1、第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统及其布线结构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 第6节 液晶显示(LCD)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感器模块第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统及其布线结构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(S
2、C/CT)模块 第6节 液晶显示(LCD)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感器模块可编程模拟子系统概述 根据应用特定要求，将标准和高级模拟信号处理模块结合在一起。v 模块互相联结，并且连接到芯片的任意引脚，提供高级的设计灵活性和IP安全性。v 灵活的，可配置的模拟布线结构： 模拟全局总线， 模拟复用总线 模拟本地总线；模拟子系统框图 高分辨率-模数转换器(ADC) 逐次逼近寄存器型(Successive Approximation Register - SAR)ADC 数模转换器(DAC) 模拟比较器； 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 通
3、用放大器； 电容感应模块； 高精度参考源； 温度传感器 可编程模拟子系统资源 PSoC Creator软件程序为设计者提供友好的图形界面接口，在GPIO与各种模拟资源间配置模拟连接。v 提供各种元件的库，配置模拟模块实现应用程序特定的功能(PGA，互阻放大器。电压DAC，电流DAC等)。v 也生成API接口库允许设计者编写固件，在模拟外设和CPU/存储器之间进行通信。v 灵活的模拟布线结构，提供连接GPIO和不同模拟模块的能力。灵活的布线结构中最独特的特点：允许动态布线输入和输出，连接到不同的模拟模块。 可编程模拟子系统配置模拟系统布线结构 模拟布线结构可灵活配置；v 16个模拟全局总线(An
4、alog Global Bus - AGB)和2个模拟复用总线(AMUXBUS)与GPIO和模拟模块连接。v 每个GPIO与模拟全局总线和模拟复用总线连接；v 8个模拟本地总线(Analog Local Bus - ALB)在不同模拟模块之间连接信号； v 复用器和开关，选择模拟模块的输入和输出。 分4个象限，每象限4个模拟全局(AGL0.3, AGL4.7, AGR0.3, AGR4.7)。v 每个GPIO由模拟开关连接对应AGB。模拟开关总线共享布线资源，连接每个GPIO。 模拟复用总线(AMUXBUS)，分别在左半部(AMUXBUSL)和右半部(AMUXBUSR)。v 模拟系统内布线资源
5、，连接不同模拟模块。8个abus，4个在左半部(abusl0:3)，另4个在右半部(abusr0:3)。abus节约互联模拟模块使用的模拟全局和模拟复用总线。 多路复用器和开关存在于各种总线中引导输入/输出模拟模块的信号。v 一个多路复用器在一个时间内只能由一个连接，然而开关可以同时有多个连接。模拟布线结构模拟系统布线结构框图第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统及其布线结构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 第6节 液晶显示(LC
6、D)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感器模块 Delta-Sigma ADC模块概述 1个采用Delta-Sigma(-)技术实现的高分辨率模数转换器(Analog-to-Digital Converter - ADC)。v 集成转换器，由过采样、噪声整形、平均和抽取过程，获取高信噪比(SNR)和高分辨率。v 有2个主要元件：调制器和抽取器。 前者将模拟输入信号转换成高数据率(过采样)、低分辨率(通常1bit)的位流，位流平均输入信号电平获取平均值。此位流由抽取滤波器，获取高分辨率低数据率的数字输出。 后者是降采样器和数字低通(平均)滤波器(平
