智能手机Quick-Jack-解决方案-中文

AN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案Rev.1.0—16May2014应用笔记文件信息信息内容关键字LPC8xx,LPC800,LPC812,SmartphoneQuick-Jack,HiJack,MCU,Mobilephone,Headset,Audio,smartphone摘要这份应用笔记描述基于NXPLPC800智能手机的Quick-Jack解决方案。NXP智能手机Quick-Jack解决方案将智能手机标准的3.5mm的立体音频接口变成一个自供电的数据通道，使得这些设备只要简单地插入到耳机插座，通过音频接口与手机进行通讯。NXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May20142of34ContactinformationFormoreinformation,pleasevisit::[e-mail]修订历史版本日期描述1.020140516第一版NXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May20143of341.前言这份应用笔记描述基于NXPLPC800智能手机的Quick-Jack解决方案。在下面简单的介绍后，还将详细介绍以下主题：•Quick-Jack基本原理•Quick-Jack硬件介绍•Quick-Jack软件介绍•测量&波形•NXPQuick-Jack快速启动指导•编译和烧录LPC812固件•Quick-Jack智能手机兼容性1.1NXP智能手机Quick-Jack解决方案受到密歇根大学HiJack项目启发，NXP智能手机Quick-Jack解决方案将智能手机标准的3.5mm的立体音频接口变成一个自供电的数据通道，使得这些设备只要简单地插入到耳机插座，通过音频接口与手机进行通讯。Quick-Jack演示板整合了一个操纵杆、温度传感器、LED灯和扩展接口。智能手机上运行的应用可以通过Quick-Jack接口与演示板上的外设连接。Quick-Jack的主要特点：•演示板使用低功耗的TSSOP20封装的LPC812微控制器作为控制核心•演示板由智能手机或纽扣电池供电•演示板上集成了SE98I2C温度传感器•演示板上带有4盏可由智能手机控制的LED灯•读取演示板上操纵杆的输入•提供支持iOS和Android智能手机的应用•扩展接口支持更多的LPC800GPIO引脚•演示板上带有标准的ARMSWD调试接口(10针,1.27mm)TheNXPQuick-Jack解决方案在iPhone4、iPhone4S、iPhone5、iPhone5S和SamsungGalaxyS3智能手机上通过了测试和验证。NXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May20144of34Fig1.NXPQuick-Jack解决方案1.2LPC800LPC800是基于ARMCortex-M0+内核,低成本32-bitMCU系列，CPU频率能达到30MHz。LPC800支持高达16kBflash和4kBSRAM。LPC800的外设只要包括：1个CRC引擎，一个I2C接口，高达3个USART接口，高达2个SSP接口，一个多码率的定时器，一个自我唤醒的定时器，一个可配置的状态定时器，一个比较器，带有支持I/O端口功能配置的矩阵式开关，一个输入模式匹配引擎和高达18路普通I/O引脚。由于LPC800低功耗的性能，LPC800是Quick-Jack解决方案的理想的微控制器。NXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May20145of342.Quick-Jack基本原理Quick-Jack解决方案通过智能手机标准的3.5mm立体音频接口实现了智能手机与LPC800微控制器之间的通讯。这一章节阐明Quick-Jack的物理接口和线路编码。2.1物理接口智能手机中有两种标准的耳机接口，OMTP和CTIA。这两种标准的主要区别是MIC和GND信号是相反的，如图Fig2所示。NXPQuick-Jack解决方案兼容这两种标准。硬件自动识别耳机接口并进行对应硬件配置。Fig2.两种主要的耳机接口2.2能量传输Quick-Jack演示板必须支持由智能手机进行供电。为了实现这特点，其中一个音频声道被专用于能量传输，一个恒定不变的音频数据流持续不断地提供给Quick-Jack演示板上的能量采集回路。这个能量采集回路将来自音频接口的低电压AC信号转变成稳定的DC信号并提供给数字电路。NXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May20146of34Fig3.