探索MCP2150：實現IrDA標準無線連接的理想之選

在當今的電子設備設計領域，無線通信技術的應用越來越廣泛。其中，紅外通信以其低成本、高可靠性等優勢，在許多嵌入式系統中得到了廣泛應用。Microchip的MCP2150就是一款專門用于實現IrDA標準無線連接的低成本、低引腳數（18引腳）的易用設備。今天，我們就來深入了解一下這款設備。

文件下載：MCP2150-I SO.pdf

一、MCP2150概述

MCP2150為IrDA標準協議“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波特率則由主設備在發現階段指定，范圍為9600 - 115200波特。該設備工作在數據終端設備（DTE）應用中，位于通用異步收發傳輸器（UART）和紅外光收發器之間。

二、主要特性

2.1 協議支持

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

• 物理信號層（PHY）：提供雙向通信，數據數據包由16位循環冗余校驗（CRC）保護，數據通信速率最高可達115.2 kbaud。
• IrLAP：負責管理設備之間鏈路的通信過程，提供可靠、有序的數據傳輸，支持設備發現程序和隱藏節點處理。
• IrLMP/IAS：實現協議和服務發現，主設備通過IrLMP向從設備發送查詢，從設備的響應信息存儲在IAS中，主設備根據響應決定是否建立連接。
• 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。
• IrCOMM：支持串行和并行端口仿真，MCP2150支持9線“cooked”服務類的IrCOMM，適用于打印機和調制解調器等傳統COM應用。

2.2 通信能力

• 數據編碼/解碼：MCP2150能夠將異步串行數據流編碼為相應的紅外（IR）格式脈沖，同時將接收到的IR脈沖解碼為UART格式的串行數據。
• 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波特率由主設備在發現階段確定。
• 數據傳輸格式：支持1.63 μs的傳輸/接收格式（位寬），數據數據包大小為64字節。

2.3 低功耗設計

采用低功耗、高速CMOS技術，具有完全靜態設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，方便不同應用場景的選擇。

三、工作原理

3.1 電源和復位

設備上電時，會先經歷上電定時器（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RESET引腳處于低電平時，設備進入復位狀態；當RESET引腳變為高電平時，設備完成復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 數據傳輸

• 調制：UART接收到的數據在TX引腳需要傳輸到TXIR引腳時，會進行調制，調制信號驅動IR收發器模塊。
• 解調：從IR收發器模塊接收到的調制信號（數據）在RXIR引腳進行解調，形成接收到的數據并通過RX引腳傳輸。

3.4 低功耗模式

通過將EN引腳置于低電平，可將設備置于低功耗模式。當檢測到EN引腳為低電平時，設備內部狀態機將設備禁用并進入低功耗狀態。當EN引腳變為高電平時，設備需要1024 TOSC的延遲后才能開始數據傳輸或接收。

四、應用場景

MCP2150適用于各種需要實現IrDA標準無線連接的嵌入式系統，如便攜式計算設備、打印機、調制解調器等。其提供的紅外通信功能具有通用標準、易于實現、經濟高效、可靠高速、使用安全、無電纜困擾等優點，能夠滿足不同設備之間的無線數據傳輸需求。

五、開發工具

MCP2150得到了HCS1365開發套件（訂單號DM163008）的支持。該套件包含兩個DSTEMP開發板和一個MCP2150開發板，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）和收發器解決方案（集成或分立組件），方便進行不同場景的開發和測試。

六、電氣特性

6.1 DC特性

在工業溫度范圍（-40°C至+85°C）內，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，還規定了RAM數據保留電壓、上電復位電壓和電壓上升速率等參數。

6.2 時序特性

詳細規定了外部時鐘、輸出波形、復位和設備復位、UART異步傳輸和接收、TXIR和RXIR等方面的時序要求，確保設備在不同工作條件下的穩定性和可靠性。

七、總結

MCP2150是一款功能強大、易于使用的IrDA標準無線連接設備，具有豐富的協議支持、靈活的波特率選擇、低功耗設計和多種封裝類型等優點。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用于各種嵌入式系統中，實現可靠的無線數據傳輸。在實際應用中，我們還需要根據具體需求考慮時鐘源選擇、電源管理、數據傳輸格式等因素，以確保系統的性能和穩定性。你在使用類似設備時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。