7、均位流得到数字输出)的组合。Delta-Sigma ADC模块构成Delta-Sigma ADC模块特性 820bit分辨率。 可配置的增益范围0.25128。 差分/单端输入。 可选的带有RC低通滤波器的输入缓冲区。 可选的内部或外部参考源。 低噪声的参考源滤波。 增量/连续模式。 增益和偏置校准。Delta-Sigma ADC模块结构 具体结构：输入放大器，3阶-调制器和抽取器。v 输入放大器提供高输入阻抗和用户可选择的增益。v 抽取器包含4阶CIC抽取滤波器和后端处理单元。v 后端处理单元执行可选的增益，偏置和采样滤波器功能。输入缓冲区 调制器输入阻抗很低，对高输入阻抗应用，提供2个缓冲
8、区。v 缓冲区互相独立，由DSM_BUF01和DSM_BUF11旁路，或由DSM_BUF00和DSM_BUF10断电。v 缓冲区对输入信号进行放大。配置DSM_BUF13:2寄存器位获取1，2，4和8倍增益。v 缓冲区有2种独立模式，配置DSM_BUF02位，获取0 (Vdd-0.2V)的输入共模范围。 电平移动：接近0V的输入共模电压范围，缓冲区输出从输入电平向上移动。范围为(Vssa-100mV)到(Vdda-100mV)。 轨至轨：轨至轨输入使用此模式。操作电压范围(Vssa+100mV)到(Vdda-250mV)。Delta-Sigma调制器 功能 v 采样输入信号(过采样)；v 粗量
9、化(2,3或9级/1,1.5, 2.2bit)；v 调节Cin1和Cref比率选择增益；v 过载检测和截断。 构成：v 3个有源积分器；v 1个有源求和器；v 1个可编程量化器；v 1个开关电容反馈DAC；-调制器时钟与参考源选项 模拟时钟或UDB产生时钟，均可用于输入采样时钟。v 也能禁止时钟输入。v 调制器的最大时钟为6.144MHz。v 确认到抽取器的时钟为fs/n，n=2,3,4,，fs是PHUB时钟。 可选模拟参考源输入选项(REFBUF0)。-调制器ADC的参考源选择：v 内部参考源(片上产生)(缓冲未滤波)。v 内部参考源(缓冲)使用在P03/P32与地间的外部电容滤波。v 外部
10、参考源驱动到ADC参考源。Delta-Sigma ADC操作模式 - ADC模式：v 单采样v 多采样v 连续v 多采样(Turbo) 写控制寄存器启动位或发送起始转换信号(Start of Conversion - SoC)，启动ADC转换器。v 转换结束设置状态位，且转换结束信号(End of Conversion - EoC)高有效，直到CPU或DMA读取转换值为止。Delta-Sigma ADC操作模式 单采样v 触发器触发单采样。待机ADC等待SoC信号有效。SoC有效，执行1次采样转换，并捕获结果。v 轮询控制寄存器或配置外部EoC信号中断或调用DMA请求检测EoC。传输完成ADC
11、待机直到下1个SoC事件。 连续采样v 多此连续采样输入信号。无法实现多输出复用。在第1个转换结果可用前，有3个转换延迟。v 对基本抽取器的时间要求。第1个结果后，连续以给定采样率的转换结果可用。Delta-Sigma ADC操作模式 多采样v 直接切换多信号输入，此模式有用。各采样间，重新填充抽取器，前采样不影响现转换。v 完成采样，自动初始化下1个采样。使用固件轮询、中断和DMA传输转换结果。 多采样(Turbo)v 17-20位分辨率，仅在转换结束时复位ADC。性能约比多采样快4倍。 SAR ADC模块概述 2个逐次逼近寄存器(Successive Approximation Regis
12、ter - SAR)模数转换器(SAR ADC0:1)，中分辨率和高数据率的应用。v 输入来自模拟全局，本地和复用总线，输出从寄存器读取，或送到UDB，进一步处理。 特点v 12位分辨率；v 单端，差分输入；v 轨至轨输入(0Vdda)；v 700KSPS采样率；v 单次或连续运行模式；SAR ADC模块原理 输入选择v 使用差分输入，输入与模拟布线结构连接。 正端连接模拟全局、模拟本地总线或Vssa。 负端连接模拟全局、模拟本地、模拟复用总线，参考电压或Vssa。v 输入选择多路复用器实现输入选择，由模拟接口SAR布线寄存器或UDB控制。 配置SARx_CSR14位，由UDB输入正端；清除该
