引言：設(shè)計工程師很早就熟悉USB技術(shù)了，但為現(xiàn)有產(chǎn)品添加USB接口的工作并不是很簡單，會在一定程度上增加新項目的復(fù)雜性，不過現(xiàn)在有辦法在很大程度上避免這樣情況的發(fā)生。本文從技術(shù)細(xì)節(jié)角度描述了新款的PSoC及其USB接口，并探討了可用這些器件方便設(shè)計的有關(guān)應(yīng)用實例。

PSoC功能結(jié)構(gòu)概覽 、數(shù)字系統(tǒng)塊、模擬系統(tǒng)塊。
PSoC系列器件專為取代傳統(tǒng)MCU、系統(tǒng)IC及其相關(guān)的多種分立元件而設(shè)計。該架構(gòu)使用戶能夠創(chuàng)建定制的外設(shè)配置，滿足各種不同應(yīng)用的要求。此外，還包含快速的CPU、閃存程序存儲器、SRAM數(shù)據(jù)存儲器和可配置的I/O。PSoC CY8C24794是PSoC系列中獨特的一員，因為它包括了功能齊全的全速(12Mbps)USB端口。
PSoC架構(gòu)(圖1)包括四大部分：PSoC內(nèi)核、數(shù)字系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)和系統(tǒng)資源(含全速USB端口)。可配置的全局總線使器件資源能夠集成到完整的可定制系統(tǒng)中。PSoC CY8C24794器件可具備多達(dá)7個I/O端口，連接于全局?jǐn)?shù)字和模擬互聯(lián)器件，從而能夠訪問4個數(shù)字時鐘和6個模擬時鐘。
PSoC包括24MHz、4MIPS哈佛架構(gòu)的CISC CPU，帶有16KB閃存，可用于程序存儲，還帶有1KB的SRAM，可用于數(shù)據(jù)存儲，此外還具備2KB的EEPROM，采用閃存仿真。程序閃存利用64個字節(jié)塊實現(xiàn)四級保護(hù)，可實現(xiàn)定制的軟件IP保護(hù)。
PSoC器件包括靈活的內(nèi)部時鐘發(fā)生器，含24MHz內(nèi)部主振蕩器(IMO)，在工作溫度和電壓范圍內(nèi)誤差不超過8%。24MHz IMO還可翻番為48MHz，用于數(shù)字系統(tǒng)。此外還具備低功耗32kHz的內(nèi)部低速振蕩器(ILO)，作為睡眠定時器和看門狗定時器(WDT)。
PSoC GPIO提供到CPU、器件數(shù)字和模擬資源的連接。每個引腳的驅(qū)動模式可從八個選項中進(jìn)行選擇，這就使外部接口具有極大的靈活度。每個引腳還能生成和低級系統(tǒng)中斷，并能自上讀之后進(jìn)行改變。
數(shù)字系統(tǒng)(圖2)包括4個數(shù)字PSoC塊。每個塊都是8位資源，可單獨使用，也可與其他塊結(jié)合使用，形成8位、16位、24位和32位外圍。數(shù)字塊還可通過串行全局總線連接至GPIO，將任何信號路由給任意引腳。總線還可實現(xiàn)信號多路復(fù)用功能，并進(jìn)行邏輯操作。這種可配置性使設(shè)計工作不再受到固定外圍設(shè)控制器的限制。
模擬系統(tǒng)(圖3)包括6個可配置的塊，每個塊都具備運(yùn)算放大器，可創(chuàng)建復(fù)雜的模擬信號流。模擬外設(shè)非常靈活，經(jīng)過定制后可支持具體的應(yīng)用要求。模擬塊三個成一列，包括一個連續(xù)時間(CT)和兩個開關(guān)電容(SC)塊。
CY8C21x34和CY8C24x94 PSoC器件與其他PSoC器件的不同之處在于，其GPIO引腳可連接于內(nèi)部模擬總線。CY8C24x94包含更多功能，可以有選擇地將模擬總線分為兩部分。就CY8C21x34而言，所有GPIO引腳都啟用后，可實現(xiàn)上述連接。就CY8C24x94而言，端口0到5的所有引腳都啟用后，可連接至模擬總線。
