脑洞无限!VR控制器竟然还可以这样设计

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描述

VR自2015年火起来以后,在去年更是涌现出无数的VR头盔,要说最为典型的三大VR头盔,非Oculus Rift、HTC Vive以及PlayStation VR莫属了。而与之相呼应的,则是它们各自搭配的VR输入设备。除了传统游戏手柄,如Oculus Rift标准版配套的Xbox One手柄,还有另外一些形态新颖的VR输入设备,如万向跑步机Kat Walk、The Manus手套控制器,甚至是Tesla Suit体感衣服控制。在2016年度CES展会上,来自法国的VR品牌3DRudder还推出了一款基于双脚控制的VR输入设备,真是让人脑洞惊奇的创意VR设备,只能说VR界真的是无限可能啊!只要有独特的想法并付诸实践,没有什么目标是不能达成的!

既然说到VR控制器,那么小编今天就抛砖引玉讲一讲几个主流VR头显都使用了哪些主控芯片,都有哪些方面的特长。

一、恩智浦的LPC1100系列MCU

HTC Vive专用手柄

据悉,HTC Vive产品配套专用手柄全身搭配多达24个传感器,以确保Lighthouse基站能够准确定位,HTC Vive手柄采用恩智浦LPC1100系列下的11U37F微控制器,基于ARM技术的LPC微控制器是致力于解决当前物联网设计挑战所推出的一系列处理器,其中LPC800系列MCU能作为市场上8位入门级MCU替代产品,LPC54000系列MCU则是针对面向大众的节能、主流系列,HTC Vive专用手柄采用的LPC1100系列主打入门级集成连接,主要应用于游戏和PC外设、遥控传感器、系统监控器、报警/照明系统等多个领域。

LPC1100系列是运行速率高达50 MHz的基于Cortex-M0的MCU。这组多元化的MCU涵盖了USB、LCD和CAN等行业标准功能,一些产品包括12通道12位ADC或I/O处理器(IOH)等特殊功能,在设计周期内随时为开发人员添加额外功能。

LPC1100 MCU解决方案非常适用于:

· 优选小尺寸、低引脚数、和/或低功耗的应用,满足集成的连接(USB或CAN)、模拟、段式LCD或EEPROM的要求

· BOM成本敏感度:片上USB PHY和CAN收发器降低成本

· 即插即用USB:认证的USB驱动器,VID/PID程序

· 高性能模拟:12通道/12位2 Msps、ADC、12位DAC、比较器、PWM和温度传感器

· 采用片上EEPROM存储数据,提高可靠性和性能

LPC1100系列包括:

· LPC1100:低功耗、低引脚数

· LPC11U00:USB器件

· LPC11C00:CAN

· LPC11D00:段式LCD显示器

· LPC11E00:EEPROM

· LPC11A00 :模拟

· LPC1100LV:双电源电压

nRF51822

LPC1100系列(LPC11U37FBD64501)规格示例

二、北欧半导体nRF51822(低功耗蓝牙+2.4GHz无线)

Oculus Touch

Oculus自去年初就迟迟未发的Oculus Touch 体感手柄,而如今终于赶在年末(12月6日发货)有消息说要发布了!这款相比传统手柄Xbox One体验据称更胜一筹的体感手柄,除了基本的空间定位和体感追踪功能以外,据称还加入了最新的“电容传感电路”以及“接近感控制”两大黑科技,能够同时识别大拇指、食指和中指,大大增强了现实与虚拟的交互性。现今,根据相关网站拆解报告,这款被媒体评为“目前市面上最好的VR手柄”控制芯片采用的北欧半导体旗下的低功耗蓝牙nRF51922。

蓝牙低功耗是自从蓝牙4.0标准开始执行的核心规范部分,北欧半导体(Nordicsemi)针对蓝牙低功耗推出完整的一套无线连接方案。包括蓝牙低功耗和 2.4GHz 专利 SoC两个系列:nRF51822、nRF51922,针对蓝牙低功耗连接 IC的µBlue™ 系列:nRF8001、nRF8002 以及多款Bluetooth® 低功耗开发工具。如针对nRF51822系列的nRFgo 评估及开发套件。

nRF51822

北欧半导体蓝牙低功耗开发工具集

nRF51822介绍:

nRF51822 是功能强大、高灵活性的多协议 SoC,非常适用于 Bluetooth® 低功耗和 2.4GHz 超低功耗无线应用。 nRF51822 基于配备 256kB flash + 16kB RAM 的 32 位 ARM® Cortex™ M0 CPU 而构建。 嵌入式 2.4GHz 收发器支持蓝牙低功耗及 2.4GHz 操作,其中 2.4GHz 模式与 Nordic Semiconductor 的 nRF24L 系列产品无线兼容。

