MCP2140：實現(xiàn)IrDA標準無線連接的利器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，無線通信技術(shù)的發(fā)展日新月異。其中，紅外通信以其安全、便捷等特點，在諸多應用場景中發(fā)揮著重要作用。Microchip公司的MCP2140便是一款專注于實現(xiàn)IrDA標準無線連接的器件，下面我們就來詳細了解一下它。

文件下載：MCP2140DM-TMPSNS.pdf

一、產(chǎn)品概述

MCP2140是一款經(jīng)濟高效、引腳數(shù)量少（18引腳）且易于使用的設(shè)備，主要用于實現(xiàn)IrDA標準的無線連接。它支持IrDA標準協(xié)議“?！?、位編碼/解碼以及低成本的離散紅外接收器電路。其串行和紅外接口波特率固定為9600波特，且IrDA標準操作要求設(shè)備頻率為7.3728 MHz。

該器件可在數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）和數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）應用中工作，位于UART和紅外光收發(fā)器之間。它能將異步串行數(shù)據(jù)流進行編碼，將每個數(shù)據(jù)位轉(zhuǎn)換為相應的紅外（IR）格式脈沖；同時，對接收到的IR脈沖進行解碼，并由協(xié)議處理狀態(tài)機進行處理，最后將合適的數(shù)據(jù)字節(jié)以UART格式的串行數(shù)據(jù)發(fā)送給主機控制器。不過，MCP2140僅支持“點對點”應用，作為從設(shè)備運行，不支持“多點”應用。

二、產(chǎn)品特性

（一）協(xié)議支持

MCP2140實現(xiàn)了IrDA標準，涵蓋IrLAP、IrLMP、IAS、TinyTP和IrCOMM（9線“cooked”服務(wù)類）等協(xié)議。這些協(xié)議為紅外通信提供了全面的支持，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院鸵?guī)范性。

（二）物理信號層支持

提供雙向通信、CRC實現(xiàn)以及固定9600波特的數(shù)據(jù)通信速率，保證了紅外通信的穩(wěn)定性和準確性。

（三）UART - IrDA標準編解碼功能

能夠輕松與行業(yè)標準UART和紅外收發(fā)器接口，方便集成到各種系統(tǒng)中。

（四）低功耗特性

采用CMOS技術(shù)，具有低功耗、高速的特點。在無IR活動時，可自動進入低功耗模式（<60 μA），有效降低了系統(tǒng)的功耗。

（五）多種封裝類型

提供18引腳DIP、SOIC和20引腳SSOP等封裝類型，滿足不同應用場景的需求。

三、設(shè)備操作

（一）上電與復位

設(shè)備上電時，會依次經(jīng)歷上電定時器延遲和振蕩器啟動定時器延遲，完成后即可開始通信。當RESET引腳處于低電平時，MCP2140會被強制進入復位狀態(tài)；RESET引腳變?yōu)楦唠娖胶?，設(shè)備完成復位序列，開始正常工作。

（二）時鐘源

MCP2140需要時鐘源來運行，時鐘源可以是晶體、諧振器或外部時鐘。為了實現(xiàn)9600波特的設(shè)備通信，時鐘源頻率必須為7.3728 MHz。

（三）主機UART接口

該接口與主機控制器通信，有TX、RX、RTS、CTS、DSR、DTR、CD和RI等八個信號。主機UART是半雙工接口，系統(tǒng)要么發(fā)送數(shù)據(jù)，要么接收數(shù)據(jù)，不能同時進行。其波特率固定為9600波特，在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時，控制器的波特率需與MCP2140的串行端口波特率匹配。同時，通過DSR、RTS和CTS信號實現(xiàn)硬件握手操作，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

（四）編碼器/解碼器

編碼器將UART格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IrDA標準格式的數(shù)據(jù)，解碼器則將IrDA標準格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為UART格式的數(shù)據(jù)。在編碼過程中，根據(jù)TX引腳的值，TXIR引腳會輸出相應的脈沖；在解碼過程中，根據(jù)RXIR引腳的信號，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過RX引腳輸出。

（五）IR端口波特率

MCP2140的IR端口（TXIR和RXIR引腳）波特率固定為9600波特，主設(shè)備會在NDM期間得知該參數(shù)。

（六）IrDA數(shù)據(jù)協(xié)議支持

MCP2140支持物理信號層（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）等必需的IrDA標準協(xié)議，還支持Tiny TP和IrCOMM等部分可選協(xié)議。

（七）低功耗模式

當IR通信停止時，MCP2140會自動進入低功耗模式；當檢測到IR活動時，會返回操作模式。此外，還可以使用主機控制器的I/O引腳來控制IR電路的電源，進一步降低系統(tǒng)功耗。

（八）PHACT信號

PHACT信號用于指示MCP2140協(xié)議處理程序是否處于活動狀態(tài)，該輸出引腳為開集電極，與主機控制器接口時需要上拉電阻。

（九）緩沖區(qū)和吞吐量

MCP2140的IR數(shù)據(jù)速率固定為9.6 kbaud，但實際吞吐量會受到多種因素影響，如主設(shè)備特性、MCP2140特性以及IrDA標準協(xié)議開銷等。為了提高吞吐量，應盡量使數(shù)據(jù)幀填充量與MCP2140的接收緩沖區(qū)（IR和主機UART）數(shù)據(jù)包大小相匹配。

（十）設(shè)備連接

MCP2140與其他支持IrDA標準的設(shè)備建立連接時，需經(jīng)過正常斷開模式（NDM）、發(fā)現(xiàn)模式和正常連接模式（NCM）三個步驟。在NDM模式下，主設(shè)備廣播數(shù)據(jù)包，從設(shè)備響應；發(fā)現(xiàn)模式中，主設(shè)備確定從設(shè)備的能力；NCM模式下，主從設(shè)備可自由交換數(shù)據(jù)。

四、電氣特性

（一）絕對最大額定值

包括環(huán)境溫度、存儲溫度、電壓、總功耗、電流等參數(shù)的限制，使用時需確保不超過這些額定值，以保證設(shè)備的安全和穩(wěn)定運行。

（二）DC特性

涵蓋電源電壓、RAM數(shù)據(jù)保留電壓、上電復位電壓、電源電流等參數(shù)，為電路設(shè)計提供了重要的參考依據(jù)。

（三）AC特性

包括時鐘源的頻率、周期、上升/下降時間，以及輸出波形、復位和設(shè)備復位的時間要求等，這些參數(shù)對于確保設(shè)備的正常工作至關(guān)重要。

五、封裝信息

MCP2140提供18引腳PDIP、18引腳SOIC和20引腳SSOP等封裝類型，每種封裝都有詳細的尺寸規(guī)格和引腳定義，方便工程師進行電路板設(shè)計。

六、應用場景

MCP2140適用于各種需要紅外通信的嵌入式系統(tǒng)，如打印機、調(diào)制解調(diào)器、便攜式計算設(shè)備等。它為這些設(shè)備提供了一種簡單、可靠的IrDA標準無線連接解決方案，能夠有效提高設(shè)備的通信能力和靈活性。

七、總結(jié)

MCP2140作為一款專門用于實現(xiàn)IrDA標準無線連接的器件，具有諸多優(yōu)點，如低功耗、易于使用、支持多種協(xié)議等。在實際應用中，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的封裝類型和配置參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的性能和功能。同時，需要注意設(shè)備的電氣特性和操作要求，確保設(shè)備的正常運行。你在使用MCP2140的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。