MCP2140：实现IrDA标准无线连接的利器

在电子设计领域，无线通信技术的发展日新月异。其中，红外通信以其安全、便捷等特点，在诸多应用场景中发挥着重要作用。Microchip公司的MCP2140便是一款专注于实现IrDA标准无线连接的器件，下面我们就来详细了解一下它。

文件下载：MCP2140DM-TMPSNS.pdf

一、产品概述

MCP2140是一款经济高效、引脚数量少（18引脚）且易于使用的设备，主要用于实现IrDA标准的无线连接。它支持IrDA标准协议“栈”、位编码/解码以及低成本的离散红外接收器电路。其串行和红外接口波特率固定为9600波特，且IrDA标准操作要求设备频率为7.3728 MHz。

该器件可在数据通信设备（DCE）和数据终端设备（DTE）应用中工作，位于UART和红外光收发器之间。它能将异步串行数据流进行编码，将每个数据位转换为相应的红外（IR）格式脉冲；同时，对接收到的IR脉冲进行解码，并由协议处理状态机进行处理，最后将合适的数据字节以UART格式的串行数据发送给主机控制器。不过，MCP2140仅支持“点对点”应用，作为从设备运行，不支持“多点”应用。

二、产品特性

（一）协议支持

MCP2140实现了IrDA标准，涵盖IrLAP、IrLMP、IAS、TinyTP和IrCOMM（9线“cooked”服务类）等协议。这些协议为红外通信提供了全面的支持，确保数据传输的可靠性和规范性。

（二）物理信号层支持

提供双向通信、CRC实现以及固定9600波特的数据通信速率，保证了红外通信的稳定性和准确性。

（三）UART - IrDA标准编解码功能

能够轻松与行业标准UART和红外收发器接口，方便集成到各种系统中。

（四）低功耗特性

采用CMOS技术，具有低功耗、高速的特点。在无IR活动时，可自动进入低功耗模式（<60 μA），有效降低了系统的功耗。

（五）多种封装类型

提供18引脚DIP、SOIC和20引脚SSOP等封装类型，满足不同应用场景的需求。

三、设备操作

（一）上电与复位

设备上电时，会依次经历上电定时器延迟和振荡器启动定时器延迟，完成后即可开始通信。当RESET引脚处于低电平时，MCP2140会被强制进入复位状态；RESET引脚变为高电平后，设备完成复位序列，开始正常工作。

（二）时钟源

MCP2140需要时钟源来运行，时钟源可以是晶体、谐振器或外部时钟。为了实现9600波特的设备通信，时钟源频率必须为7.3728 MHz。

（三）主机UART接口

该接口与主机控制器通信，有TX、RX、RTS、CTS、DSR、DTR、CD和RI等八个信号。主机UART是半双工接口，系统要么发送数据，要么接收数据，不能同时进行。其波特率固定为9600波特，在发送和接收数据时，控制器的波特率需与MCP2140的串行端口波特率匹配。同时，通过DSR、RTS和CTS信号实现硬件握手操作，确保数据传输的可靠性。

（四）编码器/解码器

编码器将UART格式的数据转换为IrDA标准格式的数据，解码器则将IrDA标准格式的数据转换为UART格式的数据。在编码过程中，根据TX引脚的值，TXIR引脚会输出相应的脉冲；在解码过程中，根据RXIR引脚的信号，将数据转换后通过RX引脚输出。

（五）IR端口波特率

MCP2140的IR端口（TXIR和RXIR引脚）波特率固定为9600波特，主设备会在NDM期间得知该参数。

（六）IrDA数据协议支持

MCP2140支持物理信号层（PHY）、链路访问协议（IrLAP）、链路管理协议/信息访问服务（IrLMP/IAS）等必需的IrDA标准协议，还支持Tiny TP和IrCOMM等部分可选协议。

（七）低功耗模式

当IR通信停止时，MCP2140会自动进入低功耗模式；当检测到IR活动时，会返回操作模式。此外，还可以使用主机控制器的I/O引脚来控制IR电路的电源，进一步降低系统功耗。

（八）PHACT信号

PHACT信号用于指示MCP2140协议处理程序是否处于活动状态，该输出引脚为开集电极，与主机控制器接口时需要上拉电阻。

（九）缓冲区和吞吐量

MCP2140的IR数据速率固定为9.6 kbaud，但实际吞吐量会受到多种因素影响，如主设备特性、MCP2140特性以及IrDA标准协议开销等。为了提高吞吐量，应尽量使数据帧填充量与MCP2140的接收缓冲区（IR和主机UART）数据包大小相匹配。

（十）设备连接

MCP2140与其他支持IrDA标准的设备建立连接时，需经过正常断开模式（NDM）、发现模式和正常连接模式（NCM）三个步骤。在NDM模式下，主设备广播数据包，从设备响应；发现模式中，主设备确定从设备的能力；NCM模式下，主从设备可自由交换数据。

四、电气特性

（一）绝对最大额定值

包括环境温度、存储温度、电压、总功耗、电流等参数的限制，使用时需确保不超过这些额定值，以保证设备的安全和稳定运行。

（二）DC特性

涵盖电源电压、RAM数据保留电压、上电复位电压、电源电流等参数，为电路设计提供了重要的参考依据。

（三）AC特性

包括时钟源的频率、周期、上升/下降时间，以及输出波形、复位和设备复位的时间要求等，这些参数对于确保设备的正常工作至关重要。

五、封装信息

MCP2140提供18引脚PDIP、18引脚SOIC和20引脚SSOP等封装类型，每种封装都有详细的尺寸规格和引脚定义，方便工程师进行电路板设计。

六、应用场景

MCP2140适用于各种需要红外通信的嵌入式系统，如打印机、调制解调器、便携式计算设备等。它为这些设备提供了一种简单、可靠的IrDA标准无线连接解决方案，能够有效提高设备的通信能力和灵活性。

七、总结

MCP2140作为一款专门用于实现IrDA标准无线连接的器件，具有诸多优点，如低功耗、易于使用、支持多种协议等。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的封装类型和配置参数，以实现最佳的性能和功能。同时，需要注意设备的电气特性和操作要求，确保设备的正常运行。你在使用MCP2140的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。