基于PSoC的精简LED点阵系统设计方案

　　摘要：本文介绍了传统采用单片机控制的LED显示屏设计方法与基于PSoC技术的LED显示屏设计方法的区别，阐述了PSoC技术在LED点阵显示系统设计中的优势。以PSoC系列的CY8C27443芯片为核心的LED点阵显示系统为例，具体描述了PSoC多功能精简尺寸型LED点阵系统的硬件设计、PSoC的配置和软件功能的具体设计实现方法。由于CY8C27443 芯片的内部资源更加丰富所以进行LED点阵系统的设计比51单片机电路更加简单，性能更加稳定，软件设计也更加简单方便，从而大大节省了开发周期和成本。

　　传统采用51 单片机控制LED点阵的显示屏功能相对比较单一若要使其实现功能的多样化，则往往需要花费大量的时间和精力设计复杂的外围电路，故其系统设计中使软件、硬件的设计更为复杂，增加了开发难度；增大了显示屏的体积和重量，不易于运输和安装；更重要的是产品生产成本也较为高昂。与传统LED显示屏相比，基于PSoC 技术所开发的多功能精简尺寸型LED点阵显示屏是利用片上系统的技术优点将各个不同功能的模块集成在同一芯片上，由于其仅仅通过添加和减少芯片上的模块就可以实现相应功能的增减，这就在很大程度上弥补了传统LED显示屏的不足，缩短了开发周期，使产品更容易升级更新。

　　1 系统工作原理

　　1.1 PSoC 系列单片机介绍

　　PSoC：（Programmable System-On-Chip）可编程系统级芯片，是新一代片上系统单片机。由赛普拉斯公司的PSoC（TM）混合信号阵列是可编程的片上系统（SOC），该芯片集成了微控制器及嵌入式系统中常需扩充的模拟及数字组件。同时，也可将PSoC 视为8 位微控制器，即8 位单片机。但是和一般单片机不同的是它几乎不需要外围电路，一片PSoC 芯片就可实现一个电子系统，而且PSoC 具有比一般单片机更多的内部资源。国外专家把它的发展喻为第二次电子学革命。本系统使用的PSoC 芯片是CY8C27443，CY8C27xxx 是PSoC 混合信号阵列中在模拟量中处理最为强的一个系列［1］，下表1 是28 管脚的CY8C24533和AT89C51 之间的比较。从上表中我们不难看到CY8C27443 芯片的内部资源更加丰富所以进行LED点阵系统的设计比51 单片机电路更加简单，性能更加稳定。该芯片价格很廉价而且还增加A/D 模块，D/A模块，SPI 接口模块，PWM 模块，温度传感器等都可以集成在芯片内部这样就使得外围电路大大减少，硬件电路尺寸更加精简、可靠。软件设计也更加简单方便大大节省了开发周期。CY8C27443 芯片价格相比51单片机来说虽然高出了2-3 倍但是内部有其丰富的资源可供配置所以该系统成本可以节省50%~60%左右。

　　表1 CY8C24533 和AT89C51 之间的比较

　　1.2 基于PSoC 的精简尺寸LED点阵系统的硬件设计

　　基于PSoC 的多功能精简尺寸型LED点阵系统的硬件设计如图1 所示，以PSoC 为控制器的LED点阵系统通过TG202 烟雾传感器传感器，HM1500 湿度传感器，以及PSoC 片内集成的温度传感器。分别采集到空气中的烟雾浓度，湿度和温度情况后及时发布到LED显示屏上显示，当出现异常情况时还可以通过蜂鸣器发出报警。采集到的数据也可以通过Si4432 无线收发模块送入PC 机进行外部环境监测。同时也可以在PC 机上输入字符后通过无线收发模块发送到LED显示屏来发布广告和通知等信息。由于PSoC 同时具有片内和片外系统时钟源。从而且显示屏扫描速度可以提高，使得产品硬件设计性能更加可靠，加之PSoC可以动态重构所以产品更加灵活多变，功能更加齐全；软件设计方面有厂商提供的API 函数可供调选，编程者无须向使用51 单片机那样在底层驱动上大费心思，这样使底层驱动程序开发周期大大缩短，从而可把精力更多的应用程序开发上，提高了开发效率。

　　图1 基于PSoC 的多功能精简尺寸型LED点阵系统的硬件设计

　　1.2.1 TGS202 作为气体传感器

　　本系统采用TGS202 作为气体传感器来检测空气中含有的CO，CO2，煤气，甲烷等气体来检测环境中的烟雾，当探测到这些气体时TG202 的内阻变小，从而使得输出端电压快速上升，以达到检测火灾的功能。

　　通过配置PSoC 中的放大器和8 位8 通道A/D 转换模块，并且该内部采用了sinc2 滤波器是硬件电路来实现减少了CPU 的开销，并可以进行64 倍过采样，从而降低了对前端滤波器的抗混叠要求该滤波器。实现把气体传感器的模拟量转化成数字量，并且重复测试三次以上将得到的数据的平均值送到指定的单元存储。

　　一旦发现气体超标则PWM 模块输出口就输出1KHz的方波来驱动蜂鸣器以达到报警的目的。

　　1.2.2 温度传感器

PSoC 微控制器内部自带温度传感器，其绝对温度成正比即线性的