探索MCP2150：實現(xiàn)IrDA標(biāo)準(zhǔn)無線連接的理想之選

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計領(lǐng)域，無線通信技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。其中，紅外通信以其低成本、高可靠性等優(yōu)勢，在許多嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。Microchip的MCP2150就是一款專門用于實現(xiàn)IrDA標(biāo)準(zhǔn)無線連接的低成本、低引腳數(shù)（18引腳）的易用設(shè)備。今天，我們就來深入了解一下這款設(shè)備。

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一、MCP2150概述

MCP2150為IrDA標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議“棧”提供支持，同時具備位編碼/解碼功能。其串行接口和紅外（IR）波特率可獨立選擇，串行接口波特率可通過硬件在9600、19200、57600和115200波特之間選擇，而IR波特率則由主設(shè)備在發(fā)現(xiàn)階段指定，范圍為9600 - 115200波特。該設(shè)備工作在數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）應(yīng)用中，位于通用異步收發(fā)傳輸器（UART）和紅外光收發(fā)器之間。

二、主要特性

2.1 協(xié)議支持

MCP2150支持IrDA標(biāo)準(zhǔn)的多個關(guān)鍵協(xié)議，包括物理信號層（PHY）、鏈路訪問協(xié)議（IrLAP）、鏈路管理協(xié)議/信息訪問服務(wù)（IrLMP/IAS），同時還支持部分可選協(xié)議，如Tiny TP和IrCOMM。這些協(xié)議的支持使得MCP2150能夠與其他符合IrDA標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行可靠通信。

• 物理信號層（PHY）：提供雙向通信，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包由16位循環(huán)冗余校驗（CRC）保護，數(shù)據(jù)通信速率最高可達(dá)115.2 kbaud。
• IrLAP：負(fù)責(zé)管理設(shè)備之間鏈路的通信過程，提供可靠、有序的數(shù)據(jù)傳輸，支持設(shè)備發(fā)現(xiàn)程序和隱藏節(jié)點處理。
• IrLMP/IAS：實現(xiàn)協(xié)議和服務(wù)發(fā)現(xiàn)，主設(shè)備通過IrLMP向從設(shè)備發(fā)送查詢，從設(shè)備的響應(yīng)信息存儲在IAS中，主設(shè)備根據(jù)響應(yīng)決定是否建立連接。
• Tiny TP：為IrLMP連接提供流控制，并可處理分段和重組的可選服務(wù)。
• IrCOMM：支持串行和并行端口仿真，MCP2150支持9線“cooked”服務(wù)類的IrCOMM，適用于打印機和調(diào)制解調(diào)器等傳統(tǒng)COM應(yīng)用。

2.2 通信能力

• 數(shù)據(jù)編碼/解碼：MCP2150能夠?qū)惒酱袛?shù)據(jù)流編碼為相應(yīng)的紅外（IR）格式脈沖，同時將接收到的IR脈沖解碼為UART格式的串行數(shù)據(jù)。
• 波特率選擇：串行接口和IR波特率可獨立選擇，串行接口波特率由BAUD1:BAUD0引腳指定，IR波特率由主設(shè)備在發(fā)現(xiàn)階段確定。
• 數(shù)據(jù)傳輸格式：支持1.63 μs的傳輸/接收格式（位寬），數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包大小為64字節(jié)。

2.3 低功耗設(shè)計

采用低功耗、高速CMOS技術(shù)，具有完全靜態(tài)設(shè)計和低電壓操作特性。在3.3 V、11.0592 MHz典型工作條件下，功耗小于1 mA；禁用時，在5.0 V電壓下典型功耗為3 μA。

2.4 封裝類型

提供18引腳雙列直插式封裝（DIP）、小外形集成電路封裝（SOIC）和20引腳縮小型小外形封裝（SSOP）三種封裝類型，方便不同應(yīng)用場景的選擇。

三、工作原理

3.1 電源和復(fù)位

設(shè)備上電時，會先經(jīng)歷上電定時器（PWRT）延遲和振蕩器啟動定時器（OST）延遲，完成后即可開始通信。當(dāng)RESET引腳處于低電平時，設(shè)備進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)RESET引腳變?yōu)楦唠娖綍r，設(shè)備完成復(fù)位序列并開始正常工作。

3.2 時鐘源

MCP2150需要一個11.0592 MHz的時鐘源來工作，可由晶體/諧振器或外部時鐘輸入提供。使用晶體或陶瓷諧振器時，需連接到OSC1和OSC2引腳，建議使用并聯(lián)切割晶體；使用外部時鐘輸入時，需確保其滿足AC/DC時序要求。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸

• 調(diào)制：UART接收到的數(shù)據(jù)在TX引腳需要傳輸?shù)絋XIR引腳時，會進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號驅(qū)動IR收發(fā)器模塊。
• 解調(diào)：從IR收發(fā)器模塊接收到的調(diào)制信號（數(shù)據(jù)）在RXIR引腳進(jìn)行解調(diào)，形成接收到的數(shù)據(jù)并通過RX引腳傳輸。

3.4 低功耗模式

通過將EN引腳置于低電平，可將設(shè)備置于低功耗模式。當(dāng)檢測到EN引腳為低電平時，設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)機將設(shè)備禁用并進(jìn)入低功耗狀態(tài)。當(dāng)EN引腳變?yōu)楦唠娖綍r，設(shè)備需要1024 TOSC的延遲后才能開始數(shù)據(jù)傳輸或接收。

四、應(yīng)用場景

MCP2150適用于各種需要實現(xiàn)IrDA標(biāo)準(zhǔn)無線連接的嵌入式系統(tǒng)，如便攜式計算設(shè)備、打印機、調(diào)制解調(diào)器等。其提供的紅外通信功能具有通用標(biāo)準(zhǔn)、易于實現(xiàn)、經(jīng)濟高效、可靠高速、使用安全、無電纜困擾等優(yōu)點，能夠滿足不同設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)傳輸需求。

五、開發(fā)工具

MCP2150得到了HCS1365開發(fā)套件（訂單號DM163008）的支持。該套件包含兩個DSTEMP開發(fā)板和一個MCP2150開發(fā)板，可用于評估MCP2150的操作。用戶可以通過跳線選擇主機控制器接口（UART或Header）和收發(fā)器解決方案（集成或分立組件），方便進(jìn)行不同場景的開發(fā)和測試。

六、電氣特性

6.1 DC特性

在工業(yè)溫度范圍（-40°C至+85°C）內(nèi)，MCP2150的電源電壓范圍為3.0 - 5.5 V，不同電壓和頻率條件下的電源電流和禁用電流有所不同。同時，還規(guī)定了RAM數(shù)據(jù)保留電壓、上電復(fù)位電壓和電壓上升速率等參數(shù)。

6.2 時序特性

詳細(xì)規(guī)定了外部時鐘、輸出波形、復(fù)位和設(shè)備復(fù)位、UART異步傳輸和接收、TXIR和RXIR等方面的時序要求，確保設(shè)備在不同工作條件下的穩(wěn)定性和可靠性。

七、總結(jié)

MCP2150是一款功能強大、易于使用的IrDA標(biāo)準(zhǔn)無線連接設(shè)備，具有豐富的協(xié)議支持、靈活的波特率選擇、低功耗設(shè)計和多種封裝類型等優(yōu)點。通過深入了解其特性和工作原理，電子工程師可以更好地將其應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，實現(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸。在實際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體需求考慮時鐘源選擇、電源管理、數(shù)據(jù)傳輸格式等因素，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用類似設(shè)備時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。