13、位由寄存器输入正端。 配置SARx_CSR13位，由UDB输入负端；清除该位由寄存器输入负端。SAR ADC模块原理 时钟选择v 任一模拟时钟或UDB时钟。配置SARx_CLK2:0选择时钟。配置门控位SARx_CLK3使能/禁止时钟。 输入采样v 配置SARx_CSR25:0，编程(164)个周期的输入采样时间。v 新采样时钟开始时，可保留前DAC值，或清除。 参考源选择v 内/部参考源。内部参考源：Vdda/2，1.024V，1 V，2V或DAC输出电压。配置SAR_CSR17:5寄存器选择参考源。设置SAR_CSR36选择Vdda/2参考源。SAR ADC模块原理 配置2种操作模式：单捕
14、获或连续模式。v 单捕获模式触发器触发模数转换。连续模式连续模数转换。v 软/硬件触发。软件触发器(SARx_CSR00)，硬件触发器(UDB)。配置SARx_CSR02选择软件和UDB触发器。v SoF高时连续转换，SoF低时停止转换。配置SoF位(电平/边沿SoF)实现单次或连续捕获。电平模式确认SoF为高，执行转换。电平模式连续转换。边沿模式在边沿时执行转换，转换结束该位自动为低。v 重新确认下1个边沿高执行下1个转换，用于单采样。硬件使能SoF配置边沿模式，同步转换到PWM频率。SAR ADC模块原理 输出内容v 帧结束位(EOF)； SARx10寄存器位内，转换完成时EOF为高。v
15、用户配置分辨率的输出位； 配置SARx_CSR27:6寄存器位最高为12位。v 可选的EOF中断 EOF输出产生到CPU或DMA的中断。 设置SAR_CSR11使能中断。 设置/清除SARx_CSR12寄存器位，配置边沿/电平中断。数模转换器(DAC)模块概述 4个数模转换器(DAC0:3)：8位，配置电压/电流输出。v 支持Capsense，电源管理和波形生成等。DAC模块特点与原理 特点v 255级可调步长电压/电流输出；可编程台阶(取决于范围)；v 源(Source)/吸收(Sink)电流输出；25%增益校正的8位标定；v 转换率：8Msps(电流模式)，1Mbps(电压模式)；单调性
16、DAC电流模式(IDAC)v 设置寄存器DACx_CR04，配置DAC输出电流(0-32)mA，(0-256)mA和(0-2.048)mA。v IDAC设置寄存器DACx_CR12，配置源电流/吸收电流模式。v 使用UDB输入控制源/吸收电流模式。设置DACx_CR13位使能UDB输入。DAC模块原理 DAC电压模式(VDAC)v 设置寄存器DACx_CR04配置DAC输出，电流通过电阻连接，设置寄存器DACx_CR03:2，配置电压输出范围(0-1.024)V或(0-4.096)V。v 任何连接DAC输出的负载应为纯电容性(VDAC输出未缓冲)。v 最高转换率1Mbps1V模式。 4V模式比
17、1V模式的转换速度要慢，到Vssa电阻负载比1V负载大4倍。 4V模式的最高转换速度为250kbps。DAC模块标定 8个标定位消除DAC增益误差。v cal7:0默认输出10000000。比默认值低降低增益；反之增加。v 由DACx_TR寄存器完成标定，标定最小分辨率0.5 LSB，即标定修正25%的增益误差。 采样标定过程：v 固定输入(255)，Cal(128)，捕获DAC输出(dac_vout/dac_iout)； v 确定LSB的增益误差；v 使用正确标定码，捕获DAC输出(dac_vout/dac_iout)。第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统概述及其布线结
18、构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 第6节 液晶显示(LCD)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感器模块模拟比较器(CMP)模块概述 4个比较器(CMP0:3)，其特点：v 灵活的输入选择；v 速度和功率权衡；v 可选的10mV输入迟滞；v 低输入偏移电压(1mV)；v 用于比较器输出的毛刺滤波器； 正/负输入来自模拟全局总线，模拟复用总线，模拟本地总线和高精度参考源。v 输出布线到任一个二选一查表(L
