對可穿戴設(shè)備的不斷推動正在將個人轉(zhuǎn)變?yōu)樗麄冏约旱臄?shù)據(jù)中心,，包括閃存驅(qū)動器、移動 PC,、傳感器陣列,、醫(yī)療設(shè)備等。各種技術(shù)在可穿戴設(shè)計中爭奪輸入,、輸出、連接性和功能,。例如,，TFT、虛擬視覺護目鏡,、微型投影儀,、3D 顯示器和全息顯示系統(tǒng)都具有獨特的優(yōu)勢，但不太可能將每種技術(shù)都作為用戶界面實現(xiàn)在單個可穿戴系統(tǒng)中,。你可以對 3D 手勢識別,、語音識別、觸摸面板,、鍵盤,、觸覺反饋系統(tǒng)等輸入技術(shù)說同樣的話。
因此,，可穿戴計算機及其相關(guān)外圍設(shè)備的設(shè)計人員必須做出選擇,。所有處理功能是否都存在于一個地方，還是分布在我們周圍的各個節(jié)點中,？也許,，最終，當(dāng)所有這些（和其他）技術(shù)都以最低的成本提煉到最高的功能和可靠性時,，單一的全能設(shè)備可能會成為流行的選擇,。在那之前,，依靠使用獨立的外圍設(shè)備，這些外圍設(shè)備不僅可以連接到其他可穿戴設(shè)備,，還可以與網(wǎng)絡(luò)互連,。
本文著眼于具有為計算機和 PAN 創(chuàng)建可穿戴接線盒所需功能的微控制器。由于布線和接觸點會影響價格和可靠性,，因此串行協(xié)議將用于有線網(wǎng)絡(luò)連接,。具有豐富串行連接的微型計算機可以成為理想的接線盒通信聚合器。有線和無線連接都是如此,，因為射頻鏈路本質(zhì)上是串行的,。此處引用的所有部件和數(shù)據(jù)都可以在 Digi-Key 的網(wǎng)站上在線找到。
連接鏈接選項
雖然提供了許多外圍設(shè)備和連接鏈路,，但過去 MCU 并不總是能夠跟上數(shù)據(jù)密集型通信的高速鏈路的速度,。例如，早在 1980 年代,，Apple 就認識到需要為高清音頻和視頻制定高速串行總線標準,。IEEE 1394 FireWire 接口就是這樣，在樹形或菊花鏈配置中為多達 63 個外設(shè)使用同步實時數(shù)據(jù)傳輸,。
作為 USB 的前身,，它具有即插即用功能、唯一標識符和 NRZ 數(shù)據(jù)選通編碼技術(shù),，能夠以全雙工方式可靠地傳輸高達 400 Mbits/s 的串行數(shù)據(jù),。它還執(zhí)行仲裁，可以使用最長 72 m 的電纜,。然而,，它的 261 項專利由 10 家公司持有，許可和特許權(quán)使用費阻礙了廣泛采用,。祝你好運找到任何完全原生支持 FireWire 的微控制器,。（注意：Texas Instruments確實為 IEEE 1394 提供TSB43AB22A鏈路層控制器，但它旨在用作 PCI 到 FireWire 接口）,。
Toslink 是串行協(xié)議介質(zhì)的另一個示例,，非常適合 PAN 應(yīng)用的高清音頻和視頻。強大而靈活的光纖鏈路支持高達 250 Mbits/s 的數(shù)據(jù)速率,，并且不受周圍電子噪聲的影響,。東芝TODX2402（F）等收發(fā)器提供小型可靠連接，并且電纜也很容易獲得,。
雖然直接 FireWire 和 Toslink 接口不是微控制器自帶的,，但其他隨時可用的串行外設(shè)和鏈接很容易獲得。以太網(wǎng)是一種成熟的串行鏈路協(xié)議，許多具有本地硬件的 MCU 加以太網(wǎng)系列都支持它（圖 1）,。另請注意,，基本傳感器和外圍設(shè)備可以使用簡單的 8 位 MCU 加以太網(wǎng)部件，例如WIZnet的基于 8051 的W7100A,，它還具有用于本地按鈕,、開關(guān)或傳感器系統(tǒng)的 UART 和 GPIO。
圖 1：將專用通信硬件嵌入芯片后,，即使是簡單的 8 位處理器也可以鏈接到 PAN 的通信網(wǎng)絡(luò)中,。這意味著低成本的微型器件可用于簡單的傳感器和功能。
