电子信息工程 基于PSOC的自动报时系统 开题报告.docx
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电子信息工程基于PSOC的自动报时系统开题报告
本科生毕业设计（论文）开题报告
论文（设计）题目
基于PSoC的自动报时系统设计
作者所在系别
电子工程系
作者所在专业
电子信息工程
作者所在班级
B0xxxx
作者姓名
Xx
作者学号
xxxxxxxxx
指导教师姓名
xx
指导教师职称
教授
完成时间
2012
年
1x
月
北华航天工业学院教务处制
说明
1．根据学校《毕业设计（论文）工作暂行规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》。
开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
2．开题报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业教研室论证审查后生效。
开题报告不合格者需重做。
3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。
其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。
第一次出现缩写词，须注出全称。
4．开题报告中除最后一页外均由学生填写，填写各栏目时可根据内容另加附页。
5．阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。
本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。
6．参考文献的书写应遵循毕业设计（论文）撰写规范要求。
7．开题报告应与文献综述、一篇外文译文和外文原文复印件同时提交，文献综述的撰写格式按毕业设计（论文）撰写规范的要求，字数在2000字左右。
毕业设计（论文）开题报告
学生姓名
xx
专业
电子信x工程
班级
xx
指导教师姓名
xx
职称
教授
工作单位
北华航天工业学院
课题来源
教师自拟课题
课题性质
应用设计
课题名称
基于PSoC的自动报时系统设计
本设计的科学依据
（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等）
可编程片上系统（ProgrammableSystem-on-Chip,PSoC），由美国赛普拉斯半导体公司（CypressSemiconductor）倡导并推出的完全基于通用IP模块，由可编程选择来构成产品SoC的设想，并把单片机的发展从MCU推动到SoC的新阶段。
这种可编程的SoC取名为可编程片上系统（PSoC）,由基本的CPU内核和预设外围器件组成，就是在一个专有MCU内和周围集成了（PSoC）模块（可配置的模拟和数字外围器件阵列），利用芯片内部可编程互联阵列，可以有效地配置芯片的模拟和数字电路资源，达到可编程片上系统的目的。
同传统的MCU相比较，从根本意义上讲PSoC系列是一种微控制器，而且是一种可编程片上系统微控制器，它的出现使设计者逐步摆脱了板级电子系统设计方法层次而进入芯片级电子系统设计，减少了单片机的品种和规格，同时更有利于新品开发和升级换代。
与同种价位的普通单片机比较，其丰富的内部资源、新颖的设计界面、灵活的设计方式、简单的编程技巧都使其极具特点。
PSoC完全不同于以往的传统的微处理器。
PSoC开发者不需要自己构建ADC,DAC和其他外围设备，可以通过PSoC的配置性进行资源调配，而且PSoC为控制器成功的引入动态可重新配置功能，真正实现在线可编程，由此可见，一个PSoC微控制器就能代替多种类型的单片机。
设计内容和预期成果
（具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式）
拟采取设计方法和技术支持
（设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等）
总体设计要求及技术要点：
采用Cypress公司的PSoC开发板，设计一个自动报时系统，自动报时系统用到的PSoC内部的单片机，设计出晶振电路和复位电路构成单片机最小应用系统，还有独立式按键电路，动态显示电路等等。
它不仅能实现数字电子时钟的各种功能，如具有较时、调时、定时、闹钟等功能，而且还能实现定点报时的功能。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。
本设计还附加了定点报时的功能，从而进一步完成了自动报时系统的设计。
概 述
CY8C29/27//24/22xxx为赛普拉斯微系统有限公司研发并已投放市场的PSoC（ProgrammableSystemonChip）。
在单一芯片上,PSoC集成了一只功能强劲的M8C内核、数量不等的数字区块和模拟区块（数量视具体产品型号）以及一些附加的实用系统资源。
利用这些片上资源和CypressPSoC集成开发环境PSoCDesigner,设计者可以随心所欲地配置诸如ADC、DAC、PWM、PGA、EEPROM、T/C、UART、BPF/LPF等数十种常用的功能模块,足以替代几乎所有的常用外围芯片,且这些模块可实现片内互连,参数可以选择及调节,经由系统自动生成相应的C和汇编的API函数在需要的地方调用即可。