系統(tǒng)資源為實現(xiàn)完整的系統(tǒng)提供了更多功能。此外，其他資源還包括乘法器、抽樣器、低壓檢測和上電復(fù)位功能等。
PSoC USB
PSoC USB系統(tǒng)資源符合USB2.0規(guī)范，符合工作在12Mbps速度下的全速器件具備一個上行端口和一個USB地址的規(guī)范要求。PSoC USB(圖4)包括一個串行接口引擎(SIE)塊；一個PSoC存儲器仲裁器(PMA)塊；256字節(jié)的專用SRAM；一個帶有內(nèi)部調(diào)節(jié)器的全速USB收發(fā)器以及兩個專用USB引腳。

列表1：設(shè)備程序代碼簡單而直接。
將接收到的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將總線上要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行格式化。
CRC校驗和生成。忽略那些未通過校驗和驗證的傳送進(jìn)來的數(shù)據(jù)包。
地址檢查。忽略所有地址未指向器件的事務(wù)。
發(fā)送適當(dāng)?shù)腁CK/NAK/Stall握手信號。
識別標(biāo)記類型(SETUP、IN、OUT)，一旦接收到有效的標(biāo)記，即設(shè)置適當(dāng)?shù)臉?biāo)記位。
識別幀起始(SOF)并保存幀的數(shù)量。
通過PSoC存儲器仲裁器向USB SRAM發(fā)送數(shù)據(jù)，或從USB SRAM接收數(shù)據(jù)。
處理USB接口的多種不同部分需要固件發(fā)揮作用。SIE在主要USB事件發(fā)生后發(fā)出中斷，使固件從事適當(dāng)?shù)娜蝿?wù)，如填充和清空USB SRAM中的USB數(shù)據(jù)緩存，適當(dāng)啟動PMA通道，通過對USB設(shè)備的請求進(jìn)行解碼來協(xié)調(diào)設(shè)備列舉，掛起并重新開始協(xié)調(diào)，以及確認(rèn)和選擇數(shù)據(jù)開關(guān)值等。
PSoC USB系統(tǒng)資源包含專用的256字節(jié)SRAM，其與PSoC內(nèi)核中所用的SRAM頁相同，但不能通過M8C存儲器接入指令存取。PSoC USB的專用SRAM只能通過PMA寄存器進(jìn)行存取。
PSoC存儲器判優(yōu)器(PMA)是PSoC USB專用SRAM與存取SRAM的兩個塊(M8C與USB SIE)之間的接口。PMA可提供8個通道以傳輸數(shù)據(jù)。M8C可使用所有的通道寄存器，但4個非控制USB端點分別由PMA通道寄存器的特定集來分配。
內(nèi)部USB收發(fā)器與外部USB總線相連，根據(jù)USB2.0規(guī)范收發(fā)信號。在正常的USB操作狀態(tài)下，收發(fā)器直接與SIE連接，初始化之后無需與用戶互動。
與外部USB設(shè)備相連接相當(dāng)簡單，只需添加兩個電阻即可。圖5顯示了具有56引腳MLF PSoC器件的USB連接應(yīng)用示意圖(CY8C24794)。
電容傳感應(yīng)用
CY8C24794-24LFXI采用了Cypress的CapSense技術(shù)，為取代機(jī)械開關(guān)與控制提供了一種有效的解決方案，轉(zhuǎn)而采用簡單的觸控式解決方案。PSoC架構(gòu)使我們能夠方便地將觸控系統(tǒng)與LED驅(qū)動器、LCD顯示設(shè)備以及其他外設(shè)相連接。
