在i.MX RT1010上使用FlexIO模拟IrDA

NXP管管

在i.MX RT1010上使用FlexIO模拟IrDA

在i.MX RT上有一个非常神奇的外设——FlexIO，用它可以模拟各种各样的串并型外设接口，例如UART、I2C、SPI等简单协议，还可以实现比较复杂的I2S接口协议，甚至是LIN总线或摄像头的接口。我们将陆续推出一系列介绍FlexIO实现各种接口协议的介绍文章。


上周介绍了模拟UART：

在i.MX RT1010上使用FlexIO模拟UART

一、FlexIO概述


本文介绍了如何在i.MX RT1010上使用FlexIO模拟IrDA协议。
尽管i.MX RT1010的LPUART同样支持IrDA协议的功能，但是当LPUART资源不够时，FlexIO模拟IrDA是一个备用选项。
FlexIO是NXP i.MX RT系列的一个片上外设。它是一个高度可配置的模块，能够仿真各种通信协议，例如UART，I2C，SPI，I2S等。用户还可以使用FlexIO生成PWM和PFM波形。
模拟IrDA，基本上是参考FLEXIO UART的功能，使用计时器来实现NRZ数据的编码和解码。

二、IrDA概述

IrDA是一种标准化的无线红外数据通信方法。为了降低误码率，应使用NRZ格式发送数据。同时，传输的数据应与载波混合。载波频率通常为38kHz。

图1. UART数据与NRZ格式数据关系图

下图中的电路显示了如何混合传输的数据和载波。红外接收器可以用来接收混合数据，经过接收器出来后的数据可以被MCU使用。

图2. IrDA发送电路

图3. IrDA接收电路

三、FlexIO模拟IrDA

3.1. 如何使用FLEXIO产生一个PWM载波

如图2所示，需要使用一个PWM信号作为载波。
PWM的频率通常是38kHz，占空比是50%。
恩智浦官网上有一篇应用笔记Generating PWM and PFM by using FlexIO介绍了如何使用FLEXIO产生PWM和PFM信号。读者可以参考这篇应用笔记去获取频率38kHz和50%占空比的PWM。

3.2. 如何使用FLEXIO配置一个NRZ数据编码器

在RT1010 SDK软件包中，有一个关于FLEXIO的例程：

flexio_uart_interrupt_transfer

NRZ数据解码器将会基于这个例程进行开发。

IrDA发送的数据是NRZ格式，NRZ格式与UART数据的关系如图1所示。

编码计时器将会被UART数据的下降沿触发。当编码计时器被下降沿信号触发后，NRZ数据输出管脚将会产生一个固定脉宽的脉冲。因此，编码计时器需要配置为 PWM模式。下面为编码计时器的具体配置：

triggerSelect: Triggered by FLEXIO UART TX pin
triggerSource: Internal trigger
triggerPolarity: Trigger Polarity is Active Low
pinConfig: Pin output
pinPolarity: Pin Polarity is Active High
pinSelect: The NRZ data output pin
timerMode: Dual 8Bit PWM
timerOutput: Never Reset
timerDecrement: Decrement counter on FlexIO clock, Shiftclock equals Timer output
timerDisable: Timerdisabled on Timer compare
timerEnable: Timerenabled on Trigger high
timerReset: Timer never reset
timerStart: Start bit disable
timerStop: Stop bit is enabled on timerdisable

此外，脉冲信号的频率和占空比同样需要进行配置。

脉冲的占空比通常是3/16的PWM周期。PWM的频率应该与UART信号的波特率相同。

FLEXIO中的比较寄存器(CompareRegister)决定了这个脉冲信号的占空比和频率。

编码计时器工作在Dual 8 bits模式，低8位决定PWM的高电平时间，而高位决定低电平时间。

对于详细的配置方法，可以参考RT1010 FLEXIO PWM例程：

boards\evkmimxrt1010\driver_examples\flexio\pwm

图4展示了UART发送数据（发送的数据为字符U）与NRZ格式数据的时序关系。

图4. CH3是UART发送的原始数据，

CH2是完成编码后的NRZ格式数据

3.3. 如何使用FLEXIO配置一个NRZ数据解码器

当IrDA信号被红外接收电路处理后，NRZ格式数据被送到FLEXIO的输入引脚。此时，一个解码计时器被用来把NRZ格式数据转换成UART常用的TTL电平数据。
正如图1所示，解码计时器应该在NRZ数据的上升沿被触发。
下面的配置可以实现这个功能：
triggerSelect: Triggered by FLEXIO IRDA RX pin
triggerSource: Internal trigger
triggerPolarity: Trigger Polarity is Active High
pinConfig: Pin output
pinPolarity: Pin Polarity is Active Low
pinSelect: The FLEXIO UART RX pin
timerMode: Dual 8Bit BaudMode
timerOutput: Never Reset
timerDecrement: Decrement counter on FlexIO clock, Shiftclock equals Timer output
timerDisable: Timerdisabled on Timer compare
timerEnable: Timerenabled on Trigger high
timerReset: Timer reset on Trigger risingedge
timerStart: Start bit disable
timerStop: Stop bit disable

解码计时器的比较寄存器中的低八位数据可以用如下公式计算：
CMP[7:0] = FLEXIO_CLOCK_FREQUENCY /BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE  - 1

图5. CH2是NRZ格式数据，

CH4是经过NRZ解码器后的数据

3.4. NRZ编解码总结

图6是NRZ数据的编码和解码的全部流程。

除此之外，图7和图8展示了详细的编码和解码的触发时序。对于图7和图8示波器中每一个通道的物理意义，可以在图6中找到介绍。

图7. NRZ 数据编解码触发时序图

图8. NRZ 数据编解码触发时序图

四. 如何在RT1010 EVK上开发IrDA？

硬件设置:

CH2: 经过编码器发送的NRZ数据，需要使用飞线将R1820的二号焊盘与J26-8相连接

CH3: 发送的UART原始数据

CH4: 结果过解码器收到的UARTRX数据

使用示波器连接如图9所示的测试点，以完成硬件设置准备。

图9. 硬件设置示意图

软件设置：


软件使用IAR工具链，基于RT1010 SDK2.6.1中的 flexion_uart_polling_transfer进行开发。
使用附件中的文件替代pin_mux.c and flexio_uart_polling_transfer.c。然后将程序编译下载到EVK的Flash内，使用IAR的watch功能改变IRDA的数值, 接着ch的数值将会发生改变并且与IRDA一致。
此外还有一个方法可以进行观察ch数值的变化，连接J26-4和J31-1，打开串口助手并将波特率配置为115200，对应的ch数值将会被打印在串口助手上。

图10. 如何改变发送数据的内容

好了，如何在i.MX RT1010上使用FlexIO模拟IrDA就介绍到这里，随后将陆续介绍模拟LIN总线、SPI总线等内容。







作者：Lucas@NXP      文章出处：恩智浦MCU加油站

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