这些片内资源甚至可以分时复用,实现动态重构,基本可以实现真正意义上的单片系统,与传统的MCU相比,具有很大的灵活性和更高的性价比。
CypressPSoC的开发
1 开发工具
（1）软件工具:
PSoCDesigner是赛普拉斯微系统有限公司专为PSoC推出的集成开发环境（IDE）,目前最高版本为4.1。
该软件包除了具备与其它单片机IDE相同的如项目管理、文件编辑、汇编/编译、链接等功能以及协同硬件仿真器进行实时仿真外,最有特色的是,它提供了一个图形化的用户模块（UserModule）库,其中包含了超过50种经过严格测试的用户模块,除了上述业已介绍的ADC、PWM等,甚至还具有伪随机序列发生器、红外通讯、调制解调器等并非常用的模块,并且还在不断地追加中。
软件包提供的丰富的模块等于将市场上成千上万不同的外围元器件搬到设计工程师工作台上。
在图形界面下,设计者只需用鼠标双击要选用的模块就可以将它添加到自己的设计中,借助软件提供的简便易用的连接功能完成相应的连接,通过“生成应用程序（GenerateApplication）”命令自动生成C及汇编的API函数,至此相当于完成了传统意义上的（片内）硬件设计,在应用程序中直接调用API函数即可。
（2）硬件工具:
配合PSoCDesigner的在线仿真器（ICE）包含一个可仿真所有PSoC芯片的主机和一系列仿真头,主机通过并行电缆与PC连接,同时具备芯片编程功能。
仿真运行的频率可达24MHz。
2 开发步骤
基于PSoC的项目开发包含下述三个步骤,实际开发过程很可能多次反复。
限于篇幅,简述如下:
（1）器件层编辑:
这相当于传统的硬件设计。
根据目标系统所需要的功能及性能规划所需功能部件的种类和数量,对照表1和表2（详细请参阅赛普拉斯PSoC数据表）选择芯片。
运行PSoCDesigner4.1,新建项目,选择相应芯片及编程语言（C或汇编）后系统自动进入器件编辑界面。
浏览用户模块库,选择用户模块并双击鼠标逐一添加,同时观察芯片资源的使用情况,必要的话重新选择芯片。
进入模块放置及连接界面。
将用户模块分配到PSoC区块上（有些模块不占用PSoC区块）、对用户模块进行必要的参数设置、全局资源设置、建立模块间连接及模块与PSoC芯片外部引脚的合理连接。
生成应用程序。
单击“GenerateApplication”快捷图标,系统自动生成可供调用的API函数。
（2）应用层设计进入应用程序编辑界面。
PSoCDesigner4.1为当前项目规划并建立了系统程序的框架。
在此,设计者根据需要编制应用层代码,随后进行汇编/编译、链接、排错等工作,一切无误后,由链接器生成一个可供下载调试的目标文件。
（3）联机调试将链接器生成的目标文件通过并行电缆下载到仿真器进行系统调试。
调试的手段及过程等与其它单片机大致相同,不再赘述。
与传统单片机系统设计方案的比较
（1）CypressPSoC的开发基于成熟而又丰富的用户模块,极大地减少甚至免除了设计者在成千上万种外围元件中选择的烦恼,节省了模拟量处理电路调试及修改的精力和时间,提高了成功率、灵活性和可靠性。
在软件编制方面,由于开发系统可以根据硬件电路的构造自动生成高质量的可供调用的API函数,编程者无须像以往那样在底层驱动程序上劳神费力而可将精力更多地放在应用层程序的编制上,提高了开发效率。
（2）CypressPSoC采用了一种新的架构,通过可配置的数字及模拟区块灵活地构造适用的用户模块,这是传统的或走传统路线的单片机所不具备的。
加之CypressPSoC可以动态重构,即在应用中通过程序改变存储在片内闪存中设定的参数,重新定义系统所需要的功能模块的种类和数量,动态地完成片上资源的重新分配,实现新的外围元器件的功能,这一点保证了系统资源的最大化、最合理化和最经济化应用。
（3）与传统意义上的单片机系统相比,CypressPSoC最大程度地实现了系统单片化的目标,也减少了PCB的面积。
和当前其它架构的SoC相比,Cy2pressPSoC在保证以更简便方式实现更多更灵活功能和具备较高性能的前提下,达到了当今无出其右的最高性价比。
就国内1K批量而言,目前最高级的CY8C29x66价格略超3＄,CY8C27x66近3＄,CY8C27x43略超2＄,CY8C24xxx为1＄左右,而CY8C22xxx售价不足1＄。
作为Cypress最低端PSOC,即将推出的CY8C21xxx售价将会更低。
1．总体框架图如下
2.计时电路思路如下
秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。
“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为十二进制
⑴.六十进制计数器
可以由两块中规模集成计数器构成,一块组成十进制，另一块组成六进制，组合起来就构成六十进制计数器。
⑵.十二进制计数器
用脉冲反馈法。
由两片中规模集成计数器（或一片中规模集成计数器、一片小规模集成触发器）构成，低位仍构成十进制计数器，当高位出现0001状态，低位为0011状态，即计到第13个来自“分”计数器的进位信号时，通过外加的控制电路输出一个信号（注意：
