小尺寸單片機在便攜式設(shè)備中的應用

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來背光，同時需要檢測背光的效果，克服led亮度變暗的問題。mcu可以協(xié)助主處理器完成這些功能，達到很好的彩色tft屏的背光效果。

便攜式設(shè)備往往由多個公司共同提供模塊，需要mcu有好的保密功能。因此便攜式設(shè)備對mcu的要求，大都需要小尺寸，低功耗，實時快速響應，保密性好，成本低等優(yōu)點。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，同時便于mcu的編程和升級。

該文依次介紹了如下內(nèi)容：手機閃信和計步器介紹，手機閃信對mcu的需求，手機閃信中c8051f313的優(yōu)點，彩色tft屏的rgb驅(qū)動方案, 彩色tft屏c8051f310方案，小尺寸mcu在便攜設(shè)備中應用的優(yōu)勢等。

一、手機閃信和計步器介紹

1、手機中閃信功能

光線較暗的環(huán)境下，通過快速左右搖動手機，利用人類視網(wǎng)膜延時現(xiàn)象，造成視覺殘像，因而形成連續(xù)的光影信號，使觀看者視覺產(chǎn)生連續(xù)信息，這就是閃信的基本原理。實際處理中，處理器檢測加速度變化后，根據(jù)運動的加速度等在不同的時刻讓相應的led點亮或熄滅，讓人感覺到led中空中出現(xiàn)一幅完整的點陣圖像，一幅圖像或者一串文字在0.1秒內(nèi)顯示出來效果就會很好。

2、自動翻轉(zhuǎn)

因為重力加速度的原因，運動傳感器能檢測到重力加速度所加的方向，可以自動調(diào)整顯示字符的方向。

3、計步器功能

人在行走或者跑步過程中，其加速度與時間軸大致成為一個正弦波；利用加速度傳感器檢測運動的加速度，可以計算走了多少步，還可根據(jù)步幅進而估算所走的距離等。

二、手機閃信對mcu的要求

在該應用中，mcu需要采樣兩路加速度傳感器的輸入，進行計算分析，在不同時刻顯示相應的led，分析手機所持的方向，實現(xiàn)自動翻轉(zhuǎn)功能。分析加速度值，計算出持有者走了多少步。完成與手機間的通訊功能，接收手機發(fā)送過來的命令和顯示數(shù)據(jù)，回傳計步器的值等。

由于該模塊需要放入手機中，對模塊的尺寸有嚴格的要求，同時也需要小封裝能利于散熱。像手機這類的手持設(shè)備，對功耗有很高的要求，在手機加上閃信和計步器模塊后，不能因此縮短手機的工作時間。mcu能直接驅(qū)動瞬時大電流的多個io，比如能驅(qū)動16個電流為15~20ma的高亮led，而無需其他驅(qū)動芯片，能更好的節(jié)省空間和成本。模塊為適應不同手機的應用，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、手機閃信中c8051f313的優(yōu)點

在該應用中，我們選擇了c8051f313，其資源如上圖，很好的完成了該設(shè)計，該芯片有如下優(yōu)點。

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，同時內(nèi)置的編程控制電路可以阻止外部對flash的非法讀寫訪問；提供不需要連接計算機的手持式編程器，通過c2就可以對mcu進行編程和升級。

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時鐘周期內(nèi)執(zhí)行完畢，指令執(zhí)行速度可達到25mips，處理閃信和計步器已足夠。內(nèi)部可以設(shè)定中斷有14個，給軟件編程帶來了方便。

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等工作模式，能更多的節(jié)約手機電能。

5、直接驅(qū)動：c8051f313可以直接驅(qū)動16個大電流20ma的高亮led，無需其他電流驅(qū)動芯片，節(jié)省了空間和成本。

6、ad采樣：c8051f313帶有17個模擬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步器的需求。而且內(nèi)帶溫度傳感器，可以測試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，使模塊能與手機進行可靠通訊：接收需要顯示的字符或者圖像數(shù)據(jù)，還能接收計步器控制命令，回傳計步器的值等等；還可以將加速度的值傳入手機中，進行其他的應用開發(fā)，如手機游戲、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)先級配置輸出到相關(guān)的io腳上；比如將4和5腳可以通過軟件設(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)動方案

在便攜式設(shè)備中往往會使用彩色的tft屏，在傳統(tǒng)上tft屏的背光是由白色led實現(xiàn)的，而白色的led實際上色彩是有偏差的，這樣導致屏的顏色發(fā)生失真或者不夠鮮艷。同時隨著使用時間的增長，led的亮度會變暗，這將導致這個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問題。

背光采用r,g,b三色的led，led發(fā)出的光組合成白光，通過一個color sensor來檢測光的亮度和色彩，送給一個帶有ad功能的小封裝單片機，該單片機通過pwm輸出控制一個led驅(qū)動芯片，led驅(qū)動芯片完成對r,g,b三色led的控制，單片機通過檢測led發(fā)出的光的色彩來調(diào)整pwm輸出，進而實現(xiàn)對led色彩的控制。同時單片機通過一個i2c接口與主cpu通訊，接收主cpu對亮度調(diào)整的控制命令。

這個調(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)自己屏的特性來設(shè)計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在整個過程中無須干預屏的調(diào)整過程。而且主cpu也不需要支持pwm功能，因為這些功能被集成到了小尺寸mcu中。在tft彩屏的led驅(qū)動中，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)動中有以下優(yōu)點：

1、小尺寸，lqfp32，該封裝非常薄，不會增加顯示屏的厚度。

2、有一個200k/10位/17通道的adc，可以檢測color sensor值，測試溫度和控制電流反饋。

3、有5個pca供選擇，對于控制rgb所需的三個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，溫度和使用時間保存在內(nèi)部。同時也支持mcu的升級。

5、保密性好，所有的編程電路全內(nèi)置，一旦芯片被加密，無法通過編程接口來訪問加密區(qū)域的內(nèi)容，可以可靠保護用戶的ip設(shè)計。

6、無需外部時鐘就可以直接工作。

手持顯示屏驅(qū)動應用例，如下圖：

六、總結(jié)

以上手機閃信和tft彩屏驅(qū)動方案已經(jīng)被多家廠家和設(shè)計公司所采用，其silabs mcu優(yōu)越的性能，在設(shè)計中發(fā)揮了重要的作用；世強電訊將會提供更多的技術(shù)解決方案，協(xié)助你共同完成各產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)。