小尺寸單片機(jī)在便攜式設(shè)備中的應(yīng)用
引 言
手機(jī)在現(xiàn)代生活中的使用越來(lái)越廣,其功能也是越來(lái)越多,如現(xiàn)在有很多手機(jī)都帶有mp3及照相功能,有的還具有閃信和計(jì)步器功能。手機(jī)閃信需要處理器能完成多路模擬輸入、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理等,原有的手機(jī)很難直接實(shí)現(xiàn)這些功能,就需要mcu配合完成其功能。
pmp等便攜式設(shè)備大都帶有彩色的tft屏,而傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)是由白色led完成的,但其存在色差;現(xiàn)在大都采用rgb三色led來(lái)背光,同時(shí)需要檢測(cè)背光的效果,克服led亮度變暗的問(wèn)題。mcu可以協(xié)助主處理器完成這些功能,達(dá)到很好的彩色tft屏的背光效果。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/21471.htm便攜式設(shè)備往往由多個(gè)公司共同提供模塊,需要mcu有好的保密功能。因此便攜式設(shè)備對(duì)mcu的要求,大都需要小尺寸,低功耗,實(shí)時(shí)快速響應(yīng),保密性好,成本低等優(yōu)點(diǎn)。小封裝高集成的mcu,能集成flash、adc、dac、osc、sram、pwm、溫度傳感器、看門狗等,同時(shí)便于mcu的編程和升級(jí)。
該文依次介紹了如下內(nèi)容:手機(jī)閃信和計(jì)步器介紹,手機(jī)閃信對(duì)mcu的需求,手機(jī)閃信中c8051f313的優(yōu)點(diǎn),彩色tft屏的rgb驅(qū)動(dòng)方案,
彩色tft屏c8051f310方案,小尺寸mcu在便攜設(shè)備中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)等。
一、手機(jī)閃信和計(jì)步器介紹
1、手機(jī)中閃信功能
光線較暗的環(huán)境下,通過(guò)快速左右搖動(dòng)手機(jī),利用人類視網(wǎng)膜延時(shí)現(xiàn)象,造成視覺殘像,因而形成連續(xù)的光影信號(hào),使觀看者視覺產(chǎn)生連續(xù)信息,這就是閃信的基本原理。實(shí)際處理中,處理器檢測(cè)加速度變化后,根據(jù)運(yùn)動(dòng)的加速度等在不同的時(shí)刻讓相應(yīng)的led點(diǎn)亮或熄滅,讓人感覺到led中空中出現(xiàn)一幅完整的點(diǎn)陣圖像,一幅圖像或者一串文字在0.1秒內(nèi)顯示出來(lái)效果就會(huì)很好。
2、自動(dòng)翻轉(zhuǎn)
因?yàn)橹亓铀俣鹊脑颍\(yùn)動(dòng)傳感器能檢測(cè)到重力加速度所加的方向,可以自動(dòng)調(diào)整顯示字符的方向。
3、計(jì)步器功能
人在行走或者跑步過(guò)程中,其加速度與時(shí)間軸大致成為一個(gè)正弦波;利用加速度傳感器檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的加速度,可以計(jì)算走了多少步,還可根據(jù)步幅進(jìn)而估算所走的距離等。
二、手機(jī)閃信對(duì)mcu的要求
在該應(yīng)用中,mcu需要采樣兩路加速度傳感器的輸入,進(jìn)行計(jì)算分析,在不同時(shí)刻顯示相應(yīng)的led,分析手機(jī)所持的方向,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)功能。分析加速度值,計(jì)算出持有者走了多少步。完成與手機(jī)間的通訊功能,接收手機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的命令和顯示數(shù)據(jù),回傳計(jì)步器的值等。
由于該模塊需要放入手機(jī)中,對(duì)模塊的尺寸有嚴(yán)格的要求,同時(shí)也需要小封裝能利于散熱。像手機(jī)這類的手持設(shè)備,對(duì)功耗有很高的要求,在手機(jī)加上閃信和計(jì)步器模塊后,不能因此縮短手機(jī)的工作時(shí)間。mcu能直接驅(qū)動(dòng)瞬時(shí)大電流的多個(gè)io,比如能驅(qū)動(dòng)16個(gè)電流為15~20ma的高亮led,而無(wú)需其他驅(qū)動(dòng)芯片,能更好的節(jié)省空間和成本。模塊為適應(yīng)不同手機(jī)的應(yīng)用,盡量提供多種通訊接口,如smbus(i2c)、uart、spi等通訊功能。其功能框圖大致如下:
其閃信顯示效果如下:
三、手機(jī)閃信中c8051f313的優(yōu)點(diǎn)
在該應(yīng)用中,我們選擇了c8051f313,其資源如上圖,很好的完成了該設(shè)計(jì),該芯片有如下優(yōu)點(diǎn)。
1、體積小,高集成度:其c8051f313大小為5x5mm,如上圖,該mcu包含了8k的flash,1k的sram,adc、i2c、uart、spi、pca、看門狗,25個(gè)io等資源。其qfn28的封裝也有利于散熱。
2、保密性好,編程方便:flash能支持在線修改,同時(shí)內(nèi)置的編程控制電路可以阻止外部對(duì)flash的非法讀寫訪問(wèn);提供不需要連接計(jì)算機(jī)的手持式編程器,通過(guò)c2就可以對(duì)mcu進(jìn)行編程和升級(jí)。