就其基本形式而言，電容開關(guān)是一對相鄰的平行板，如圖6a所示。盡管存在較小的邊緣至邊緣電容(edge-to-edge capacitance)，但開關(guān)布局的本意是為了化平行板之間的電容。如果將導(dǎo)體置于靠近兩個平行板的位置，如圖6b所示，那么就會在導(dǎo)體和一個電極之間產(chǎn)生電容，與此類似，導(dǎo)體和另一個電極之間也會存在電容。
電容開關(guān)組的常見形式為：一組電容中每個電容的一側(cè)都接地。這樣，工作電容只有一側(cè)可存取；開關(guān)是接地的可變電容。導(dǎo)體的存在加大了開關(guān)接地的電容。決定開關(guān)是否激活取決于電容測量是否發(fā)生了改變。
另一個系列CY8C21x34芯片具備獨特的特性，可實現(xiàn)高效的電容開關(guān)掃描應(yīng)用設(shè)計。相關(guān)特性包括：多路復(fù)用器陣列較寬，這樣所有測量的通道都能使用相同的比較器和電流源；DAC電流源可調(diào)節(jié)；此外，比較器和重置開關(guān)可實現(xiàn)自動連接。
這種驅(qū)動與多路復(fù)用設(shè)計可繞過現(xiàn)有的GPIO，將所選的引腳連接到內(nèi)部模擬多路復(fù)用總線，如圖7所示。電容充電電流(IDAC，由寄存器DAC_D控制)和重置開關(guān)連接至模擬多路復(fù)用總線，這可降低對引腳數(shù)的要求，進(jìn)而降低待處理的開關(guān)數(shù)；而且啟動操作時無需外部電阻或電容器。
PSoC CapSense解決方案的基本電路與固件相對簡單，開關(guān)工作環(huán)境的物理設(shè)計則相對較復(fù)雜一些。設(shè)計電容傳感系統(tǒng)時，主要應(yīng)考慮三方面的問題：PCB、覆蓋材料以及與PCB和電容傳感無關(guān)的其它因素。Cypress編寫了一系列應(yīng)用手冊，詳細(xì)介紹了上述領(lǐng)域的問題，在此不再贅述。
實例說明：按鈕與發(fā)光管
CY8C24794由PSoC Designer軟件、評估板、ICE-Cube電路板上仿真器以及微型編程器提供支持，能夠方便地開展新設(shè)計實驗。在此僅介紹基本的USB設(shè)計，通過該設(shè)計實現(xiàn)此操作：按下目標(biāo)主機(jī)PC上的按鈕，使評估板上的發(fā)光管發(fā)光。
不管開展哪種USB設(shè)計都要處理兩種程序：主機(jī)程序和遠(yuǎn)程設(shè)備程序。USB不會“發(fā)送”數(shù)據(jù)，而是準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，由USB主機(jī)來收集；主機(jī)控制所有通信功能，而設(shè)備只有在主機(jī)允許時候才工作。
給出的流程圖顯示了本例中器件與主機(jī)程序的邏輯工作關(guān)系：
main.c設(shè)備程序如列表1所示：USB_Start()調(diào)用發(fā)起由USB用戶模塊庫處理的枚舉序列；一旦枚舉完成，即讓緩沖器接收PC發(fā)出的發(fā)光，再等待設(shè)置SOF標(biāo)記。SOF_ISR每隔1毫秒設(shè)置標(biāo)記。
設(shè)置SOF標(biāo)記后，將調(diào)用scan-buttons()，這是按鈕去抖動例程。如果檢測到某按鈕發(fā)生更改，就會向PC發(fā)送按鈕，然后再檢查發(fā)光是否在前一個幀中被接收。如果已接收發(fā)光，程序就會更新本地LED。需要注意的是，對于main()而言，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移到端點緩沖器中又轉(zhuǎn)移出去，USB通信由SIE在后臺處理。USB運(yùn)行時操作就像讀寫端點緩沖器一樣簡單。