19、UT)(输出布线到UDB DSI)。模拟比较器结构图查表(LUT) 4个二选一查表(LUT)，每个LUT有2个输入，1个输出。v LUT由比较器驱动。v LUT输出布线到UDB阵列的数字系统接口(DSI)。v UDB数字系统接口(DSI)，连接到UDB，DMAC，I/O或中断控制器。v LUT控制字写入寄存器，设置输出逻辑功能。第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统及其布线结构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 第6节 液晶显示(L
20、CD)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感器模块通用运算放大器(GPA)模块概述 4个通用运算放大器(OPAMP0:3)，其特点：v 25mA电流驱动能力；v 3MHz增益带宽200pF负载；v 偏置小于0.5mV；v 低噪声 1mA负载，Vss或Vdda的轨至轨50mV内； 5mA负载，Vss或Vdda的轨至轨500mV内； 200pF负载，上升率3V/s；通用运算放大器模块框图通用运算放大器模块配置 使用外/内部信号将其配置成增益级或跟随器。v 任一配置，输入和输出信号全部连接内部全局信号，监测ADC或比较器。信号和GPIO间切换来实现配置。
21、通用运算放大器模块模式 3种速度模式：v 慢速模式：最小静态功耗。v 中速模式v 快速模式：最大功耗。 轨至轨的输入摆幅。v 低电流输出，输出电压至轨至轨的运行在50mV内摆幅。v 高电流负载(约25mA)输出，输出电压到500mV内摆幅。第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统及其布线结构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 第6节 液晶显示(LCD)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感
22、器模块开关电容/连续时间(SC/CT)模块概述 4个开关电容/连续时间(SC/CT)模块。v 每个模块建立带有开关、电容和电阻阵列的轨至轨的放大器。v 开关电容是一种使用电容脉冲开关(而不使用电阻)创建模拟功能的电路设计技术。 在电容之间打开和关闭不同的开关，进行搬移电荷(Charge)来运行。 非重叠相位的时钟信号控制开关，不会同时打开所有的开关。SC/CT模块框图SC/CT模块配置 PSoC Creator提供图形化接口对SC/CT模块编程。v 开关控制和时钟相位控制配置由软件工具完成。 只需应用程序确定使用参数，如：增益，放大器极性，Vref连接等。 相同放大器和模块接口也可连接到电阻阵
23、列，建立不同的连续时间功能。SC/CT模块模式 SC/CT模块配置SC0.3_CR1寄存器MODE2:0位设置模式：v 标准运算放大器(连续模式)；v 单位增益缓冲区(连续模式)；v 可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier - PGA)(连续模式)；v 跨导放大器(Transimpedance Amplifier - TIA)(连续模式)；v 上/下混频器(连续模式)；v 采样和保持混频器(NRZ S/H)(开关电容模式)；v 一阶模拟-数字调制器(开关电容模式)标准运算放大器模式 输入和输出连接内/外部信号，其它阻容元件不与放大器连接。v 可编程的补偿电容和
24、输出级驱动能力提供不同负载条件。v 信号摆率和时间要求的最小抖动率及负载电容决定应用，是稳定性最基本考虑因素。 Iload=Cload*DV/Dt Cload：为放大器输出节点电容和外部容性负载。v 模拟总线布线的标称10pF电容表示内部负载。 由SC0.3_CR1:0寄存器位配置输出抖动率要求，设置SC_DRIVE1:0驱动控制。单位增益放大器模式 单位增益放大器模式是标准运算放大器模式，并将其输出直接连接到反向输入。v 单位增益放大器可内部产生高输出阻抗的信号， 如，电压DAC输出，要求驱动负载，或 高阻抗外部源要求驱动片上负载，如：连续时间混频器。v 应用于输入信号不够大，不能达到ADC
25、分辨率，或其它SC/CT模块动态范围的场合。可编程增益放大器模式 切换输入复用器的共享选择值来改变其同相和反相。 v 实时调整增益，包括改变PGA增益。v 配置正向/反向增益的结构，或差分放大器的一半。跨导放大器模式 跨导放大器(Transimpedance Amplifier - TIA)v 称为电流-电压转换器，电流转换成电压的模块，典型应用： 电压测量电路或仪器测量电流，或建立电流控制电压源。 连续模式使用内部反馈电阻将电流转换成电压。v 输出电压和输入电流成正比： Vout=Vref-IinRfb 反馈电阻Rfb，其范围(20K1M)。 电流输入Iin，输出电压Voutv 带宽由反馈电
