飞思卡尔芯片的嵌入式应用

飞思卡尔芯片的嵌入式应用
飞思卡尔（英语：Freescale Semiconductor）是美国的半导体生产厂商。

飞思卡尔于2004年由原摩托罗拉的半导体部门组建。

飞思卡尔的主要产品为面向嵌入和通讯市场的芯片。

其产品包括：
微控制器（Kinetis ARM® MCU、
Qorivva(5xxx)32位Power Architecture MCU、
MAC57Dxxx 32位ARM® MCU、
ColdFire+/ColdFire 32位MCU、
8位MCU、
16位MCU、
数字信号控制器、
MCU编程中心）、
处理器（i.MX ARM®应用处理器
Vybrid ARM®控制器解决方案
QorIQ处理平台
PowerQUICC通信处理器
Power Architecture主处理器
图像识别处理器
加密协处理器
StarCore高性能DSP
DSP56K/Symphony DSP）、
模拟技术与电源管理、
射频、
传感器
嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置（Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）”。

嵌入式系统包括：
1、嵌入式微控制器（16位、8位、以及8位以下的CPU，典型代表就是单片机）
2、嵌入式微处理器（32位，以及32位以上的称为处理器，典型为ARM核的处理器）
3、DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理器）
4、SOC（System on Chip，片上系统，就是把所有的模块都做到一块芯片上）
飞思卡尔芯片的嵌入式应用实例：
一、飞思卡尔为未来智能电网开发解决方案：
飞思卡尔不仅提供智能仪表设计所需要的芯片产品，而且提供完美解决方案。

对于公共事业单位如供电厂来说，如何优化配电基础设施，防止可能出现的大面积停电，以及如何有效的为最终用户提供能源服务，都需要智能仪表。

在计量大会上，飞思卡尔展示了其单相电表、PLM（电力线调制）等解决方案，如图所示。

在抄表方案中，飞思卡尔最常用的器件有两种，一种是标准器件MCU，另一种是同时具有
数字信号处理功能和控制功能的
器件DSC。

与同行相比，飞思卡尔
的智能计量解决方案更容易入门，
通常把软件集成到硬件中，降低
了用户再次开发的难度。

对于
PLM抄表，基于ZigBee的智能仪
表MCI13224V PiP能够监控单个
电源插座/开关的电能使用。

基于
OFDM PLM 32位MCU的计量系统
则可用于楼宇控制，是基于
ColdFire VI内核的先进智能计量系统。

智能计量是向“更有效电网”目标迈出一大步，这一目标与飞思卡尔核心的嵌入式系统和连通性技术有着密切关系。

二、基于飞思卡尔低功耗射频芯片MC13192的无线语音网关
VoIP是当今热门技术，而越来越多的用户提出了在VoIP 网络的用户侧一端构建起无线
网络，传统意义上的VoIP终端充当VoIP网关的方案。

当前许多解决方案采用了蓝牙或其他技术，不难发现这些技术均有成本高，技术复杂等缺点。

飞思卡尔MC13192是一款低功耗的射频芯片，具有低成本、低功耗、性能稳定等优点，适用于低速率无线网络的射频芯片。

用户可以通过该芯片及zigbee协议栈实现无线网络的构建，该技术已经被普遍用于家电控制。

利用此技术实现VoIP 两路语音通信的方案，是无线语音网络的一种新的低成本、低功耗的解决方案。

MC13192 简介：飞思卡尔MC13192收发器是一个典型的ZigBee产品。

芯片采用16通道、2.4GHz的频带，数据速率为250kb/s。

它们可与3 2 位嵌入式控制器( 如飞思卡尔的MCF523x 系列)协同使用。

MC13192 采用标准的4 线SPI 及7 根GPIO 与MCU 通信，MCU 可以通过对SPI的读写来设置及获取MC13192的寄存器，还可以通过对特定GPIO 的电平设置来将MC13192 的特定引脚置高或者拉低。

MC13192 同32 位嵌入式处理器的
通信
为了实现MC13192 同MCU 的正常通
信，必须首先配置相关引脚的方向及功能，
引脚的配置分为三部分：QSPI的初始化、
GPIO 的初始化以及中断引脚的配置。

就完
成了射频芯片和MCU 的引脚联接，可以进
行下一步的设计。

IEEE 802.15.4协议MAC层的实现
由于本方案需要通过射频芯片来进行语音
数据的传输，因此需要一个可靠的MAC层
协议的支持，可以采用IEEE802.15.4协议
的一部分来满足本方案的要求，由于
MC13192包含4个定时器，因此可以利用
这4个定时器来划分时槽从而实现时分复
用。

