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第 11 章 基于 PSoC 的通信电路的实现 Chapter 10 Realization of Communication Circuit On PSoC

第 11 章 基于 PSoC 的通信电路的实现 Chapter 10 Realization of Communication Circuit On PSoC. 何宾 2010.10. 基于 PSoC 的通信电路的实现 -- 前言.

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第 11 章 基于 PSoC 的通信电路的实现 Chapter 10 Realization of Communication Circuit On PSoC

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  1. 第11章 基于PSoC的通信电路的实现Chapter 10 Realization of Communication Circuit On PSoC 何宾 2010.10

  2. 基于PSoC的通信电路的实现--前言 • 本章通过三个实例介绍了PSoC3/5在通信电子线路方面的应用。这三个实例主要包括：压控振荡器VCO的实现、幅度调制AM的实现、频率调制FM解调的实现。这三个实例是PSoC3/5在通信电子线路方面的典型应用，这些实例中也代表了当今最新的应用发展趋势。读者通过本章内容的学习，将进一步掌握PSoC在通信电子线路设计方面的高级应用方法和设计技巧。

  3. 压控振荡器VCO的实现 • 压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）就是通过电压来控制振荡器的工作频率。本节将介绍使用PSoC实现VCO。 • 图11.1给出了基于PSoC的VCO实现结构图。 • 输出频率由下式计算： （1）

  4. 压控振荡器VCO的实现 图11.1 基于PSoC的VCO实现结构

  5. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程 • 1．打开软件PSoC Creator，在软件的Start Page界面下，点击Create New Project…创建一个新的工程。 • 2．在New Project窗口，根据目标器件PSoC3/5，选择Empty PSoC3/5 Design模板，并将工程命名 VoltageControlledOscillator。选择工程保存路径，点击“OK”按钮；

  6. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置IDAC模块）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置IDAC模块） 下面给出添加并配置IADC的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动IADC器件并将其放置于原理图内(Component Catalog->Analog->DAC-> Current DAC（8-bit）。 • 2．双击原理图内的DAC_1器件打开配置窗口。 • 3．如图11.2，按如下方式，在Configure标签内进行配置：

  7. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置IDAC模块）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置IDAC模块） Name: IDAC Data_Source: CPU or DMA IDAC_Range:0-255uA(1uA/bit) IDAC_Speed:Low Speed Initial_Value:120 其余选项均为默认值。

  8. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置IDAC模块）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置IDAC模块） 图11.2 IDAC配置界面

  9. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置比较器模块）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置比较器模块） 下面给出添加并配置比较器的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动比较器并将其放置于原理图内(Component Catalog->Analog->Comparator。 • 2．双击原理图内的CMP器件打开配置窗口。 • 3．如图11.3，按如下方式，在Configure标签内进行配置： Name: CMP 其余选项均为默认值。 其余选项均为默认值。

  10. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置比较器模块）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加并配置比较器模块） 图11.3 比较器配置模式

  11. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟端口）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟端口） 下面给出添加并配置模拟引脚的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动模拟端口器件并将其放置于原理图内(Component Catalog->Ports and Pins->Analog Pin)。 • 2．双击原理图内的Pin_1器件打开配置窗口。

  12. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟端口）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟端口） 如图11.4所示，按如下方式进行配置： • Type标签下，参数如下配置： Name: Cint Number of Pins: 1 Analog:选中该选项 Digital Output:选中该选项 HW Connection:选中该选项 其余选项均为默认值 • General标签下，参数如下配置： Drive Mode：Open Drain，Drives Low 其余选项均为默认值

  13. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟端口）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟端口） 图11.4 引脚配置界面

  14. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加时钟输入源）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加时钟输入源） 下面给出添加并配置时钟输入源的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动模拟端口器件并将其放置于原理图内(Component Catalog->System->Clock)。 • 2．双击原理图内的Clock_1器件打开配置窗口。 • 3．如图11.5所示，按如下方式进行配置：

  15. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加时钟输入源）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加时钟输入源） 图11.5 时钟源配置界面

  16. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加频率输出端口）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加频率输出端口） 下面给出添加并配置频率输出端口的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动两个数字端口器件并将其放入原理图中(Component Catalog->Ports and Pins-> Digital Output Pin)。 • 2．按如下方式配置两个数字端口dPort_LSB和dPort_MSB： Number of Pins:1