26、阻及其并联电容确定。-3dB频率带宽： f-3dB=1/(2pRfbCfb)连续时间混频器模式 连续时间混频器的配置：在正相单位增益和反向单位增益之间进行切换。最高的切换频率为1MHz。v 连续模式实现上转换，相对于采样混频器来说，提供更高转换增益。 v CT混频器，fCLK+fIN和fCLK-fIN信号幅度相同，采样模式在2个配置间有衰减。Delta-Sigma调制器模式 可编程的开关电容积分器，实现高过采样率1阶调制器环路。v 积分器输出和参考电平比较，然后返回到反馈环的输入。v 高采样率控制调制器输出，抽取滤波器将信号带宽降到感兴趣的范围。v 通过积分电容的复位开关，调制器用于增量调制器
27、。v 第1级调制器的采样数据的精度由以下决定： 最大输入信号带宽； 过采样率； 采样时钟的抖动。第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统及其布线结构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 第6节 液晶显示(LCD)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感器模块 LCD结构与原理 非偏振光通过后偏振器，仅有垂直方向光通过。放置前偏振器，前偏振器仅有平行偏振光通过。无光线通过前偏振器。v 液晶放置在
28、前后偏振器间调整光的偏振，调整到达前偏振器的垂直偏振光，或通过后偏振器的偏振光通过前偏振器时不被阻挡。液晶工作原理 液晶方向的改变是由流经的电信号在电极底板和段电极的基础上完成的。v 为避免液晶方向的永久改变，电极间需用交替波形，以使液晶的平均电压为0。LCD分类 由结构和原理，分为v 静态和复用LCD 由光源，分为v 透射，反射和半透LCD 由制造技术，分为v TN，STN，FSTN LCD 由图像生成，分为v 正极性和负极性LCD静态LCD 静态LCDv 独立控制段上仅有1个背板或公共端。v 公共端和段间的电压决定像素点的状态。为避免对LCD永久损害，采取交替波形。 段关闭，段和公共端信号
29、保持最初相位。使得段和公共端间RMS 0V。 段开启，段和公共端信号保持180相位，若方波峰值是Vdd，导致段和公共端间产生RMS Vdd电压。v 引脚数量和像素点驱动数量等于LCD的段和像素数目。 更复杂LCD的情况下，要求使用更高的IO数的LCD驱动器。静态LCD驱动波形复用LCD 与独立控制引脚来控制单像素不同，通过引脚复用控制其他段/像素点，在激励1个像素的时会出现问题。 如何避免不激励同一引脚控制其它像素：v 使用复用公共端，就是复用LCD。 帧频率v 帧频率是驱动每个段波形重复的速率；简而言之是每个段LCD像素的刷新速率。一般范围：30150Hz。v 高帧频率导致高功耗，低帧频率会
30、造成屏幕闪烁。v 公共端数目： 4段/像素复用LCD需4段控制脚和1个公共脚。复用LCD 占空比/复用比v 复用LCD的公共端或者背板数量。指定公共端或背板的数量的倒数。v 驱动复用LCD时，段与公共端相对应。刷新速率是公共端数量的倒数。 偏置比/类型v 偏置是加在LCD上的电压。电压等级数量随LCD公共端数目增加而增加。避免在关闭状态下像素点RMS电压过高。v 常见的偏置电压比例是1/2,1/3,1/4,1/5。复用LCD 驱动波形v 2种驱动波形：A类型和B类型。 A类型波形利用单独帧来使每个像素点RMS 0V，B类型波形利用2帧。 指定的时间段，B类型波形的边沿数少于A类型，这是其波形的
31、优点。v LCD像素点物理模型是电容。在边沿有电流流过驱动器。 与A类型相比，B类型更省功耗。复用LCD驱动波形复用LCD 调整对比度v LCD的对比度调节是调整开启/关闭段电压间的差值实现。v 考虑2个公共端LCD驱动间的偏置值为1/2的情况。 为减少对比度，调低所有电压。显示波形中，电压调低到3/4。 导致减少像素间RMS值。RMS电压控制光扭曲数量的多少。若RMS电压降低，液晶光偏振变化也下降。导致更多的光通过液晶屏，使得对比度降低。 复用LCD对比度控制波形透射LCD 透射LCDv 若光源位于后偏振器的背边，则是透射LCD。v 需要背光源。应用在室内或户外。反射LCD 反射LCDv 在