网络结构设计
两个手持设备通过无线
网络与网关进行通信，
网关通过有线网络连接
到因特网。

手持设备可
以同时与外界进行通话。

MAC 协议设计
本方案采用时槽的方式实现两路语音的复
用，因此需要手持设备和网关之间时槽的严
格同步。

根据协议，每16个时槽作为一个超
帧，网关在每个超帧的第一个时槽发送
Baecon帧，第2到第8时槽是竞争时槽，因
此在本方案中保留这7个时槽，第9到第16
时槽是无竞争时槽，用于时分复用，在本方
案中，将8个时槽分为4部分，分别用于两
个手持设备的上下行
数据传输
MC13192 自带有4 个定时器，每个定时器定时结束时产生一个中断，可以通过MC13192
中断状态寄存器获知中断源，例如，当定时器1
定时结束，则会产生一个中断，此时的中断状态
寄存器的第9位被置高，因此在中断服务程序中
加入对定时器中断的处理，可以实现时槽的划分，
并且根据当前的时槽数来决定数据的收发，可以
实现MAC 层协议所要求的功能。

MC13192 与语音编解码器及网络设备的
协同工作
基于MC13192的zigbee电话项目中。

经过实际
测试，在40M 范围内，可以实现无误码通信，
通话质量优良。

相对于基于其他技术的同类方案，本方案具有低成本、低功耗等优点，是一种比较有经济和技术价值的设计
二、基于飞思卡尔单片机的微型热敏打印机的设计与实现
常用的微型针式打印机速度慢、噪声大, 无法满足某些场合的需要。

微型热敏打印机具有打印速度快、噪音低、可靠性高、字迹清晰、机头小而轻等优点, 可满足各种场合的打印要求, 因此得到广泛应用。

在一些汽车行驶记录仪的开发过程中, 根据要求, 选用较为先进的热敏打印机作为打印设备。

但微型热敏打印头对打印时序和温度要求较高, 一旦控制不当极易造成打印头烧毁, 其控制系统的软硬件设计较复杂。

本部分介绍选用FTP- 628 系列热敏打印头开展以下研发工作。

系统组成
本部分介绍的微型热敏打印机主要由主控器件、步进电机驱动模块、热敏打印头过热保护模块、热敏打印头缺纸检测模块、RS- 232 通
信模块和供电模块等部分组成。

系统的结构
框图如图1所示。

其中步进电机驱动模块
负责控制打印纸走纸及走纸速度; 热敏打印
头过热保护模块防止热敏打印头温度过高损坏;
热敏打印头缺纸检测电路完成热敏打印头是否有
纸检测; RS- 232 通信模块实现打印机与汽车行驶
记录仪之间的通信; 供电模块给控制电路及
热敏打印头供电。

热敏打印工作原理
热敏打印头FTP- 628 的框图如图2 所示。

该热敏打印头点结构为384 点/行, 水平
方向点密度为8点/mm, 垂直方向行间距:
8 点/mm。

有效打印宽度48 mm。

打印速
度最大为60 mm/s[1]。

当接通热敏打印机
电源(+12 V), 供电模块输出+5 V 用于所有控制电路, 还输出用于热敏头加热
印字的+7.2 V 电压, 将其与打印头VH 相连。

在时钟CLK 的配合下, 打印数据经数据输入DI 引脚移入热敏打印头内部的移
位寄存器中。

当CPU 将一行384 位数据
全部移入移位寄存器后, CPU 将热敏打
印头内部锁存端LAT 置为低电平, 移位寄存器的数
据被锁存到锁存器; 然后CPU 将热敏头加热控制信
号STB 置为高电平, 此时根据384 点输入的数据是
1 或0 决定发热元件是否发热, 由此在热敏纸上产
生要打印的点行。

硬件设计
主控器件
采用Freescale 公司S12 系列
单片机中的
MC9S12D64 作为主控器件。

该器件
是一款性能优良的单片机, 包含一个
16 位中央处理单元、64 KB
Flash、4 KB RAM、1 KB EEPROM、两个异步串行通信接口和一个同步串行接口等丰富资源[2], 能够满足本设计的需求。

该器件具有良好的稳定性, 使得打印机能够在恶劣的工业现场使用。

热敏打印头过热保护模块
热敏打印头加热时间一般为 1 ms, 连续加热超
过1 s 后, 很容易烧毁热敏头, 所以必须对热敏
打印头添加过热保护电路。

步进电机驱动模块
本系统采用LB1836M 进行驱动。

LB1836M是低饱和、双通道双向电机驱动器件, 常
用于微型打印机、相机等便携设备。

图4 给出步进
电机的驱动电路
数据加载
数据加载即将内存缓冲区的数据输出到热敏打印头的移位寄存器中, 然后进行打印。

由于本设计采用的主控器件带有串行外围接口(SPI), 所以将SPI 用于数据加载。

使用SPI 加载数据, 不但电路比硬件方式数据移位简化, 而且较I/O 口模拟串行数据传输的时序移位速度更快, 从而整体提高了打印机性能。

软件设计
本热敏打印机的软件设计主要是通过RS- 232通信模块接收由汽车行使记录仪传来的数据, 并判断数据类型。

当接收到数据时, 首先要判断是命令字还是字符数据。

如果是命令字, 则打印机按照命令动作, 如果是字符数据, 则进入打印状态。

进入打印状态后, 寻找要打印字符的首地址, 按照该字符的规范, 从字库中取出打印点阵放入SPI 数据寄存器, 并传输到热敏打印头的移位寄存器, 按行打印,走纸。