探索MCP2150：实现IrDA标准无线连接的理想之选

在当今的电子设备设计领域，无线通信技术的应用越来越广泛。其中，红外通信以其低成本、高可靠性等优势，在许多嵌入式系统中得到了广泛应用。Microchip的MCP2150就是一款专门用于实现IrDA标准无线连接的低成本、低引脚数（18引脚）的易用设备。今天，我们就来深入了解一下这款设备。

文件下载：MCP2150-I SO.pdf

一、MCP2150概述

MCP2150为IrDA标准协议“栈”提供支持，同时具备位编码/解码功能。其串行接口和红外（IR）波特率可独立选择，串行接口波特率可通过硬件在9600、19200、57600和115200波特之间选择，而IR波特率则由主设备在发现阶段指定，范围为9600 - 115200波特。该设备工作在数据终端设备（DTE）应用中，位于通用异步收发传输器（UART）和红外光收发器之间。

二、主要特性

2.1 协议支持

MCP2150支持IrDA标准的多个关键协议，包括物理信号层（PHY）、链路访问协议（IrLAP）、链路管理协议/信息访问服务（IrLMP/IAS），同时还支持部分可选协议，如Tiny TP和IrCOMM。这些协议的支持使得MCP2150能够与其他符合IrDA标准的设备进行可靠通信。

• 物理信号层（PHY）：提供双向通信，数据数据包由16位循环冗余校验（CRC）保护，数据通信速率最高可达115.2 kbaud。
• IrLAP：负责管理设备之间链路的通信过程，提供可靠、有序的数据传输，支持设备发现程序和隐藏节点处理。
• IrLMP/IAS：实现协议和服务发现，主设备通过IrLMP向从设备发送查询，从设备的响应信息存储在IAS中，主设备根据响应决定是否建立连接。
• Tiny TP：为IrLMP连接提供流控制，并可处理分段和重组的可选服务。
• IrCOMM：支持串行和并行端口仿真，MCP2150支持9线“cooked”服务类的IrCOMM，适用于打印机和调制解调器等传统COM应用。

2.2 通信能力

• 数据编码/解码：MCP2150能够将异步串行数据流编码为相应的红外（IR）格式脉冲，同时将接收到的IR脉冲解码为UART格式的串行数据。
• 波特率选择：串行接口和IR波特率可独立选择，串行接口波特率由BAUD1:BAUD0引脚指定，IR波特率由主设备在发现阶段确定。
• 数据传输格式：支持1.63 µs的传输/接收格式（位宽），数据数据包大小为64字节。

2.3 低功耗设计

采用低功耗、高速CMOS技术，具有完全静态设计和低电压操作特性。在3.3 V、11.0592 MHz典型工作条件下，功耗小于1 mA；禁用时，在5.0 V电压下典型功耗为3 µA。

2.4 封装类型

提供18引脚双列直插式封装（DIP）、小外形集成电路封装（SOIC）和20引脚缩小型小外形封装（SSOP）三种封装类型，方便不同应用场景的选择。

三、工作原理

3.1 电源和复位

设备上电时，会先经历上电定时器（PWRT）延迟和振荡器启动定时器（OST）延迟，完成后即可开始通信。当RESET引脚处于低电平时，设备进入复位状态；当RESET引脚变为高电平时，设备完成复位序列并开始正常工作。

3.2 时钟源

MCP2150需要一个11.0592 MHz的时钟源来工作，可由晶体/谐振器或外部时钟输入提供。使用晶体或陶瓷谐振器时，需连接到OSC1和OSC2引脚，建议使用并联切割晶体；使用外部时钟输入时，需确保其满足AC/DC时序要求。

3.3 数据传输

• 调制：UART接收到的数据在TX引脚需要传输到TXIR引脚时，会进行调制，调制信号驱动IR收发器模块。
• 解调：从IR收发器模块接收到的调制信号（数据）在RXIR引脚进行解调，形成接收到的数据并通过RX引脚传输。

3.4 低功耗模式

通过将EN引脚置于低电平，可将设备置于低功耗模式。当检测到EN引脚为低电平时，设备内部状态机将设备禁用并进入低功耗状态。当EN引脚变为高电平时，设备需要1024 TOSC的延迟后才能开始数据传输或接收。

四、应用场景

MCP2150适用于各种需要实现IrDA标准无线连接的嵌入式系统，如便携式计算设备、打印机、调制解调器等。其提供的红外通信功能具有通用标准、易于实现、经济高效、可靠高速、使用安全、无电缆困扰等优点，能够满足不同设备之间的无线数据传输需求。

五、开发工具

MCP2150得到了HCS1365开发套件（订单号DM163008）的支持。该套件包含两个DSTEMP开发板和一个MCP2150开发板，可用于评估MCP2150的操作。用户可以通过跳线选择主机控制器接口（UART或Header）和收发器解决方案（集成或分立组件），方便进行不同场景的开发和测试。

六、电气特性

6.1 DC特性

在工业温度范围（-40°C至+85°C）内，MCP2150的电源电压范围为3.0 - 5.5 V，不同电压和频率条件下的电源电流和禁用电流有所不同。同时，还规定了RAM数据保留电压、上电复位电压和电压上升速率等参数。

6.2 时序特性

详细规定了外部时钟、输出波形、复位和设备复位、UART异步传输和接收、TXIR和RXIR等方面的时序要求，确保设备在不同工作条件下的稳定性和可靠性。

七、总结

MCP2150是一款功能强大、易于使用的IrDA标准无线连接设备，具有丰富的协议支持、灵活的波特率选择、低功耗设计和多种封装类型等优点。通过深入了解其特性和工作原理，电子工程师可以更好地将其应用于各种嵌入式系统中，实现可靠的无线数据传输。在实际应用中，我们还需要根据具体需求考虑时钟源选择、电源管理、数据传输格式等因素，以确保系统的性能和稳定性。你在使用类似设备时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。