32、后偏光器的背面安装反光块，外部光线能被反射回来。v 无需背光源，用在低功耗的系统中。强光下对比度也很好。 半透LCD和扭曲向列(TN) LCD 半透型LCDv 半透型LCD需要装备特殊半反射部件，有能力使得部分光通过。具有前2种LCD的特性。 扭曲向列(TN)LCDv 使入射光产生90的扭曲。LCD安装的2个偏光器的方向垂直。v 显示特征是低对比度和小的观察角度的。不能适应高公共端数量LCD。超扭曲向列(STN) LCD及其薄膜补偿型 超扭曲向列(STN)LCDv 使入射光扭曲角度超过90，且使得电压输出陡峭曲线。启动/关闭LCD像素的RMS电压非常接近。v 仍能提供可接受的对比度。适合多公共
33、端数量的LCD。v 典型扭曲角度：(180270)。有较好的对比度和更大的角度。 薄膜补偿型超扭曲向列(FSTN)LCDv 超扭曲向列(STN)的改进版。STN显示在背板上增加颜色，FSTN有改进。v 应用在白/灰背板上，也有很好的对比度和较大的观察角度。正极性LCD 正极性的LCDv 在白色背板上显示黑色字体。v 适用于具有高光条件反射型LCD或具有良好背光的半透型LCD。负极性LCD 负极性LCDv 在黑色背板上显示白色字体。适用于无良好背光的透射LCD。v 观察角度取决于LCD材质和工作占空比。v 也与观看区域偏角和视角有关。 偏角是液晶显示器的垂直轴和最佳视角间的角度。当LCD制造时偏
34、角就已确定。 视角是获得的最佳角度。 PSOC LCD驱动特性 PSoC5液晶显示(Liquid Crystal Display - LCD)驱动模块是可配置外设，直接驱动板上LCD。其特性：v 直接驱动LCD面板；v 支持类型A(标准)和类型B(低功耗)波形；v 支持宽范围LCD偏置(2V至供电电压)v 静态的1/3,1/4,1/5的偏置电压电平；v 内部生成偏置电压；v 62个通过公共和段输出；v 16个公共屏(16:1复用率)；PSOC LCD驱动特性v 驱动736个段(16背板46前面板)；v 128级软件控制的对比度；v 由DMA将显示数据从存储器缓冲区移动到LCD驱动器；v 可调L
35、CD刷新率10Hz到150Hz；v 负像(Negative Image)的反LCD显示；v 不同LCD驱动模式下优化功率；v PSoC有限活动模式下配置LCD驱动器使能；PSOC LCD驱动模块 LCD驱动模块的主要构成：v 专用LCD硬件 LCD DAC LCD驱动器v 系统资源v UDBv DMAv 时钟：全局v SRAMPSOC LCD驱动模块PSOC LCD驱动模块 任何LCD要求偏置产生电路和系统来理解所提供的数据，正确显示在LCD上。v PSoC5专用LCD驱动硬件，与系统资源一起工作。 1个专用DAC，产生5个偏置电压(V0-V4)，分配到驱动LCD引脚驱动器。也帮助设置对比度。
36、v LCD驱动模块最终与引脚接口。 每个驱动LCD的引脚包含驱动器逻辑。 取决于LCD的刷新状态、引脚配置成公共或者段，以及显示的数据，其功能选择偏置的级别和驱动引脚。 PSOC LCD功能描述 驱动LCD的模块功能：v LCD DACv LCD驱动器v UDBv DMA 产生和顺序化，驱动LCD屏的电压。PSOC LCD DAC 实现LCD驱动模块的对比度控制和偏压产生。产生5个LCD驱动电压，其特点：v 由最大电压V0衍生4个电压；v 默认5个偏置电压(LCD DAC的V0-V4)，驱动个LCD驱动模块的I/O引脚；v 模拟复用总线和模拟本地总线用于LCD驱动模块，而不是驱动LCD DAC
37、。v 使用外部分压电路产生驱动电压和关闭内部DAC优化功耗时，非常有用。这里不提供对比度软件控制。PSOC LCD DAC 对比度控制v 连接到LCD DAC模块的控制寄存器(LCDDAC_CR16:0，设置7位DAC)，实现128(26)级的对比度控制。v V0的输出范围为2.0V-Vdda(供电电压)，步长25.2mV，步长精度3.5mV，绝对精度50mV。 偏置比率/复用率选择v 设置LCDDAC_CR0寄存器的bias_sel域选择偏置率/复用率。设置DAC输出产生V1-V4的电压。LCD驱动器 驱动器缓冲区模式v 4:1多路复用器的输出至驱动缓冲区，驱动LCD的公共端和段。v 缓冲区