手机端供给Quick-Jack演示板的能量传输2.3曼彻斯特(Manchester)线路编码NXPQuick-Jack解决方案使用曼彻斯特编码来实现智能手机和LPC800微控制器间的通讯。曼彻斯特编码总会在每一位的中点产生一个边沿跳变，在每一位的开始位置也可能会有一个边沿跳变（这决定于传输的数据）。在每一位中点的跳变方向表明数据。在位传输的边沿所产生的跳变并不表明数据信息。它们的存在只是让信号处于正确的状态以便允许每一位中点的跳变。存在有保证的跳变允许信号能自同步，并且允许接收者能正确地匹配数据；如果数据不匹配，接收者能通过识别每一位中点，即在每一位的周期里不会一直有一个跳变。曼彻斯特编码的主要特点：•每一位数据的传输时间都是固定的（周期性）。•“0”由低至高的跳变表示，“1”由高至低的跳变表示(按照G.E.Thomas'协定—按照IEEE802.3协定,与前者相反)。NXPQuick-Jack使用IEE802.3协定。•在每个周期的中点的跳变意味着数据0或1的产生。•在每个周期的起始点的跳变不表示数据。Fig4用图示法解析曼彻斯特线路编码。EnergyHarvester3VTyp.650mV来自智能手机的低压的音频信号Quick-Jack演示板能量采集回路升压DCNXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May20147of34Fig4.曼彻斯特编码NXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May20148of343.Quick-Jack硬件介绍这一章节详细描述Quick-Jack解决方案的硬件。尤其是以下内容：•硬件框图•Quick-Jack原理图解析3.1硬件框图Fig5NXPQuick-Jack解决方案硬件框图Fig5.Quick-Jack硬件框图3.2Quick-Jack原理图解析Quick-Jack硬件原理图可以大致分为以下几个部分：•电源•音频接口MIC/GND自动连接回路•音频通讯回路•LPC812微控制器•I/O设备(LED灯、操纵杆和温度传感器)•连接器(耳机插头、SWD调试接口、扩展接口)下面段落将对每一个部分进行简要的介绍。OUT-ROUT-LMIC/GNDGND/MICEnergyHarvesterLPC812SignalConditioningMIC/GNDAuto-Detect&Auto-SwitchSignalConditioningLDOMIC3V3GPIOGPIOJoystickLEDsGPIOI2CTemperaturesensorCortexM0+ExternalInterface(GPIO,SPI,I2C,...)NXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May20149of343.2.1电源Quick-Jack演示板支持两种供电方式：•通过音频接口的右声道供电（例如：由智能手机供电）。•通过板载的纽扣电池供电。通过两组跳帽分别地连接或断开两个供电源。默认下，两个供电源均连接。电源的四个主要部分：•二极管电压倍压器(Fig6)。这个回路将来自音频接口的电压提升6倍（右声道，典型峰峰值650mV）。这是主要的动力源。•纽扣电池(Fig7)。纽扣电池是第二供电源，用于Quick-Jack需求更大的电流时，比如：传感器运行功耗高于音频接口供电源。同时，有极少数的智能手机没有足够的电力供给Quick-Jack演示板，在这种情况下，建议纽扣电池同时作为供电源使用。•供电电源选择(Fig8).两组跳帽分别连接或断开主次供电源。详细跳帽连接设置请参考6.4.跳帽设置章节。.•LDO(Fig9).LDO调节输入电压（无论来自二极管倍压器或纽扣电池）使之稳定在3.3V。LDO只有在输入使能引脚上为高电平时才开始工作。这个回路被设计成只有连接到手机的音频接口时才会使能LDO，当Quick-Jack不使用时，可降低电池的损耗。Fig6.二极管倍压器，主要的供电源Fig7.纽扣电池，次要的供电源NXPSemiconductorsAN11552NXP智能手机Quick-Jack解决方案AN11552Allinformationprovidedinthisdocumentissubjecttolegaldisclaimers.©NXPB.V.2014.Allrightsreserved.应用笔记Rev.1.0—16May201410of34Fig8.选择供电源的跳帽Fig9.LDO和LDO使能回路3.2.2音频接口MIC/GND自动连接回路正如2.1.物理接口章节提及，有两种主要的耳机接口标准用于智能手机。主要的不同在于这两种标准的MIC和GND在插接头的位置是相反的。为了自动支持两种标准，使用一个二级回路：•第一，一个比较器回