PSoC Express和簡(jiǎn)單游戲機開(kāi)發(fā)應用

　　PSoC(可編程片上系統)是Cypress半導體公司生產(chǎn)的包含有8位微處理器核和數字與模擬混合的信號陣列芯片，其應用領(lǐng)域與8位的MCU相同。與8位的MCU的區別在于PSoC的數字周邊資源(如定時(shí)器、PWM、UART等等)和模擬周邊資源(放大器、比較器、濾波器等等)以數字模塊和模擬模塊的方式給出。不同型號的PSoC芯片的差異，主要是擁有數字模塊和模擬模塊的數量不同，用戶(hù)可以根據自己的需要來(lái)定義這些模塊。所有這些預定義的模塊稱(chēng)為用戶(hù)模塊。在PSoC Express出現以前，開(kāi)發(fā)PSoC的應用項目與MCU的應用開(kāi)發(fā)相似，使用PSoC Designer集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，根據項目的需要調用和配置資源(用戶(hù)模塊)，然后編寫(xiě)代碼(C或匯編)、編譯、調試等步驟，制成目標芯片。

　　現在由于PSoC Express可以在更高的抽象概念水平上運行，且無(wú)需匯編或C語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)，因此設計人員只需要數小時(shí)或數天時(shí)間即可完成對PSoC器件的新設計開(kāi)發(fā)、仿真及編程，而不再耗時(shí)數周乃至數月。

　　PSoC Express的開(kāi)發(fā)過(guò)程

　　使用PSoC Express的開(kāi)發(fā)過(guò)程主要有四個(gè)步驟，它們是：

　　1. 選擇輸入和輸出

　　運行PSoC Express,選擇 Design選項夾,根據設計的需要選擇相應的輸入、輸出和接口驅動(dòng)器，并根據要求設定驅動(dòng)器的參數。

　　2. 定義輸出的行為

　　根據不同的輸入變化來(lái)定義系統的輸出行為。輸入/輸出關(guān)系比較簡(jiǎn)單時(shí)，輸出驅動(dòng)器提供三種傳輸函數：優(yōu)先編碼器、狀態(tài)編碼器和表格對應器，直接使用這三種傳輸函數建立起輸入和輸出的關(guān)系。輸入/輸出的關(guān)系比較復雜時(shí)，需要使用評估器(Valuator)，評估器包含6個(gè)傳輸函數，除了輸出驅動(dòng)器的三種傳輸函數以外，評估器還有環(huán)路延時(shí)、狀態(tài)機和閾值三種傳輸函數。

　　3. 仿真和驗證

　　仿真為軟仿真，它主要通過(guò)交互方式來(lái)改變輸入值或狀態(tài)，輸出驅動(dòng)器和評估器的狀態(tài)或數值圖形塊中的參數值隨即發(fā)生相應的變化，通過(guò)觀(guān)察這個(gè)變化，用戶(hù)可以評估和驗證設計結果的正確性。

　　4. 生成系統文件和下載十六進(jìn)制編程文件到PSoC芯片。至此，可以在實(shí)驗板上驗證設計功能是否達到了設計的要求。

　　優(yōu)先編碼器傳遞函數和狀態(tài)機傳遞函數

　　1．優(yōu)先編碼器傳遞函數

　　優(yōu)先編碼器傳遞函數是最常用的傳遞函數。它是基于表達式的實(shí)施一系列IF(…)Then(…)、Else IF(…) Then(…)…的操作，進(jìn)而得到一個(gè)可以用作輸出的值。括號里的表達式類(lèi)似C語(yǔ)言里的表達式。表達式里的變量來(lái)自輸入驅動(dòng)器的輸出或其他評估器的輸出。對于實(shí)施一系列

　　IF(…)Then(…)
　　Else IF(…) Then(…)
　　…

　　的操作，從上到下，只要一遇到IF(…)里面的表達式為真，下面的語(yǔ)句將不再執行。由此可知，只有一個(gè)IF(…) Then(…)語(yǔ)句真正被執行，越是前面的語(yǔ)句優(yōu)先級越高。

　　2．狀態(tài)機傳遞函數

　　通常一個(gè)系統中會(huì )有多個(gè)狀態(tài)，當滿(mǎn)足一定的條件或被某個(gè)事件觸發(fā)時(shí)，系統會(huì )從一個(gè)狀態(tài)轉變到另一個(gè)狀態(tài)。在PSoC Express中，僅有評估器的狀態(tài)機傳遞函數才能實(shí)施這一功能，而輸出驅動(dòng)器是沒(méi)有狀態(tài)機傳遞函數的。

　　為了實(shí)施這一功能，用鼠標右鍵點(diǎn)擊評估器圖標，選擇狀態(tài)機傳遞函數。首先要為所有可能的狀態(tài)定義狀態(tài)名，然后設置觸發(fā)條件，并選擇該觸發(fā)條件之前和之后的狀態(tài)，給每個(gè)觸發(fā)條件命名。通常觸發(fā)條件用表達式來(lái)表示。每設置一個(gè)觸發(fā)條件，就有一條帶箭頭的藍線(xiàn)將兩個(gè)轉換之前和之后的狀態(tài)連接起來(lái)。所有的觸發(fā)條件都設置好了以后，我們在屏幕上可以看到所熟悉的狀態(tài)轉換圖。狀態(tài)機傳遞函數的輸出就是某一個(gè)用狀態(tài)名表示的狀態(tài)，在所有的狀態(tài)中必須定義一個(gè)狀態(tài)為初始狀態(tài)，它以綠色表示，如圖1所示。