38、有3个功率模式： 高驱动 低驱动 Lo2驱动LCD驱动器 LCD驱动器偏置生成器v 产生基于带隙的电压参考，用于LCD驱动器模块。 输入是2.5A带隙电流。 输出是偏置电压和相关的地线。 LCD驱动缓冲区模块的配置选项v 类似于LCD DAC，LCD驱动器缓冲区v 也有一些配置选项用于优化功耗。LCD驱动器 无驱动v 禁止驱动缓冲区，输出三态。但仍给模块供电。 LCD休眠v 不连接供电，所有LCD引脚接地上。不能用于非LCD应用。 LCD禁止v 对于非LCD应用是断电模式，不连接供电。引脚高阻。所有不用LCD驱动器应保持，以减少功耗。UDB 配置UDB产生全局LCD控制信号：v DRIVE，v
39、 ENABLE_HI，v FRAME，v DATA_CLOCK，v DAC_DISABLE，v CHOP_CLOCK。 专用全局布线通道将信号布线到LCD驱动模块。需读取下1数据包时，UDB产生DMA请求。UDB产生信号，均来自时钟分配网络的相同时钟输入。DMA 使用CPU或DMA传输像素数据。包括：v CPU-写交易描述符到DMAv SRAM-创建的显示存储器缓冲区，里面保存的像素数据；v DMA-从显示存储器传输像素数据到端口数据寄存器； PSoC无独立的显示存储器，显示数据保存在与PHUB连接的SRAM，图像/显示缓冲区可是任一可用存储器。传输显示数据到LCD系统的一种方法就是使用DMA
40、。v DMA的TD须配置成将显示数据从存储器移动到端口数据寄存器中。此方法将CPU释放出来，也是最高效的方法。第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统及其布线结构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 第6节 液晶显示(LCD)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感器模块CapSense模块结构与特点 测量电容的丰富手段和应用，如：触摸感应按键，滑动块，接近度检测。v 使用系统资源配置，包括电
41、容感应触摸的硬件功能。v 主要特点： 同时支持扫描2个电容传感器； 可配置的低通滤波器消除开关噪声，以精确测量； 更快速测量的带有高驱动模式的参考缓冲区。CapSense模块结构CapSense模块结构 参考驱动v 快速初始化网络到的独立电压。加速电容扫描，改善电源抑制比。v 2个独立参考驱动；1个驱动AMUXBUSL，另1个驱动AMUXBUSR。v 设置CAPSX_CFG0寄存器out_en位连接驱动器到AMUXBUS。v 支持普通和高驱动模式，设置CAPSX_CFG0寄存器boost位选择驱动模式。 普通模式，最大驱动100pF电容600ns； 高驱动模式，最大驱动30nF电容15ms。C
42、apSense模块结构 低通滤波器v 2个可调低通滤波器(Low Pass Filter - LPF)。每个LPF通过2:1复用开关选择输入。 左侧，LPF输入AMUXBUSL和AGL0；右侧，LPF输入AMUXBUSR和AGR0。v 设置LPF.CRO寄存器swin1:0位选择LPF输入。由开关将LPF输出连接到abusl0和abusr0。LPF选择R(200/1000K)，C(5/10pF)。 LPFx_CR0寄存器rsel和csel位择电阻和电容。LPF控制寄存器为LPF0_CR0和LPF1_CR0。CapSense模块结构 模拟复用总线 v 除SIO和USB外，所有GPIO均支持电容感
43、应操作。v 基本模拟复用总线是AMUXBUS，2个网络(AMUXBUSL和AMUXBUSR)用于2个同步感应操作。 也能短路生成单网络，该网络连接所有GPIO。v AMUXBUSL和AMUXBUSR网络连接各自一半GPIO，支持电容感应方法的所有特征。v 使用AMUXBUS网络，AMUXBUSR模拟全局网络AGR0和AMUXBUSL模拟全局网络AGL0，提供到参考源反馈。 通常来自外部电容连接引脚，作为积分或调制电容。CapSense模块结构 GPIO配置v 端口模拟全局复用寄存器(PRTx_AMUX)连接端口引脚到模拟复用总线。 设置CAPSx_CFG1寄存器io_ctrl1:0使能上拉或下