该信号的电平应视计数器的功能而定，有时需高电平，有时需低电平），将“时”计数器的十位计数器强制置为0000状态，同时，将“时”的个位计数器强制置为0001状态，从而实现从12→01的十二进制计数。
校对时电路
（1）校时原理
在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。
通常可以在整点时刻和利用电台或电视台的信号进行校准，也可以在其他时刻利用别的时间标准进行校对。
我们知道，校对时间总是在我们选定的标准时间到来之前进行的，一般来说，分四个步骤：
首先把小时计数器置到所需的数字；然后再将分计数器置到所需数字；在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动阶段；当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。
由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分、等待启动、计时四个阶段，因此，在设计校对电路时，应能方便、可靠地实现这四个阶段所要求的功能。
必须注意，增加校对电路不能影响时钟的正常计时。
（2）校时方案有两种可供选择
①利用与或门，原理见图一。
当Q=1,Q=0，输入的预置信号可以传到时计数器的CP端，进行校时工作；而分进位信号被封锁。
4.自动报时电路
（1）音响电路
1音频振荡器
→②音响控制电路
用TTL功率门或集电极开路门（OC门）可以直接驱动小功率喇叭发声，如图四。
若Vk是周期1S的矩形波，则会产生响一下停一下，响停共一秒的声音。
Q是报时控制信号。
注：
本电路因未找到扩音器所以改用彩灯代替，下文将详细介绍
（2）自动报时原理
经过分析我们知道，要实现整点自动报时，应当在产生分进位信号（整点到）时，响第一声，但究竟响几下，则要由时计数的状态来确定。
由于时计数器为12进制，报时要求12小时循环一次，所以需要一个12进制计数器来计响声的次数，由分进位信号来控制报时的开始，每响一次让响声计数器计一个数，将小时计数器与响声计数器的状态进行比较，当它们的状态相同时，比较电路则发出停止报时的信号。
图五所示为以上自动报时原理的方框图。
自动报时的原理我们还可以用图六的波形来加以说明。
例如，当时钟计数器计到2点正时，应发出两声报时。
从波形可以看出，当分进位信号产生负脉冲时，触发器被置为1状态，Q=1，在Vk的控制下，响一秒、停一秒。
由于此时的小时计数器的状态为“2“，当响了第二声之后，响声计数器也计到“2”的状态，经电路比较后，输出一负脉冲信号加至RS触发器的控制端，使RS触发器变为0状态，即Q=0，停止报时。
参考文献:
[1] 胡辉：
单片机技术与应用.
[2] 郭帅,何永义.基于嵌入式PSoC的MCU选色控制器设计.
[3] 郭帅,何永义.PSoC的动态配置能力及其实现方法.
[4] 融合多种可编程技术的PSoC.
[5] 嵌入式应用:
PSoC叫板MCU.
[6] 何立民.从SiliconLabC8051F看8位单片机发展之路.
[7] siliconlab单片机简介.
[8] 嵌入式系统及系统级可编程产品韩承德.
[9] 李刚.AduC8xx系列单片机原理与应用技术[M].北京:
北航出版社.2002.
[10] CY8C29/27/26/25/24/22/21xxxdatasheets.赛普拉斯微
实现本项目预期目标和已具备的条件
（包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等）
通过学习Cypress公司的PSoC开发板的应用与仿真，以及相关程序的调试，最后实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。
本设计还附加了定点报时的功能，从而进一步完成了自动报时系统的设计。
各环节拟定阶段性工作进度
（以周为单位）
时间进度安排：
第七学期第六周根据学生选择情况，完成双向选择，下达毕业设计任务书；
第七学期六～十五周教师指导学生查阅文献，撰写开题报告，准备外文译文、文献综述；
第七学期第十六周论证学生的开题报告，确定能否开始毕业设计；
第八学期一～十五周学生进行毕业设计，完成毕业设计所有文档。
答辩委员会验收；
第八学期第十六周毕业设计答辩，评定成绩，评选优秀毕业设计（论文），汇总上报；
第八学期第十七周系、教研室进行毕业设计总结，汇总上报教务处；
第八学期第十八周毕业设计资料整理归档。
开题报告审定纪要
时间
地点
主持人
参
会
教
师
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职务（职称）
姓名
职务（职称）
论
证
情
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要
记录人：
指
导
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教
研
室
意
见
教研室主任签名：
年月日
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