基于PSoC3 UDB的曼彻斯特编码及应用

2011-9-5 16:28:52 6435 PSoC3

0 本帖最后由 wangka 于 2011-9-5 16:41 编辑 1, 概述在曼彻斯特（Manchester）编码中，每个二进制位（码元）的中间都有电压跳变。用电压的正跳变表示“0”，电压的负跳变表示“1”。由于跳变都发生在每一个码元的中间位置（半个周期），接收端就可以方便地利用它作为同步时钟，因此这种曼彻斯特编码又称为自同步曼彻斯特编码。如图1所示。图1，曼彻斯特编码与逻辑电平对应关系从图1可以看出曼彻斯特编码本身并不复杂，在有些应用中可以采用单片机软件编程实现编码。但若应用系统要求较高的数据传输速率，比如本文后面介绍的LED控制中要求数据传送速率范围在100KHz～2MHz时，用软件实现曼彻斯特编码可能达不到速率要求。本文将采用PSoC3 UDB实现曼彻斯特编码，即用Datapath实际基本控制逻辑，用PLD实现状态机，由于其采用硬件实现故能达到速率要求。 Cypress PSoC3使用基于单循环流水线的高性能8051内核 (67MHz/33MIPS)，提供业界广泛采用的5.5V至0.5V电压范围和低至200nA的休眠电流，可以满足极低功耗的应用场合。PSoC3的高性能模拟子系统和数字系统都拥有可编程通路，允许将任何模拟或数字信号（包括可编程时钟）分配到任何通用I/O引脚，这为使用者提供了真正的“系统级”可编程能力。 UDB（Universal Digital Blocks）是PSoC3可编程数字系统的核心功能，由PLD和Data path组成，可以创建各种通用外设和定制化功能。PSoC3的数字逻辑部分由多个UDB通过矩阵和可编程互联组成，PSoC3、UDB和Datapath的关系如下图2所示。图2，PSoC3、UDB和Datapath关系示意图 2，曼彻斯特模块设计采用PSoC3的UDB 实现曼彻斯特编码，就是用Datapath实现简单的控制逻辑，在PLD中用Verilog语言描述曼彻斯特模块功能的过程。在PSoC Creator中设计的曼彻斯特模块如下所示：该模块只有一个时钟输入和一个曼彻斯特编码输出，要编码的数据是通过Datapath的FIFO输入的。Datapath的配置可采用Cypress提供的“Datapaht Configuation Tool”工具实现，如图3所示：图3，Datapath Configuration Tool 基于Datapath设计曼彻斯特模块的步骤如下： 1），寄存器规划 A0，用做移位寄存器 F0，用做暂存下一个数据的FIFO，当A0为空时从F0中load 数据到A0 2），状态机状态机是曼彻斯特模块功能的具体实现，通过Verilog语言描述在PLD中运行，如图4所示：图4，曼彻斯特模块状态机数据的每一个位需要两个时钟来产生曼彻斯特编码输出，即Shift/NOP或者Load&Shift/NOP过程。当没有数据时，verilog语言描述为状态机进入IDLE阶段并输出0。由于从F0 下载数据到A0时一次只能下载1byte 数据，为了保证曼彻斯特编码频率的一致性，在每个数据字节移位到最后1bit的同时从F0下载数据到A0，即Load&Shift阶段。 3），动态配置区设置 Datapath的动态配置区功能如表一所示：在Datapath Configuration Tool中的设置如表二所示：表二，Datapath动态区配置 4），静态配置区设置静态配置区设置比较简单，将SHIFT SEL设置为SL从最高为开始左移；将F0 INSEL设置为BUS以表示F0作为输入FIFO；将F0 ASYNC设置为ASYNC。其在Datapath Configuration Tool中的实现如图5所示：图5，Datapath静态区配置 3，基于曼彻斯特编码的LED控制这是一个基于PSoC3 UDB的应用，采用前面介绍的曼彻斯特编码模块与三通道LED 恒流驱动芯片TLS3001通信以控制LED系列。系统应用框图如图6所示，其中TLS3001_2与TLS3001_3和TLS3001_1一样都接有LED灯的。图6，LED控制应用框图 TLS3001 是单线传输、三通道LED 恒流驱动芯片，内置12 位灰阶控制的PWM调制功能。3 个恒流输出通道所输出的电流值不受输出端负载电压影响，并提供恒定一致的输出电流，用户可以选择不同的外接电阻来调整输出电流，调整范围从0 到30mA。内置电压调节器，使芯片正常工作在5～17V 的较宽电压范围内，输出端口最大耐压达到17V。根据TLS3001芯片要求，在芯片上电后必须先发一次同步帧，以便芯片检测通讯的波特率。同步帧的格式为：15’b111111111111111+4’b0001+11’b00000000000，在发送同步帧后必须延时一段时间再发送数据帧。在发送若干帧数据后，重新发送一次复位帧，等待1ms 之后，再发送一次同步帧，以便芯片消除积累误差，复位帧格式为：15’b111111111111111+4’b0100d. 数据帧格式为：15’b111111111111111+4’b0010（数据头）+ 第一个芯片39bit 数据 + 第二个芯片39bit 数据 + …… + 第n 个芯片39bit 数据。其数据时序如图7所示：图7，LED控制时序这样，就使用前面定义的曼彻斯特模块发送编码流，以对LED灯的控制，控制软件流程如图8所示：图8，LED软件控制流程用示波器观测编码输出管脚的波形，其时序完全能满足TLS3001芯片的要求，如下图9所示，其中通道2为时钟输出，通道1为Manchester编码输出。图9，Manchester编码波形 4，结束语本文主要介绍了PSoC3的UDB功能，并用UDB实现曼彻斯特编码模块的过程。由于其硬件实现的方式故可输出很高的编码频率。 1
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