  17. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加频率输出端口）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加频率输出端口） • 在TYPE标签栏下，按如下配置参数： Name:Fout Digital Output:选中 HW Connection:选中 其它按照默认参数设置 • 在General标签栏下，按照如下配置参数： Drive Mode: Strong Drive 其它按照默认参数设置

  18. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟电压输入端口）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟电压输入端口） 下面给出添加并配置模拟引脚的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动模拟端口器件并将其放置于原理图内(Component Catalog->Ports and Pins->Analog Pin)。 • 2．双击原理图内的Pin_1器件打开配置窗口。 • 3．按如下方式进行配置：

  19. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟电压输入端口）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（添加模拟电压输入端口） • Type标签下，参数如下配置： Name: Vin Number of Pins: 1 Analog：只选中该选项 其余选项均为默认值 • General标签下，参数如下配置： Drive Mode：High Impedence Analog 其余选项均为默认值

  20. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（配置引脚）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（配置引脚） 下面给出配置管脚的步骤，主要步骤包括： • 1．从Workspace Explore，双击PSoCRocks.cydwr文件 • 2．点击pin标签。 • 3．如图11.6，按照如下方式进行配置： Cint连接到P0[5] Vin连接到P0[6] Fout连接到P0[7]

  21. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（配置引脚）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（配置引脚） 图11.6 引脚配置

  22. 压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（创建函数文件）压控振荡器VCO的实现--创建和配置工程（创建函数文件） 其主程序主要完成以下功能：启动IDAC；设置IDAC电流为100uA；启动比较器。 下面给出创建函数文件的步骤，主要步骤包括： • 1．打开Workspace Explorer窗口中现有的main.c函数文件。 • 2．输入下面的main.c代码。

  23. 压控振荡器VCO的实现--编程及调试 • 下面给出添加并配置开发板的步骤，主要步骤包括： • 1．使用USB电缆连接CY8CKIT-001开发板的USB接口到电脑USB的接口； • 2．将0.1uF的电容连接到P0[5]和地之间； • 3．连接VR到P0[6]； • 4．给开发板进行供电； • 5．使用前述方法进行编程。

  24. 压控振荡器VCO的实现--编程及调试 • 6．编程结束之后，拔下USB电缆。 • 7．保存并且关闭工程。 • 图11.7 VCO的输出和输入电压的关系 • 8．调整开发板上VR的输出，用示波器观察振荡器的输出频率的变化，图11.7给出了其中的变化。

  25. 压控振荡器VCO的实现--编程及调试 图11.7 VCO的输出和输入电压的关系

  26. 幅度调制AM的实现 • 幅度调制是模拟通信中常用的一种模拟信号远距离传输的方式，即使用一个载波信号对一个基带信号进行调制，这样，载波信号的幅度就随着基带信号进行变化。如图11.8，给出了基于PSoC实现调幅的原理图结构，该设计使用100kHz的载波信号对500Hz的基带信号进行幅度调制。图11.9给出了AM调制前后的频谱图。

  27. 幅度调制AM的实现 图11.8 AM的实现原理图

  28. 幅度调制AM的实现 图11.9 调制前后信号频谱图

  29. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程 • 1．打开软件PSoC Creator，在软件的Start Page界面下，点击Create New Project…创建一个新的工程。 • 2．在New Project窗口，根据目标器件PSoC3/5，选择Empty PSoC3/5 Design模板，并将工程命名Mixer_AmpModulation。选择工程保存路径，点击“OK”按钮；

  30. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置混频器）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置混频器） 下面给出添加并配置混频器的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动VADC器件并将其放置于原理图内(Component Catalog->Analog->Mixer) • 2．双击原理图内的Mixer_1器件打开配置窗口。 • 图11.10 混频器配置界面 • 3．如图11.10，按如下方式，在Configure标签内进行配置：

  31. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置混频器）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置混频器） LO_Freq:LO Freq 100kHz or greater Minimum_Vdda: 2.7V or greater Mixer_Type:Multiply(Up) Mixer Power: High Power

  32. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置混频器）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置混频器） 图11.10 混频器配置界面

  33. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置混频器）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置混频器） 图11.11 放大器配置界面

