cpress Psoc4200 处理器及外设介绍

概述

PSoC® 4 是一种混合信号可编程嵌入式系统控制器的可扩展、可重构的平台架构，其核心是 ARM Cortex®-M0 中央处理器(CPU)，该系列为嵌入式应用提供可编程的平台。它结合了灵活的可编程和可重新配置的模拟和数字模块，以及芯片内部的自动走线功能。基于这个平台的PSoC 4200 系列产品，结合了微控制器和可编程数字逻辑、高性能模数转换、带比较器模式的运算放大器，以及标准的通信和定时外设。PSoC 4200 系列可以向上兼容PSoC 4 平台中的其他产品，以适应不同的应用和设计需求。可编程的数字和模拟字系统支持灵活的设计，可现场调整参数。

32 位微处理器
 48 MHz ARM Cortex-M0 中央处理器, 支持单周期乘法
 最大支持32KB 闪存
 最大支持4KB SRAM 存储器
可编程模拟系统
 两个可灵活配置驱动能力和带宽的运算放大器，可以工作在比较器模式，也可做ADC 的输入缓冲器
 12 位1Msps 的逐次比较型模数转换器（SAR ADC）, 支持差分和单端输入，无开销多序列切换、硬件信号平均功能
 两个电流数模转换器 (IDAC), 不用于电容式感应时可做通用用途
 两个内部低功耗比较器, 可以在深度睡眠和休眠模式下工作
 温度传感器

可编程数字系统
 四个可编程逻辑模块，每个有8 个宏单元以及一个数据通道处理器 （即UDB, 通用数字模块）
 Cypress 提供外设组件库，用户定义的状态机，以及Verilog 输入低功耗工作模式，1.71 V 至5.5 V 工作电压范围
 提供多层次低功耗模式：睡眠、深度睡眠、休眠、停止
 停止模式工作电流可低至20nA，可用GPIO 引脚唤醒
 休眠和深度睡眠模式可供用户在功耗和唤醒时间之间权衡

电容感应CapSense
 Cypress 电容感应Sigma-Delta(CSD) 提供了最佳的信噪比（> 5:1）和防水性能
 Cypress 独有的软件组件极大简化了电容感应的设计
 支持硬件自动调整（SmartSense）

LCD 驱动
 任意管脚都可以做公共端和段
 在深度睡眠模式下仍可保持工作，支持TN 和STN 屏幕

2 个可灵活配置的串行通讯模块（SCB）
 每个均可配置成SPI/UART/I2C
 支持基于串口的LIN、IrDA、SmartCard 协议定时和脉冲宽度调制 (TCPWM)
 四个16 比特的定时器/ 计数器/ 脉冲宽度调制模块
 支持中心对齐、边沿对齐模式，伪随机模式
 支持灵活的死区控制
 PWM可与ADC同步，用户可自定义在PWM周期内任一时刻触发ADC 转换）
 支持同步刷新PWM 的占空比
 支持基于比较器触发的PWM 关断信号，以及高度可靠的数字逻辑应用高达36 个可灵活配置的GPIO (44 引脚封装)
 44-pin TQFP, 40-pin QFN, and 28-pin SSOP 封装
 任何一个GPIO 都可以连接到LCD 和触摸感应CapSense
 驱动模式、驱动能力、摆率可配置

功能定义
中央处理器（CPU）和存储器

中央处理器 (CPU)
Cortex-M0 是一款32-bit 的微处理器， 通过 多路时钟的使能和切换技术使其拥有最优的低功耗性能。它主要采用16 位Thumb指令，同时也可以执行32 位Thumb-2 指令集的部分子集。这使其拥有向上兼容性，代码可以完全地移植到更高性能的处理器如Cortex M3, M4 。PSoC 4200 实现了一个单周期硬件乘法器，可以在一个时钟周期内完成32 位的乘法（结果为32 位）；同时实现了一个支持32 个中断输入的嵌套向量中断控制器（NVIC）， 和一个中断唤醒控制器(WIC)，可以把处理器从深度睡眠模式中唤醒。 当不可屏蔽中断（NMI）没有被系统其他功能使用时，可以 开放给用户。PSoC 4200 中央处理器（CPU）的调试采用串行线调试（SWD）接口。 PSoC 4200 的调试配置有四个硬件断点（breakpoint）和两个数据观察点（Watchpoint）。闪存（FlashPSoC 4200 支持最高32KB 的闪存， 附带的闪存加速器和中央处理器（CPU）直接连接，可以减少访问闪存的平均时间。在工作时钟为48MHz 时，访问闪存存在一个等待周期（为一个时钟周期）， 在24MHz 时不需要额外的等待周期。这使闪存的平均访问时间为单周期SRAM 访问时间的85%。另外，如有需要用户可以将部分闪存当做EEPROM 来使用。