44、拉。v 2种配置感应电容切换，电容转换成电阻进行测量。(a) 通过感应电阻对通过感应电阻对MUXBUS充电充电CapSense模块结构 等效电阻：v Rs=1/(fsCs) Cs：传感器电容 fs：时钟频率 1,2：非重叠的时钟，可用伪随机序列发生器(Pseudo Random Sequence - PRS)产生。 Cmod：外部调制电容；CapSense模块结构 将GPIO在高低电平间切换实现电容感应。其余硬件部分配置合适极性匹配上拉或下拉电阻。v 电容感应时钟切换电平。2种方法产生CapSense时钟： UDB产生2个全局时钟(caps_dsi_lft和caps_dsi_rt)，设置PRT
45、x_CAPS_SELy寄存器选择切换传感器的全局时钟； 到I/O引脚的DSI输出用于UDB电容感应的时钟源。设置PRTx_BIEy配置输入。 GPIO作为屏蔽电极，在出现水膜或水滴时，提高操作可靠性。v 测量这些影响因素在屏蔽电极的影响，并且从电容感应按键中消除。CapSense Delta-Sigma算法 电容感应算法支持屏蔽电容v -将积分电容电压保持在目标门限附近，且根据目前的比较器输出状态对电容进行充/放电来实现的。v 感应电容在Vdd和积分电容之间进行连续的切换，在每个切换周期内驱动积分电压升高。 CSD算法的具体实现v 电容积分电压达到参考电压时，使能IDAC对电容放电。v 电容电
46、压低于参考电压时，禁止IDAC，允许电容连续充电。v 电容电压在比较器门限附近波动，在1个间隔内对比较器的低输出进行计数，给出感应电容测量结果。 CapSense Delta-Sigma算法CapSense Delta-Sigma算法v 触摸时感应电容增加，其等效电阻减少。引起流经感应等效电阻的电流增加。v 在触摸时，为将Cmod电压保持在VREF附近，IDAC吸收电流长期补偿较大的感应电容。就相应的改变计数值。v PRS时钟替换固定时钟源驱动预充电开关。与固定时钟源相比，PRS时钟降低感应电容辐射噪声，改善EMI和干扰性能。 其它CSD算法：v 基于比较器的输出，开关电容电阻用来对积分电容进
47、行充电，外部的泄漏电阻器用来对积分电容进行放电。v 基于比较器的输出，翻转极性，IDAC就能被用于对积分电容进行充电，开关电容电阻将积分电容对地进行放电。第7章 PSOC5可编程模拟子系统 第1节 可编程模拟系统及其布线结构 第2节 模/数转换器(ADC)与数/模转换器(DAC)模块 第3节 模拟比较器(CMP)模块 第4节 通用运算放大器(GPA)模块 第5节 开关电容/连续时间(SC/CT)模块 第6节 液晶显示(LCD)直接驱动模块 第7节 电容感应(CapSense)模块 第8节 精密参考源与温度传感器模块精密参考源 独立于供电电压和温度的电压/电流参考源是很多模拟电路必要的模块。精确
48、偏置电压对很多电路方案是至关重要的。v ADC需要参考电压源量化输入。VDAC/IDAC中，要求电压/电流参考源定义输出的满量程范围。 1个曲率补偿的电压带隙(带修剪缓冲区)，获取精确的绝对值。v 修剪缓冲区是多参考源生成器，以带隙参考电压为输入，输出范围(0.2561.2)V。以高精度/低功耗(5A)缓冲区，缓冲不同参考电压。v 2个温度校准的电流参考源，送到IDAC。精密参考源 4个顶层模块：v 电压和电流输出带隙；v 电压带隙的修剪缓冲区；v 参考电压的低功耗（5A）缓冲区；v 5A缓冲区的偏置模块； 带隙是基于2组不同发射极电流密度的二极管连接的晶体管。v 以正温度依赖型绝对温度比例(
49、Proportional-to-Absolute-Temperature - PTAT)电路，消除各组晶体管PN结负温度系数依赖型。产生不随温度变化的固定电压。电压参考源框图 片上温度传感器用于测量内部晶片温度，以Vbe方法获取数字温度。温度传感器模块 主要特点v 10绝对精度(-50+150)；v 温度传感器输出布线到模拟全局线AGL3。 工作原理v 利用双极型晶体管(BJT)的BE极电压对温度(恒定集电极电流和0Vce电压)敏感的特点测温。 Vbe输出测量使用2个不同电流，1个是低偏置，另1个是高偏置，比值为1:29。 Vbe输出的电压变化和温度为成线性关系。v 温度传感器输出送到ADC或使用AGL3送到片上其它资源。 温度传感器模块特点与原理 提高测量精度v 动态元件匹配技术，循环选择8个镜像电流源通道；v 曲率补偿技术，提高线性度；v 两点线性适配标定程序温度传感器模块
