSOC系列培训课程模拟电路设计原理--单电源供电放大器PSoC内部提供了通用运算放大器资源。由于PSoC芯片本身是单电源供电，因此PSoC内部的运算放大器也是单电源供电。单电源供电放大器和双电源供电放大器是有区别的。如右图所示，单电源供电的运放的电源脚连接到VDDA和VSSA。注意：VDDA：为PSoC模拟外设和模拟内核管理器供电的电压；VSSA：为PSoC模拟外设的地；CYPRESSPSOC系列培训课程模拟电路设计原理--单电源供电放大器为了使单电源供电的放大器正常工作，通常需要给放大器施加合适的直流偏置。直流偏置电压通常为VDDA/2。PSoC内部的通用放大器的输入电压范围：最小为VSSA，最大为VDDA。CYPRESSPSOC系列培训课程模拟电路设计原理--单电源供电放大器(不同配置)在任何一种配置中，输入和输出信号都能连接到内部全局总线中，并可以使用ADC或者比较器进行监控。通过使用这些信号和GPIO引脚之间的模拟开关的切换来实现这些配置。CYPRESSPSOC系列培训课程模拟电路设计原理--单电源供电放大器通用放大器有三种速度模式：低、中和快。低模式有最小的静态功耗;快模式有最大的功耗。输入能轨至轨的摆动。在低电流输出下，输出电压值在VSSA+50mV≤Vout≤VDDA–50mV范围内摆动。当驱动高电流负载（大约25mA）时，输出电压值在VSSA+500mV≤Vout≤VDDA–500mV范围内摆动。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计1．打开PSoCCreator2.0软件，在主界面主菜单下，选择File-New-Project…，弹出如下图所示的界面，选择Design标签。在Design标签下，选择EmptyPSoC3Design类型。在Location右边输入该设计的路径，在Name右边给出该设计的工程名字follower，然后点击“OK”按钮。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计2.如下图所示，在WorkspaceExplorer界面中，选择Source标签，在该窗口下，选择TopDesign.cysch，鼠标双击该条目，打开原理图界面。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计3.如下图所示，在主界面右侧“ComponentCatalog”窗口中，选择Cypress标签栏，并展开Analog。在展开条目中，找到Amplifiers子条目，并展开。可以看到在这个子条目下，提供了InvertPGA、Opamp、PGA和TIA等模拟设计资源。图1.6选择放大器元件CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计4．将上图中所给出的通用放大器Opamp器件符号用鼠标拖到上图左侧原理图设计界面中。5．用鼠标双击原理图内的Opamp_1器件符号，打开下图所示的放大器配置界面。按如下参数配置放大器：Mode：Follower（跟随器）；Power：HighPower（高功耗）；将放大器配置为高功耗下的电压跟随器模式。点击“OK”按钮，关闭放大器配置窗口界面。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计6．为了后面设计电路的方便，将Opamp_1原理图符号按下图所示进行反转。方法是：用鼠标选中整个Opamp_1符号；点击鼠标右键，出现浮动菜单，选择Shape；然后选择；这样，原理图符号就变成下图所示的位置。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计7.在主界面右侧“ComponentCatalog”窗口中，选择Cypress标签栏，并展开PortsandPins。在展开的子条目中，找到AnalogPin，并将其拖入到如下图所示的原理图界面中。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计8．重复上述的第4~7步。如下图所示，添加并配置第二个跟随器符号。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计9．在主界面右侧“ComponentCatalog”窗口中，选择Cypress标签栏，并展开Analog。在展开条目中，找到VRef子条目，并展开。并将其拖入下图所示的原理图界面中。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计10．用鼠标双击上图中的Vref符号，打开其配置界面。在配置界面中，通过下拉框将VrefName设置为Vdda/2。点击“OK”按钮，关闭引脚配置界面。11．用鼠标双击Pin_1引脚符号，打开如下图所示的引脚配置界面，在Type标签栏下，选中ShowAnnotationTerminal。点击“OK”按钮，关闭引脚配置界面。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计12．类似的，用鼠标分别双击Vout_1和Vout_2引脚符号，打开配置界面，在Type标签栏下，选中ShowAnnotationTerminal。点击“OK”按钮，关闭引脚配置界面。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计13．为了描述整个系统设计结构，添加注解符号用于说明PSoC器件外部所连接器件的类型以及与PSoC器件端口的连接关系。如下图所示，在主界面右侧“ComponentCatalog”窗口中，选择图注解符号窗口Annotation（注解）标签栏，并展开Passive（无源）。在展开子条目中中找到Capacitor（电容），并将其分两次拖入到后面所示的原理图界面中。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计14.