静态随机存储器（SRAM）

PSoC 4200 支持4KB SRAM 存储，支持在休眠时保持数据。
只读存储器（ROM）
PSoC 4200 包含4KB ROM, 用于存放引导程序和配置信息。
系统资源
电源系统
电源系统提供了在不同的模式下的电源管理。可以给不同的功能模块分时上电（比如POR, 上电复位）， 在某些情况下产生复位信号（如BOD, 掉电检测）以及中断（LVD, 低电压检测）。PSoC 4200 可以由一个1.71V 至5.5V 的外部电源供电，有五种电源模式（活动、睡眠、深度睡眠、休眠及停止），不同模式间的切换由电源系统管理。

时钟系统
PSoC4200 的时钟系统负责给芯片的所有子系统提供时钟，同事保证没有亚稳态的发生。
PSoC 4200 的时钟系统由内部主振荡器 IMO， 内部低速振荡器ILO, 以及外部时钟组成。

内部主时钟（IMO）
IMO 是PSoC 4200 内部的主要时钟。预设补偿值储存在非易失性锁存器(NVL) 中, 闪存中的补偿器则用来修正其他的变化。
IMO 默认频率是24 MHz, 可以在3 M 至 48 MHz 间调节，步长是1MHz。由Cypres 校准后，IMO 的精度可达±2%。HFCLK 信号可以在分频后给UDB、模拟及数字外设提供同步时钟( 如图1)。PSoC 4200 一共有12 个16 位的时钟分频器， 8个用于固定功能模块， 四个用于UDB。模拟时钟超前于数字时钟，这样可使模拟事件在数字电路产生噪声前发生。PSoC®Creator 完全支持用16 位时钟分频灵活地产生各种精细的时钟频率。时钟分频器可以产生使能型时钟（即N 个原时钟周期中产生一个使能周期）， 或者50% 占空比的时钟。如果使用UDB 产生的脉冲中断，SYSCLK 必须与HFCLK 相同，即两者之间的旁路分频器需被旁路。

内部低速时钟（ILO）
是一个低功耗、低精度的振荡器， 主要在为深度睡眠时工作的外设提供时钟。用IMO 校准ILO 驱动的计数器可以提高精度。Cypress 提供软件组件来实现这个校准功能。

温度传感器
PSoC 4200 包含片内温度传感器。由一个电流源提供偏置的二极管组成， 若需降低功耗可以禁用。 温度传感器连到ADC， 经过模数转换后得到温度值，Cypress 提供特定的软件组件来实现这个转换。

固定功能数字模块
定时器/ 计数器/PWM 模块 （TCPWM）
TCPWM 模块有四个16 位的计数器模块， 每个模块都可以被配置成六种模式：计时、捕获、正交解码、PWM、带死区的PWM、伪随机PWM。 每个计数器模块包含一个捕获寄存器，一个周期寄存器，和一个比较寄存器。捕获寄存器用于捕获事件发生时计数以便获得脉冲的时间长度；周期寄存器用于在计数器
数值等于周期值时，停止或重新载入计数器；比较寄存器，用于产生相应的占空比。每个模块提供带可编程偏置的互补输出，用于产生死区可调整的PWM ；通过一个关断信号（Kill signal）可以将PWM 输出强制拉到预设状态。比如，在电机驱动系统中，一旦过流状态发生，就可以马上关断所有FETs, 无需软件介入。

特殊功能外设
LCD 段驱动
PSoC 4200 包含一个LCD 控制器，可以驱动多达四个公用端（COM）和32 个段(Segment)。它使用完全数字化的方法来驱动LCD 的段，这包括数字关联（digital correlation）和脉宽调制（PWM）。
数字关联模式利用LCD 的对比度取决于段上的电压有效值的特性，直接用逻辑电平来驱动公共端（COM）和段（SEG）。利用COM 和SEG 的不同相位关系对应的两种差的不同有效值来决定LCD 开通或关闭。数字相关模式适用于超扭曲向列型（STN）显示屏，但是对扭曲向列型（TN）显示器可能效果不是很理想。
PWM 模式利用面板内在的电阻电容形成的低通滤波器，将不同占空比的PWM 滤波形成偏置电压。PWM 模式对TN 屏的显示效果较好，但是功耗比数字关联模式大PSoC4200 在深度睡眠模式下，仍然可以支持LCD 继续工作。

触摸感应（CapSense）
PSoC 4200 的Capsense 模块可以通过模拟总线连到任意一个GPIO 引脚。客户可以使用PSoC® Creator 中的CapSense 组件来进行开发。
PSoC 4200 使用Delta-Sigma 调制器 (CSD) 来感测外部电容变化。支持防水功能，通过在屏蔽电极（shield）和感应电容（sensor）上驱动相同的波形，来消除水膜给传感器带来的影响。
CSD 模块中有两个输出电流型数模转换器（IDAC）。如果用户不需要实现CapSense 功能这两个IDAC 都可以作为通用用途。在不需要防水的CapSense 应用中，用户可以使用一个IDAC作为通用用途。

首字母缩略定义
表 50. 文档中所用的首字母缩略语