  34. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置参考源）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置参考源） 下面给出添加并配置参考源的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动模拟端口器件并将其放置于原理图内(Component Catalog->Analog->Amplifiers ->Opamp)。 • 2．双击原理图内的Opamp_1器件打开配置窗口。

  35. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置参考源）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置参考源） • 3．如图11.11所示，在Basic标签内按如下方式进行配置： Name: Opamp_Buffer Mode: Follower Power: High Power 其余选项均为默认值 该放大器的输出连接到混频器的Vref端。

  36. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置带通滤波器网络）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置带通滤波器网络） 下面给出添加并配置参考源的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动模拟端口器件并将其放置于原理图内(Component Catalog->Analog->Amplifiers ->Opamp)。 • 2．双击原理图内的Opamp_1器件打开配置窗口。

  37. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置带通滤波器网络）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置带通滤波器网络） • 3．如图11.12所示，在Basic标签内按如下方式进行配置： Name: Opamp_Filter Mode: OpAmp Power: High Power 其余选项均为默认值 如图11.13，该放大器和电容电阻构成有源带通滤波器电路。提供了100kHz的带通滤波器，10kHz的通带范围。

  38. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置带通滤波器网络）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置带通滤波器网络） 图11.12 放大器配置界面

  39. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置带通滤波器网络）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置带通滤波器网络） 图11.13 带通滤波器的结构

  40. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置载波信号源）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置载波信号源） 下面给出添加并配置时钟输入源的步骤，主要步骤包括： • 1．拖动模拟端口器件并将其放置于原理图内(Component Catalog->System->Clock)。 • 2．双击原理图内的Clock_1器件打开配置窗口。 • 3．如图11.14所示，按如下方式进行配置：

  41. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置载波信号源）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置载波信号源） • 在Configure Clock标签内，按照如下参数设置； Name：Clock_Carrier Frequency：100kHz Tolerance:-5%-5% 其余按默认参数设置； • 在Advanced标签内，按照如下参数设置： Sync with BUS_CLK：不选中；

  42. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置载波信号源）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置载波信号源） 图11.14 时钟源配置界面

  43. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置模拟输入/输出端口）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置模拟输入/输出端口） • 按照图11.15所示，添加并配置模拟输入/输出端口，并完成所有元件的连接。 图11.15 引脚配置

  44. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置模拟输入/输出端口）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（添加并配置模拟输入/输出端口） 下面给出配置管脚的步骤，主要步骤包括： • 1．从Workspace Explore，双击PSoCRocks.cydwr文件 • 2．点击pin标签。 • 3．如图11.15，按照如下方式进行配置： Pin_InputSignal连接到P0[4] Pin_Offset连接到P3[7] Pin_MixerOut连接到P0[5] Pin_OpampNeg连接到P0[3]； Pin_AM_Out连接到P0[1]；

  45. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（创建函数文件）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（创建函数文件） 其主程序主要完成以下功能：启动混频器和运算放大器。 下面给出创建函数文件的步骤，主要步骤包括： • 1．打开Workspace Explorer窗口中现有的main.c函数文件。 • 2．输入main.c代码。

  46. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（编程及调试）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（编程及调试） 下面给出添加并配置开发板的步骤，主要步骤包括： • 1．使用USB电缆连接CY8CKIT-001开发板的USB接口到电脑USB的接口； • 2．按照引脚分配完成信号的连接； • 3．按照图11.13，连接完成外部的R1，C1，R2，C2；

  47. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（编程及调试）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（编程及调试） • 4．给开发板进行供电； • 5．使用前述方法进行编程。 • 6．编程结束之后，拔下USB电缆。 • 7．输入基带信号到P0[4]。 • 8．用示波器观察AM信号，图11.16给出了AM的波形图； • 思考：如何实现AM信号的解调？详见光盘设计说明和详细的设计文档。

  48. 幅度调制AM的实现--创建和配置工程（编程及调试）幅度调制AM的实现--创建和配置工程（编程及调试） 图11.16 AM调制信号波形图

  49. 频率调制FM解调的实现 • 调频信号FM的解调常用的有斜率检测法（Slope Detection），这是一种传统的模拟解调方法。还有一种方法是使用一个单稳多谐振荡器，从信噪比SNR和总谐波失真THD来说，这是一种最好的方法。该设计使用单稳多谐振荡器的方法实现FM的解调。

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