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PSoC傳感器應用平臺

在嵌入式系統中，控制芯片主要處理兩大類型的信號，一種是數字信號，另一種就是模擬信號。模擬信號通常來自于傳感器。要從這些模擬傳感器中獲得準確的信號并不是一件容易的事情。模擬的輸出信號通常振幅比較小，所以需要一個信號放大器。信號放大后，噪聲會也被放大，又需要一個模擬的低通或帶通濾波進行濾波。如果多種傳感器同時使用，還需要一個模擬的MUX。除此之外，還可能用到比較器和D/A轉換器。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/163073.htm

傳統設計中，控制器只用來實現處理數據、系統間的通訊和控制功能。如果您的設計也用這種傳統的方式，就會面臨一些挑戰。這些挑戰主要來自于分離的模擬器件和固定功能的MCU。首先從系統設計角度看，隨著市場變化速度的加快和用戶要求的提高，一個設計靈活的軟硬平臺是必須的，而分離的模擬器件和固定功能的MCU遠遠不能滿足不斷更新的設計要求和有限的研發上市時間。其次，處理傳感器的噪聲需要一個復雜的混合信號解決方案，通常需要放大器、濾波器、ADC、比較器和DAC。對于傳統設計，便需要考慮非常多的獨立的分離器件，這無論從產品成本還是生產成本來看都會成為負擔。

而高集成度且設計靈活的PSoC便有效地應對了這些挑戰。PSoC可以實現哪些功能呢？單芯片的PSoC在信號的輸入端可以實現各種模擬感應信號的輸入和信號處理，同時還可以實現時下流行的電容式觸摸感應的設計。在控制功能方面，PSoC可以實現各種風扇和電機的控制、功率控制，同時還支持多種復雜的通訊接口。PSoC的應用無處不在，消費電子、白電、醫療、汽車、工控產品中都有PSoC的用武之地，目前PSoC的全球的客戶已超過8100個，出貨量超過4億。

PSoC是什么樣的片上系統呢？PSoC是可編程片上系統的字母縮寫，它不是一個單純的MCU，除了8位MCU核、Flash和SRAM以外，還包含了可編程的數字模塊和模擬模塊，是一個真正的片上系統。

倒車雷達控制器在哪里、從圖1中可以看到，PSoC的整個系統是由MCU核、Memory、數字系統、模擬系統和其他系統資源組成。圖中左邊的部分是普通單片機的結構，包含時鐘源、Flash、SRAM和MCU本身。右邊是一些可編程的GPIO。中間部分就是PSoC特色，即可編程數字模塊和模擬模塊，PSoC的優勢也正在這里。這些可編程的數字模塊和模擬模塊可以配制成不同的功能，例如UART、ADC、濾波器和PWM等等。此外，這些模塊還可以重新配制來實現不同的功能，并且在任何時間都可以進行修改設計。PSoC支持動態配制的特性，相同的資源在不同的時間可以被配置成不同的用戶模塊，這樣可以大大節省資源。數字模塊和模擬模塊可以和外部引腳互聯，也是可編程的。因此通過PSoC，工程師可以基本完成一個系統的設計。

PSoC 的模擬功能非常強大，可以實現各種不同的模擬器件，如ADC、DAC、濾波等等， CapSense也是用模擬功能實現的。傳感器各種的應用、控制應用等等都是由這些模擬模塊的功能來實現的。

PSoC不同于固定功能的 MCU，它集成度高、使用靈活、實時可編程，這些優點幫助設計者減少成本，使產品快速進入市場，并且增加市場份額。其中，集成度高是因為PSoC是一個系統級的解決方案，內含可編程的數字和模擬模塊、8位控制器，以及Flash和SRAM等；使用靈活是指可以使用集可視化嵌入式設計工具為一體PSoC Designer進行設計，設計靈活、節省時間，并且即使在最后一刻也可以修改設計；實時可編程性是指PSoC提供了一系列模擬和數字用戶模塊 (例如放大器、濾波器、比較器、定時器、計數器等等)，用戶可以根據需要進行配置，或者動態配置。總之，PSoC作為靈活的片上系統，有助于增加產品的價值。

超聲波傳感器和倒車雷達系統

超聲波傳感器有多種應用，常見的用途包括：流量計、工具零件的清洗、倒車雷達等。超聲傳感器將處于超聲頻率的電信號經過超聲波傳感器中的超聲波換能器轉換成超聲聲波，超聲波傳感器按照一定的方向發射該超聲聲波，當超聲聲波遇到障礙物以后被反彈回來，再被超聲波傳感器所接受，由超聲波換能傳感器轉換為電信號。由于音速是一個已知的常數，因此通過回彈的時間，就可以計算出距離。

超聲波傳感器從封裝的類型上可以分為兩種，分別是開放型和密封型。其中，開放型的傳播面積更廣，探測距離更遠，適合在開放環境中應用。密封型傳感器傳播面積較小，探測距離一般，適合在液體中應用，并需緊貼固體材料。

倒車雷達在哪個位置、超聲波傳感器的使用類似于雷達，它主要完成兩項任務：發送超聲聲波和接收超聲聲波。發送超聲波相對簡單，只要對超聲波傳感器發送的超聲波進行脈沖寬度調制，同時開啟計時器。而接收部分較為復雜，需要對信號進行調配，以便控制器能正確低識別反射回的超聲波、確定接收時間并停止計時器技術，然后根據“距離 = 時間×音速”計算距離。通過圖2，可以看到信號是如何被發送出去的。由控制芯片產生的PWM信號通過功率放大器放大，送到超聲波傳感器進行脈沖寬度調制，然后開啟計時器。超聲信號接收和處理的過程相對要復雜一些(圖3)。從超聲傳感器輸入的信號經PGA放大，在利用帶通濾波器濾除噪聲以后，將信號與直流偏置進行對比，通過輸出調制信號，然后再將其將發送至低通濾波器，生成調制信號的包絡線。該包絡線再通過比較器或者AD轉換器來判斷它是否是真正的反彈信號，同時停止計時器，最后通過計數器的值和音速計算出距離。

圖1 PSoC產品框圖

圖2 超聲波信號發送