3、高速處理能力:c8051f313采用cip51的核心技術(shù),完全支持8051的指令集,能快速的執(zhí)行指令,其中有76條指令是在一到兩個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行完畢,指令執(zhí)行速度可達(dá)到25mips,處理閃信和計(jì)步器已足夠。內(nèi)部可以設(shè)定中斷有14個(gè),給軟件編程帶來(lái)了方便。
4、低功耗:該mcu在1mhz的處理速度下,只需要0.36ma,而且還有空閑和停機(jī)等工作模式,能更多的節(jié)約手機(jī)電能。
5、直接驅(qū)動(dòng):c8051f313可以直接驅(qū)動(dòng)16個(gè)大電流20ma的高亮led,無(wú)需其他電流驅(qū)動(dòng)芯片,節(jié)省了空間和成本。
6、ad采樣:c8051f313帶有17個(gè)模擬ad輸入io,其ad采樣為10位,采用速度為200k,能完全滿足閃信和計(jì)步器的需求。而且內(nèi)帶溫度傳感器,可以測(cè)試mcu芯片的環(huán)境溫度。
7、通訊功能:mcu提供了smbus(i2c)、uart、spi通訊功能,使模塊能與手機(jī)進(jìn)行可靠通訊:接收需要顯示的字符或者圖像數(shù)據(jù),還能接收計(jì)步器控制命令,回傳計(jì)步器的值等等;還可以將加速度的值傳入手機(jī)中,進(jìn)行其他的應(yīng)用開發(fā),如手機(jī)游戲、音樂擊鼓器等。
8、靈活的io管理:c8051f313內(nèi)帶crossbar功能,能將不同的功能管腳,按照一定的優(yōu)先級(jí)配置輸出到相關(guān)的io腳上;比如將4和5腳可以通過(guò)軟件設(shè)定為uart或者i2c功能管腳。
其軟件配置界面如圖:
四、彩色tft屏的rgb驅(qū)動(dòng)方案
在便攜式設(shè)備中往往會(huì)使用彩色的tft屏,在傳統(tǒng)上tft屏的背光是由白色led實(shí)現(xiàn)的,而白色的led實(shí)際上色彩是有偏差的,這樣導(dǎo)致屏的顏色發(fā)生失真或者不夠鮮艷。同時(shí)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng),led的亮度會(huì)變暗,這將導(dǎo)致這個(gè)屏的顯示效果明顯變暗,因此,下面的方案可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。
背光采用r,g,b三色的led,led發(fā)出的光組合成白光,通過(guò)一個(gè)color sensor來(lái)檢測(cè)光的亮度和色彩,送給一個(gè)帶有ad功能的小封裝單片機(jī),該單片機(jī)通過(guò)pwm輸出控制一個(gè)led驅(qū)動(dòng)芯片,led驅(qū)動(dòng)芯片完成對(duì)r,g,b三色led的控制,單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)led發(fā)出的光的色彩來(lái)調(diào)整pwm輸出,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)led色彩的控制。同時(shí)單片機(jī)通過(guò)一個(gè)i2c接口與主cpu通訊,接收主cpu對(duì)亮度調(diào)整的控制命令。
這個(gè)調(diào)整系統(tǒng)直接和tft屏集成在一起,這樣屏的生產(chǎn)廠商可以根據(jù)自己屏的特性來(lái)設(shè)計(jì)合理控制方法和其他功能,只需要定義好自己的屏的i2c接口就可以讓主cpu完成對(duì)屏的控制。而屏的色彩和亮度等總能夠保持在用戶設(shè)定的水平。主cpu在整個(gè)過(guò)程中無(wú)須干預(yù)屏的調(diào)整過(guò)程。而且主cpu也不需要支持pwm功能,因?yàn)檫@些功能被集成到了小尺寸mcu中。在tft彩屏的led驅(qū)動(dòng)中,一般選擇高性能的ams led driver,其color sensor芯片為avago hdjd-s722-qr999,用以檢測(cè)r、g、b三色的亮度。
五、彩色tft屏c8051f310方案
其c8051f310資源如下圖
該方案選擇了c8051f310,在彩色的tft屏驅(qū)動(dòng)中有以下優(yōu)點(diǎn):
1、小尺寸,lqfp32,該封裝非常薄,不會(huì)增加顯示屏的厚度。
2、有一個(gè)200k/10位/17通道的adc,可以檢測(cè)color sensor值,測(cè)試溫度和控制電流反饋。
3、有5個(gè)pca供選擇,對(duì)于控制rgb所需的三個(gè)pwm控制已經(jīng)足夠,而且pwm可以支持硬件直接輸出。
4、內(nèi)部flash可以在線自己修改,可以將led的特性,溫度和使用時(shí)間保存在內(nèi)部。同時(shí)也支持mcu的升級(jí)。
5、保密性好,所有的編程電路全內(nèi)置,一旦芯片被加密,無(wú)法通過(guò)編程接口來(lái)訪問(wèn)加密區(qū)域的內(nèi)容,可以可靠保護(hù)用戶的ip設(shè)計(jì)。
6、無(wú)需外部時(shí)鐘就可以直接工作。
手持顯示屏驅(qū)動(dòng)應(yīng)用例,如下圖:
六、總結(jié)
以上手機(jī)閃信和tft彩屏驅(qū)動(dòng)方案已經(jīng)被多家廠家和設(shè)計(jì)公司所采用,其silabs mcu優(yōu)越的性能,在設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用;世強(qiáng)電訊將會(huì)提供更多的技術(shù)解決方案,協(xié)助你共同完成各產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)。
評(píng)論