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小尺寸单片机在便携式设备中的应用

2018-01-11 17:19:07

小尺寸单片机在便携式设备中的应用

本文介绍了小尺寸C8051系列MCU在便携设备中的应用,如中闪信和计步器应用,MCU在TFT彩屏驱动的应用,体现了小尺寸MCU在便携设备应用中的优越性。

引 言

在现代生活中的使用越来越广,其功能也是越来越多,如现在有很多都带有MP3及照相功能,有的还具有闪信和计步器功能。闪信需要处理器能完成多路模拟输入、数据的实时处理等,原有的很难直接实现这些功能,就需要MCU配合完成其功能。

PMP等便携式设备大都带有彩色的TFT屏,而传统的驱动是由白色LED完成的,但其存在色差;现在大都采用RGB三色LED来背光,同时需要检测背光的效果,克服LED亮度变暗的问题。MCU可以协助主处理器完成这些功能,达到很好的彩色TFT屏的背光效果

小尺寸单片机在便携式设备中的应用

便携式设备往往由多个公司共同提供模块,需要MCU有好的保密功能。因此便携式设备对MCU的要求,大都需要小尺寸,低功耗,实时快速响应,保密性好,成本低等优点。小封装高集成的MCU,能集成FLASH、ADC、DAC、OSC、SRAM、PWM、温度传感器、看门狗等,同时便于MCU的编程和升级。

该文依次介绍了如下内容:闪信和计步器介绍,闪信对MCU的需求,闪信中C8051F313的优点,彩色TFT屏的RGB驱动方案, 彩色TFT屏C8051F310方案,小尺寸MCU在便携设备中应用的优势等。

一、闪信和计步器介绍

1、中闪信功能

光线较暗的环境下,通过快速左右摇动,利用人类视膜延时现象,造成视觉残像,因而形成连续的光影信号,使观看者视觉产生连续信息,这就是闪信的基本原理。实际处理中,处理器检测加速度变化后,根据运动的加速度等在不同的时刻让相应的LED点亮或熄灭,让人感觉到LED中空中出现一幅完整的点阵图像,一幅图像或者一串文字在0.1秒内显示出来效果就会很好。

2、自动翻转

因为重力加速度的原因,运动传感器能检测到重力加速度所加的方向,可以自动调整显示字符的方向。

3、计步器功能

人在行走或者跑步过程中,其加速度与时间轴大致成为一个正弦波;利用加速度传感器检测运动的加速度,可以计算走了多少步,还可根据步幅进而估算所走的距离等。

二、闪信对MCU的要求

在该应用中,MCU需要采样两路加速度传感器的输入,进行计算分析,在不同时刻显示相应的LED,分析所持的方向,实现自动翻转功能。分析加速度值,计算出持有者走了多少步。完成与间的通讯功能,接收发送过来的命令和显示数据,回传计步器的值等。

由于该模块需要放入中,对模块的尺寸有严格的要求,同时也需要小封装能利于散热。像这类的手持设备,对功耗有很高的要求,在加上闪信和计步器模块后,不能因此缩短的工作时间。MCU能直接驱动瞬时大电流的多个IO,比如能驱动16个电流为15~20mA的高亮LED,而无需其他驱动芯片,能更好的节省空间和成本。模块为适应不同的应用,尽量提供多种通讯接口,如SMBus(I2C)、UART、SPI等通讯功能。其功能框图大致如下:

其闪信显示效果如下:

三、闪信中C8051F313的优点

在该应用中,我们选择了C8051F313,其资源如上图,很好的完成了该设计,该芯片有如下优点。

1、体积小,高集成度:其C8051F313大小为5x5mm,如上图,该MCU包含了8K的FLASH,1K的SRAM,ADC、I2C、UART、SPI、PCA、看门狗,25个IO等资源。其QFN28的封装也有利于散热。

2、保密性好,编程方便:FLASH能支持修改,同时内置的编程控制电路可以阻止外部对FLASH的非法读写访问;提供不需要连接计算机的手持式编程器,通过C2就可以对MCU进行编程和升级。

3、高速处理能力:C8051F313采用CIP51的核心技术,完全支持8051的指令集,能快速的执行指令,其中有76条指令是在一到两个时钟周期内执行完毕,指令执行速度可达到25MIPS,处理闪信和计步器已足够。内部可以设定中断有14个,给软件编程带来了方便。

4、低功耗:该MCU在1MHz的处理速度下,只需要0.36mA,而且还有空闲和停机等工作模式,能更多的节约电能。

5、直接驱动:C8051F313可以直接驱动16个大电流20mA的高亮LED,无需其他电流驱动芯片,节省了空间和成本。

6、AD采样:C8051F313带有17个模拟AD输入IO,其AD采样为10位,采用速度为200K,能完全满足闪信和计步器的需求。而且内带温度传感器,可以测试MCU芯片的环境温度。

7、通讯功能:MCU提供了SMBus(I2C)、UART、SPI通讯功能,使模块能与进行可靠通讯:接收需要显示的字符或者图像数据,还能接收计步器控制命令,回传计步器的值等等;还可以将加速度的值传入中,进行其他的应用开发,如游戏、音乐击鼓器等。

8、灵活的IO管理:C8051F313内带CrossBar功能,能将不同的功能管脚,按照一定的优先级配置输出到相关的IO脚上;比如将4和5脚可以通过软件设定为UART或者I2C功能管脚。

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