PSoC模拟与数字电路设计指南

上篇   模拟电路设计部分

1   简单运算放大器的应用    3

1.1  PSoC芯片内通用放大器工作原理  3

1.2  电压跟随器的设计与实现  4

1.2.1  电压跟随器电路的硬件设计  4

1.2.2  添加软件控制代码  7

1.2.3  引脚分配  9

1.2.4  设计下载与测试  9

思考题  9

2   同相放大器的设计及实现    10

2.1  同相模拟增益放大器的设计及实现  10

2.1.1  同相模拟增益放大器的原理  10

2.1.2  同相模拟增益放大器电路的设计  11

2.1.3  添加软件控制代码  12

2.1.4  引脚分配  12

2.1.5  设计下载与测试  13

2.2  同相程控增益放大器的设计及实现  13

2.2.1  同相程控增益放大器的原理  13

2.2.2  同相程控增益放大器电路的设计  14

2.2.3  添加软件控制代码  15

2.2.4  引脚分配  15

2.2.5  设计下载与测试  15

思考题  16

3   反相放大器的设计及实现    17

3.1  反相模拟增益放大器的设计及实现  17

3.1.1  反相模拟增益放大器的原理  17

3.1.2  反相模拟增益放大器电路的设计  18

3.1.3  添加软件控制代码  19

3.1.4  引脚分配  19

3.1.5  设计下载与测试  20

3.2  反相程控增益放大器的设计及实现  20

3.2.1  反相程控增益放大器的原理  20

3.2.2  反相程控增益放大器电路的设计  21

3.2.3  添加软件控制代码  22

3.2.4  引脚分配  22

3.2.5  设计下载与测试  22

3.3  加法器的设计及实现  23

3.3.1  加法器的原理  23

3.3.2  加法器电路的设计  24

3.3.3  添加软件控制代码  25

3.3.4  引脚分配  25

3.3.5  设计下载与测试  26

3.4  减法器的设计及实现  26

3.4.1  减法器的原理  26

3.4.2  减法器电路的设计  27

3.4.3  添加软件控制代码  29

3.4.4  引脚分配  29

3.4.5  设计下载与测试  29

3.5  电流-电压转换器的设计及实现  30

3.5.1  电流-电压转换器原理  30

3.5.2  电流-电压转换电路的设计  30

3.5.3  添加软件控制代码  33

3.5.4  引脚分配  33

3.5.5  设计下载与验证  33

思考题  34

4   仪表放大器的设计及实现    35

4.1  仪表放大器的设计原理  35

4.2  仪表放大器电路的设计  36

4.3  添加软件控制代码  37

4.4  引脚分配  38

4.5  设计下载与测试  38

思考题  39

5   积分器和微分器的设计及实现    40

5.1  积分器电路的设计及实现  40

5.1.1  积分器的原理  40

5.1.2  积分器电路的设计  41

5.1.3  添加软件控制代码  42

5.1.4  引脚分配  42

5.1.5  设计下载与测试  42

5.2  微分器电路的设计及实现  43

5.2.1  微分器的原理  43

5.2.2  微分器电路的设计  43

5.2.3  添加软件控制代码  44

5.2.4  引脚分配  45

5.2.5  设计下载与测试  45

思考题  46

6   一阶有源滤波器的设计及实现    47

6.1  一阶有源低通滤波器的设计及实现  47

6.1.1  一阶同相有源低通滤波器的设计及实现  47

6.1.2  一阶反相有源低通滤波器的设计及实现  50

6.2  一阶有源高通滤波器的设计及实现  54

6.2.1  一阶同相有源高通滤波器的设计及实现  54

6.2.2  一阶反相有源高通滤波器的设计及实现  57

思考题  61

7   二阶有源滤波器的设计及实现    62

7.1  二阶有源低通滤波器的设计及实现  62

7.1.1  二阶有源低通滤波器的实现原理  62

7.1.2  二阶有源低通滤波器电路的设计  63

7.1.3  添加软件控制代码  64

7.1.4  引脚分配  64

7.1.5  设计下载与测试  65

7.2  二阶有源高通滤波器的设计及实现  65

7.2.1  二阶有源高通滤波器的实现原理  65

7.2.2  二阶有源高通滤波器电路的设计  66

7.2.3  添加软件控制代码  67

7.2.4  引脚分配  68

7.2.5  设计下载与测试  68

思考题  68

8   基于非线性元件的电路设计及实现    70

8.1  基于混频器的峰值检测电路设计及实现  70

8.1.1  基于混频器的峰值检测原理  70