nRF51822 还具备丰富的模拟和数字周边产品,可以在无需 CPU 参与的情况下通过可编程周边产品互联 (PPI) 系统进行互动。 灵活的 31 引脚 GPIO 映射方案可使 I/O(例如串行接口、PWM 和正弦解调器)根据 PCB 需求指示映射到任何设备引脚。 这可实现完全的设计灵活性及引脚位置和功能。

nRF51822 支持 S110 蓝牙低功耗协议堆栈及 2.4GHz 协议堆栈(包括 Gazell),这两种协议堆栈在 nRF518 软件开发套件中均免费提供。nRF51822 需要单独供电,如果供电范围在 1.8-3.6V 之间,用户可选择使用芯片上的线性整流器,如果供电范围在 2.1-3.6V 之间,可以选择直流 1.8V 模式和芯片上的 DCDC 变压器。DC-DC 变压器的使用可在工作期间动态控制,并使 nRF51822 工作期间的射频峰值电流低于 10 mA @ 3V 供电 (TX @ 0 dBm & RX)。

nRF51822 具有 6x6mm 48 引脚 QFN 封装和 3.5x3.8mm 64 球形晶片水平芯片级封装 (WLCSP)。

nRF51822 提供 256k 或 128kB Flash 容量的不同版本。

nRF51822特性:

> 单芯片, 高灵活性, 2.4GHz 多协议设备

> 32 位 ARM Cortex M0 CPU 内核

> 256KB flash 16KB RAM

> 支持 S110 蓝牙低功耗协议堆栈

> S110 需要 80 kB 内存空间

> 线程安全和运行时保护

> 事件驱动 API

> 与 nRF24L 系列无线兼容

> 3 种数据率 (2Mbps/1Mbps/250kbps)

> +4dBm 输出功率

> -92.5dBm 敏感度、蓝牙低功耗

> 用于最大化能源效率应用和代码简化的 PPI 系统

> 具备对每个周边产品进行自动能源管理的灵活能源管理系统

> 用于模拟和数字 I/O 的可配置 I/O 映射

nRF51822

nRF51822配套产品

三、意法半导体STM32F103系列

索尼PlayStation VR配套手柄PS MOVE

据悉,索尼PS VR搭配手柄PS MOVE采用意法半导体STM32F103VBT6主芯片,集成了ARM架构32bit MCU处理器、闪存、ADC、各种接口和通讯电路等。

意法STM32F103系列主控芯片-- STM32F103VBT6

STM32F1系列属于中低端的32位ARM微控制器,该系列芯片是意法半导体(ST)公司出品,其内核是Cortex-M3。该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类:小容量(16K和32K)、中容量(64K和128K)、大容量(256K、384K和512K)。

意法STM32F103系列介绍:

内核

· ARM 32位的Cortex-M3

· 最高72MHz工作频率,在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHZ(DhrystONe2.1)

· 单周期乘法和硬件除法

存储器

· 从32K到512K字节的闪存程序存储器(STM32F103XXXX中的第二个X表示FLASH容量,其中:“4”=16K,“6”=32K,“8”=64K,B=128K,C=256K,D=384K,E=512K)

· 最大64K字节的SRAM

电源管理

· 2.0-3.6V供电和I/O引脚

· 上电/断电复位(POR/PDR)、可编程电压监测器(PVD)

· 4-16MHZ晶振振荡器

· 内嵌经出厂调教的8MHz的RC振荡器

· 内嵌带校准的40KHz的RC振荡器

· 产生CPU时钟的PLL

· 带校准的32KHz的RC振荡器

低功耗

· 睡眠、停机和待机模式

· Vbat为RTC和后备寄存器供电

模数转换器

· 2个12位模数转换器,1us转换时间(多达16个输入通道)

· 转换范围:0至3.6V

· 双采样和保持功能

· 温度传感器

DMA

· 2个DMA控制器,共12个DMA通道:DMA1有7个通道,DMA2有5个通道

· 支持的外设:定时器、ADC、SPI、USB、IIC和UART

· 多达112个快速I/O端口(仅Z系列有超过100个引脚)

· 26/37/51/80/112个I/O口,所有I/O口一块映像到16个外部中断;几乎所有的端口均可容忍5V信号

调试模式

· 串行单线调试(SWD)和JTAG接口

· 多达8个定时器

· 3个16位定时器,每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入

· 1个16位带死区控制和紧急刹车,用于电机控制的PWM高级控制定时器

· 2个看门狗定时器(独立的和窗口型的)

· 系统时间定时器:24位自减型计数器

· 多达9个通信接口:

2个I2C接口(支持SMBus/PMBus)

3个USART接口(支持ISO7816接口,LIN,IrDA接口和调制解调控制)

2个SPI接口(18M位/秒)

CAN接口(2.0B主动)

USB 2.0全速接口

计算单元

· CRC计算单元,96位的新批唯一代码

封装

· ECOPACK封装

电路原理图

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