　　簡(jiǎn)單游戲機設計

　　石頭、剪刀、布游戲機包括三個(gè)輸入驅動(dòng)器、四個(gè)輸出驅動(dòng)器和四個(gè)評估器。三個(gè)輸入驅動(dòng)器就是三個(gè)輕觸按鍵，分別代表石頭、剪刀、布用于用戶(hù)作競猜選擇。四個(gè)輸出驅動(dòng)器都是LCD，分別是一個(gè)16X2字符點(diǎn)陣LCD的四個(gè)部分，用于顯示每次競猜的輸贏(yíng)和狀態(tài)以及玩家的分數。四個(gè)評估器中的兩個(gè)用于產(chǎn)生隨機數1或2或3，分別代表石頭、剪刀、布參與和用戶(hù)的競猜。一個(gè)評估器用于測試三個(gè)輕觸按鈕是否處于空閑等待狀態(tài)，以便LCD的顯示從競猜結果狀態(tài)返回到競猜前的等待狀態(tài)。另一個(gè)評估器實(shí)施各種狀態(tài)的轉換，以便在不同的時(shí)刻給出一個(gè)正確的狀態(tài)，如圖2所示。

　　輸入驅動(dòng)器 Rock(石頭)、Scissor(剪刀)和Paper(布)三個(gè)輕觸按鈕分別有四個(gè)可能的輸出狀態(tài)：上升沿、下降沿、ON、OFF，連接AllOff和m評估器。Roll和Pick兩個(gè)評估器的傳遞函數產(chǎn)生隨機數1或2或3。Roll的傳遞函數如下：

　　if(m_state==m_state__ WaitForYouToPlay)&&(Roll==0)  then Roll = 1
　　else if(m_state==m_state__ WaitForYouToPlay)&&(Roll<128)  then Roll = Roll*2
　　else if(m_state==m_state__ WaitForYouToPlay)  then Roll = ((Roll-128)*2^0x71

　　Pick的傳遞函數僅有一條語(yǔ)句：

　　If(1)  then Pick = (Roll%3)+1

　　AllOff也使用傳遞函數測試三個(gè)輕觸按鈕是否處于空閑等待狀態(tài)：

　　if(Rock==Rock__On)  then AllOff = 0
　　else if(Paper==Paper__On)  then AllOff = 0
　　else if(Scissors==Scissors__On)  then AllOff = 0
　　else if(1)  then AllOff = 1

　　m評估器用狀態(tài)機傳遞函數實(shí)現9個(gè)狀態(tài)的轉換如圖3所示。Start為初始狀態(tài)用綠顏色表示，如果任意一個(gè)按扭被按，觸發(fā)條件變?yōu)椋?br />

　　(Rock==Rock__Rising_Edge)||(Paper== Paper__Rising_Edge)||(Scissors== Scissors__Rising_Edge)

　　產(chǎn)生觸發(fā)從初始狀態(tài)進(jìn)入等待狀態(tài) WaitForYouToPlay，等待用戶(hù)競猜。一旦再有按鍵被按，就進(jìn)入Rock、Scissors、Paper的三個(gè)選擇狀態(tài)之一。

　　接下來(lái)馬上實(shí)施三個(gè)判斷：Pick等于1(Rock)或2(Paper)或3(Scissors)？由于Pick評估器的輸出就是這三個(gè)值之一，所以必然有一個(gè)條件滿(mǎn)足。無(wú)論是Iwin或Draw或YouWin狀態(tài)，都無(wú)條件地進(jìn)入到Converge狀態(tài)，因為這三個(gè)狀態(tài)轉換到Converge的觸發(fā)條件rrr、ddd、sss都是1。當按鍵被釋放以后，Converge狀態(tài)便返回到等待狀態(tài) WaitForYouToPlay，因為它的觸發(fā)條件是All Off。

　　對于普遍使用的16X2字符點(diǎn)陣LCD模塊(如S01602芯片),針對不同顯示方式，PSoC Express有多個(gè)LCD的輸出驅動(dòng)器。這里用這個(gè)LCD模塊的四個(gè)四分之一(第一排左邊和右邊，第二排左邊和右邊)以字符和數字來(lái)顯示不同的內容。它們都是用優(yōu)先編碼器傳遞函數來(lái)實(shí)現狀態(tài)和結果顯示。第一個(gè)LCD驅動(dòng)器My Pick在第一排左邊顯示PSoC競猜選擇項目(Rock或Scissor或Paper)，在開(kāi)始狀態(tài)顯示Any Key,在等待狀態(tài)顯示Please。它的傳遞函數：

　　if(m_state==m_state__Start)  then LCDMyPick=LCDMyPick __Label_4
　　else if(m_state==m_state__ WaitForYouToPlay)  then LCDMyPick=LCDMyPick__Label_5
　　else if(m_state==m_state__ YouSelectedRock)  then LCDMyPick = Pick
　　else if(m_state==m_state__ YouSelectedPaper)  then LCDMyPick =Pick
　　else if(m_state==m_state__ YouSelectedScissor)  then LCDMyPick = Pick
　　Label_4是Any Key, Label_5 是Please在驅動(dòng)器的參數中設定。第二個(gè)至第四個(gè)LCD驅動(dòng)器的傳遞函數從略。

　　結語(yǔ)

　　在 PSoC Expess的開(kāi)發(fā)環(huán)境下用三個(gè)輸入驅動(dòng)器、四個(gè)輸出驅動(dòng)器和四個(gè)評估器實(shí)現石頭、剪刀、布的游戲，其中四個(gè)輸出驅動(dòng)器和四個(gè)評估器中的三個(gè)使用了優(yōu)先編碼器傳遞函數，而僅一個(gè)評估器使用了狀態(tài)機傳遞函數?？梢钥吹?，使用無(wú)代碼的圖形化的PSoC芯片的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境PSoC Expess開(kāi)發(fā)項目簡(jiǎn)單而易行，快捷而有趣。