8.1.2  基于混频器的峰值检测电路的设计  71

8.1.3  添加软件控制代码  72

8.1.4  引脚分配  73

8.1.5  设计下载与测试  73

8.2  基于采样保持器的峰值检测电路的设计及实现  74

8.2.1  基于采样保持器的峰值检测原理  74

8.2.2  基于采样保持器的峰值检测电路的设计  74

8.2.3  添加软件控制代码  75

8.2.4  引脚分配  76

8.2.5  设计下载与测试  76

8.3  精密整流电路的设计及实现  77

8.3.1  精密整流实现原理  77

8.3.2  精密整流电路的设计  77

8.3.3  添加软件控制代码  79

8.3.4  引脚分配  79

8.3.5  设计下载与测试  80

思考题  80

9   波形发生器的设计及实现    82

9.1  正弦波发生器设计及实现  82

9.1.1  正弦波发生器实现原理  82

9.1.2  正弦波发生器电路设计  83

9.1.3  添加软件控制代码  84

9.1.4  引脚分配  84

9.1.5  设计下载与验证  85

9.2  方波发生器设计及实现  85

9.2.1  方波发生器实现原理  85

9.2.2  方波发生器电路设计  86

9.2.3  添加软件控制代码  87

9.2.4  引脚分配  88

9.2.5  设计下载与验证  88

9.3  三角波发生器设计及实现  88

9.3.1  三角波发生器实现原理  88

9.3.2  三角波发生器电路设计  89

9.3.3  添加软件控制代码  90

9.3.4  引脚分配  91

9.3.5  设计下载与验证  91

思考题  91

下篇   数字电路设计部分

1   SIO特性测试及其应用    95

1.1  SIO性能测试及实现  95

1.1.1  SIO原理  95

1.1.2  SIO测试电路设计  96

1.1.3  引脚分配  100

1.1.4  设计下载与测试  101

1.2  充电泵测试电路设计及实现  101

1.2.1  充电泵测试电路实现原理  101

1.2.2  充电泵测试电路设计  102

1.2.3  引脚分配  105

1.2.4  设计下载与测试  105

思考题  106

2   逻辑表达式及最小化实现    107

2.1  POS和SOP表达式的实现  107

2.1.1  POS和SOP表达式实现原理  107

2.1.2  POS和SOP逻辑电路的设计  108

2.1.3  引脚分配  111

2.1.4  设计下载与测试  112

2.2  逻辑表达式的化简及实现  112

2.2.1  逻辑表达式的化简  112

2.2.2  最小表达式逻辑电路的设计  112

2.2.3  引脚分配  115

2.2.4  设计下载与测试  115

思考题  115

3   编码器和译码器的设计及实现    116

3.1  8-3编码器的设计及实现  116

3.1.1  8-3编码器的实现原理  116

3.1.2  8-3编码器逻辑电路的设计  117

3.1.3  设计下载与测试  122

3.2  3-8译码器的设计及实现  123

3.2.1  3-8译码器的实现原理  123

3.2.2  3-8 译码器逻辑电路的设计  124

3.2.3  设计下载与测试  126

思考题  127

4   码转换的设计及实现    128

4.1  二进制码到七段码转换的设计及实现  128

4.1.1  七段数码管实现原理  128

4.1.2  二进制码到七段码转换逻辑电路的设计  130

4.1.3  设计下载与测试  134

4.2  二进制码到Gray码转换的设计及实现  135

4.2.1  Gary码实现原理  135

4.2.2  二进制码到Gray码转换逻辑电路的设计  135

4.2.3  设计下载与测试  138

思考题  138

5   多路复用器的设计及实现    139

5.1  多路复用器的实现原理  139

5.1.1  2-1多路复用器的实现原理  139

5.1.2  4-1多路复用器的实现原理  139

5.2  多路复用器逻辑电路的设计  140

5.2.1  2-1多路复用器IP核的设计  140

5.2.2  4-1 多路复用器IP核的设计  141

5.2.3  调用多用复用器IP核实现设计  142

5.2.4  引脚分配  143

5.3  设计下载与测试  144

思考题  144

6   多位数字比较器的设计及实现    145

6.1  比较器的实现原理  145

6.1.1  一位比较器的实现原理  145

6.1.2  多位比较器的实现原理  146

6.2  比较器逻辑电路的设计  147

6.2.1  一位比较器逻辑电路的设计  147