从下图所示的绘图工具栏中，选择连线按钮，将图上图中的Opamp符号、Pin_1、Vref、Vout_1、Vout_2和电容注解符号连接在一起。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--电路设计15．为了使图的设计有更好的可读性，从绘图工具栏中，选择按钮，添加Vin和Vout文字注释。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--添加软件代码为了使得通用放大器工作，需要添加软件控制代码。其步骤主要包括：1．主界面主菜单下，选择Build-BuildFollower，使软件自动产生所需要的应用程序接口函数。2．如下图所示，在主界面的WorkspaceExplorer窗口下，选择Source标签。在该窗口下，选择Project’follower’[CY8C3866AXI-040]，并展开。找到SourceFiles子条目，并展开。选中main.c文件，并用鼠标双击打开该文件。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--添加软件代码CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--添加软件代码3．如下图所示，添加两行代码到第17行。该代码表示启动Opamp_1和Opamp_2放大器工作。该函数可以在图1.17所示的Generated_Source条目下找到。展开Generated_Source条目，在展开的子条目中，找到PSoC3条目并展开。在子条目下，找到Opamp_1和Opamp_2子条目并展开。找到Opamp_1.c和Opamp_2.c文件，并打开，就可以看到所添加的应用程序接口函数。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--添加软件代码图1.18添加软件代码到设计中CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--分配引脚分配引脚可以通过两种方法实现。1)主界面主菜单下，选择Build-BuildFollower，使软件自动分配引脚。2)建立完设计后，用鼠标双击follower.cydwr文件。打开下图引脚分配界面。名字为Pin_1的引脚分配给了PSoC3器件的P3[5]引脚；名字为Vout_1的引脚分配给了PSoC3器件的P3[6]引脚；名字为Vout_2的引脚分配给了PSoC3器件的P3[7]引脚。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--分配引脚3．如果想修改引脚的分配，可以通过下拉框将指定的PSoC上的引脚分配给设计中的端口Pin_1、Vout_1和Vout_2。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--设计下载与测试下面给出下载设计到目标器件的步骤：1．选择Cypess提供的开发平台平台。设置合适的VDDA电压，选择5V或者3.3V，该设置将决定模拟信号的输入和输出摆动范围。2．开发平台PSoC3/5芯片的P3[5]引脚将和一个外部的0.1uF的瓷片电容一端连接在一起。该电容是隔直电容，用于滤除直流分量。该电容的另一端连接外部信号源。该信号源和电压跟随器采用交流耦合方式，给出的信号不含有直流偏置。3．使用导线将PSoC3/5芯片的P3[5]和P3[7]引脚连接在一起。CYPRESSPSOC系列培训课程简单电压跟随器的设计--设计下载与测试4．在开发平台PSoC3/5芯片的P3[6]引脚上和外部的一个0.1uF的瓷片电容一端连接在一起。该电容是隔直电容，用于滤除直流分量，另一端连接示波器。5．给开发平台供电，并将USB下载电缆连接到开发板的USB下载端口和PC的USB端口。6．在主界面主菜单下，选择Build-BuildFollower。7．在主界面主菜单下，选择Debug-Program。当完成将设计下载到目标器件后，就可以对设计进行测试和验证。CYPRESSPSOC系列培训课程加法器设计与实现--设计原理下图给出了加法器的原理图。CYPRESSPSOC系列培训课程加法器设计与实现--设计原理当没有交流信号输入时，即信号的直流通路输出满足：2/'DDAoutVV当有交流小信号输入时，信号的交流通路（直流偏置接地）输出满足：2131211''RVRVRVRVOUTCinBinAin则交流信号的输出为：'')(123122121OUTCinBinAinVRRVRRVRRVCYPRESSPSOC系列培训课程加法器设计与实现--设计原理•使用叠加定理得到总输出为：)(2'''123122121CinBinAinDDAOUTOUTOUTRRVRRVRRVVVVV经过隔直电容C1后的输出为：1123122121)(OUTCinBinAinVRRVRRVRRV当R2=R1A=R1B=R1C时，1321)(OUTinininVVVVCYPRESSPSOC系列培训课程加法器设计与实现--设计原理为了将输入放大器的偏置电流将到最低，应该满足下面条件：21113//////RRRRRCBA该电路中的Cin1、Cin2、Cin3为隔直电容，即电路采用交流耦合方式，将信号输入到反相放大器电路中。CYPRESSPSOC系列培训课程加法器设计与实现--电路设计1．打开PSoCCreator2.0软件，在主界面主菜单下，选择File-New-Project…，弹出NewProject（新工程）界面，选择Design标签。在Design标签下，选择EmptyPSoC3Design类型。在Location右边输入该设计的路径，在Name右边给出该设计的工程名字summing_op，然后点击“OK”按钮。2．在WorkspaceExplorer界面中，选择Source标签，在该窗口下，选择To