6.2.2  多位比较器逻辑电路的设计  148

6.2.3  调用多位比较器IP核实现设计  149

6.2.4  引脚分配  150

6.3  设计下载与测试  151

思考题  151

7   算术运算单元的设计及实现    152

7.1  加法器的设计及实现  152

7.1.1  加法器的实现原理  152

7.1.2  加法器逻辑电路的设计  154

7.1.3  设计下载与测试  159

7.2  减法器的设计及实现  159

7.2.1  减法器的实现原理  159

7.2.2  减法器逻辑电路的设计  160

7.2.3  设计下载与测试  165

7.3  加法/减法器的设计与实现  165

7.3.1  一位加法器/减法器的实现原理  165

7.3.2  多位加法器/减法器的实现原理  166

7.3.3  加法器/减法器逻辑电路的设计  167

7.3.4  设计下载与测试  171

7.4  乘法器的设计与实现  171

7.4.1  乘法器的实现原理  171

7.4.2  乘法器逻辑电路的实现  173

7.4.3  设计下载与测试  176

思考题  176

8   锁存器和触发器的设计及实现    178

8.1  基本SR锁存器的设计及实现  178

8.1.1  基本SR锁存器实现原理  178

8.1.2  基本SR锁存器逻辑电路的设计  179

8.1.3  设计下载与测试  181

8.2  同步SR锁存器的设计及实现  181

8.2.1  同步SR锁存器实现原理  181

8.2.2  同步SR锁存器逻辑电路设计  181

8.2.3  设计下载与测试  183

8.3  D锁存器的设计及实现  183

8.3.1  D锁存器实现原理  183

8.3.2  D锁存器逻辑电路的设计  183

8.3.3  设计下载与测试  186

8.4  基本D触发器的设计及实现  186

8.4.1  基本D触发器实现原理  186

8.4.2  基本D触发器逻辑电路设计  187

8.4.3  设计下载与测试  189

8.5  带置位/复位D触发器的设计及实现  189

8.5.1  带置位/复位D触发器实现原理  189

8.5.2  带置位/复位D触发器逻辑电路设计  190

8.5.3  设计下载与测试  192

思考题  193

9   寄存器的设计及实现    194

9.1  普通寄存器的设计及实现  194

9.1.1  普通寄存器的实现原理  194

9.1.2  普通寄存器逻辑电路的设计  195

9.1.3  设计下载与测试  198

9.2 移位寄存器的设计及实现  199

9.2.1  移位寄存器的实现原理  199

9.2.2  移位寄存器逻辑电路的设计  199

9.2.3  设计下载与测试  202

思考题  202

10   有限自动状态机的设计及实现    203

10.1  有限自动状态机的实现原理  203

10.2  有限自动状态机逻辑电路的设计  206

10.2.1  FSM逻辑电路IP核的设计  206

10.2.2  调用FSM IP核完成完整的设计  209

10.2.3  引脚分配  211

10.3  设计下载与测试  212

思考题  212

11   计数器的设计及实现    213

11.1  计数器的实现原理  213

11.2  计数器逻辑电路的设计  214

11.2.1  三位计数器IP核的设计  214

11.2.2  调用三位计数器IP核完成设计  215

11.2.3  引脚分配  216

11.3  设计下载与测试  216

思考题  217

12   基于查找表的数字系统的设计及实现    218

12.1  查找表实现原理  218

12.2  基于查找表的数字系统电路设计  220

12.2.1  基于查找表的四位计数器的IP核设计  220

12.2.2  调用四位计数器的IP核实现设计  223

12.2.3  引脚分配  224

12.3  设计下载与测试  224

思考题  225

13   多谐振荡器的设计及实现    226

13.1  多谐振荡器实现原理  226

13.2  多谐振荡器电路设计  226

13.3  引脚分配  227

13.4  设计下载与测试  228

思考题  228

14   复杂数字系统的高层次描述及实现    229

14.1  数字系统高层次描述概述  229

14.2  基于高层次描述的交通灯控制实现原理  229

14.3  交通灯控制电路的设计  230

14.4  引脚分配  235

14.5  设计下载与测试  235

思考题  235

附录   数字和模拟电路混合设计的实现    236

1．数字-模拟转换器的实现  236

2．模拟-数字转换器的实现  237