NXP Semiconductor通過基于 72 MHz ARM7 的LPC2468FBD208,，551 MCU（圖 2）等部件提供 16/32 位串行接線盒功能,。作為公司LPC2400系列的一員，這些部件混合了 CAN,、I?C,、SPI、SCI 和 UART,，可以通過有線或無線方式與低帶寬外設(shè)和傳感器連接,。（請注意，許多 RF 收發(fā)器芯片可以從 UART,、I?C,、SPI 或 USB 獲取數(shù)據(jù)。）其他系列成員也具有 CAN,、IrDa,、Microwire 和 USB OTG 連接。
圖 2：NXP LPC2468FBD208,，551 MCU 的框圖。
以太網(wǎng)的一個優(yōu)點是其廣泛的支持,、培訓(xùn)和免費堆棧,，可隨時集成到您的源代碼中。NXP在 Digi-Key 網(wǎng)站上提供了有關(guān)其以太網(wǎng)技術(shù)的視頻概述,。還提供了一個產(chǎn)品培訓(xùn)模塊,，可幫助將 8 位和 16 位處理器遷移到 LPC ARM 處理器。
以太網(wǎng)的另一個不錯的特性是小型,、可穿戴,、低功耗、多端口交換機和路由器可用于讓外圍設(shè)備直接相互通信,，而無需主機 CPU 的干預(yù)和監(jiān)控,。以太網(wǎng)供電技術(shù)非常有用，它可以從交換機和路由器為端點供電。像凌力爾特 LTC4274IUHF#PBF這樣的部件可以讓這些高速串行數(shù)據(jù)鏈路為外圍設(shè)備提供 25 W 的功率,。
就用于串行連接的高速,、自供電、仲裁,、緊湊和支持良好的微控制器而言,，USB 處于最前沿。USB受到數(shù)千個8 位,、16 位和32 位性能級別的微控制器的支持,，在用作可穿戴 PAN 處理器和外圍設(shè)備的低速和高速串行鏈路時具有多種優(yōu)勢。
看看基于賽普拉斯ARM9 的 USB 控制器,，它支持 USB 版本3,。CYUSB3014-BZXC等部件支持高達 5 Gbit/s 的 USB 3.0 數(shù)據(jù)速率，最多支持 32 個物理端點,。超低功耗內(nèi)核（低至 20 ?A）使其非常適合電池供電的可穿戴應(yīng)用,，并且與EZ USB FX3系列中的其他器件一樣，該器件還具有 UART,、SPI,、I?C 的完美組合和 I?S 串行音頻主發(fā)送器功能。
PAN 外圍設(shè)備要求
我們的可穿戴計算機的所有部件都需要電源和信號,，在某些情況下,，電池供電的獨立無線和有線解決方案都是最好的。如前所述,，顯示技術(shù)可以從可穿戴主機的小型,、薄型、有線高速串行鏈路中受益,，只要它舒適,、實用，甚至?xí)r尚（圖 3）,。這也可能使我們的顯示技術(shù)重量更輕,，因為可以通過單個屏蔽雙導(dǎo)體鏈路傳輸功率和信號。
另一方面,，心臟監(jiān)測器必須留在我們身上,，并且每天 24 小時都處于活動狀態(tài)。它可能需要一個可熱插拔的電池組,，因為它必須處于活動狀態(tài),，即使在我們睡覺時也是如此。它還需要是無線的,，因為我們不想在睡覺時連接到收發(fā)器,。
注意：此無線鏈路不必是高速大功率鏈路,。可以傳輸小數(shù)據(jù)包以提醒智能手機或平板電腦或任何具有云連接的設(shè)備,。數(shù)據(jù)可以在醫(yī)療機構(gòu)中傳輸,、存儲和訪問。
另一個例子是可穿戴計步器,，它使用加速度計感應(yīng)和記錄運動,，以確定我們跑了多少英里。由于我們不會在睡夢中跑步,，因此它可以在晚上放在充電座中并儲存足夠的電量,，無需電源線即可運行一整天。收集到的相對少量的數(shù)據(jù)可以使用 UART 等低波特率鏈路,，并通過電線,、光學(xué)器件或射頻傳輸。
向前進
社會趨勢可以增強或壓制技術(shù)解決方案,，而吸引大眾的解決方案將會成功,。時尚和實用的設(shè)計已經(jīng)出現(xiàn)（圖 3），而 JEDEC JESD204B 數(shù)字串行接口等新的連接標準可能會得到廣泛接受,。與我們的 PAN 的云連接將是蜂窩 3G/4G/5G 等,。但是，我們的處理器,、外圍設(shè)備,、傳感器和設(shè)備的本地連接將是有線和無線串行鏈路的組合。幸運的是,，正如我們所展示的,，有幾個性能和功能豐富的處理器可以完成繁重的工作。
總之,，本文展示了這些部件和資源可供設(shè)計人員使用標準串行接口為有線和無線應(yīng)用開發(fā)用于計算機和 PAN 的可穿戴接線盒,。在檢查準備好支持這些設(shè)計的可用微控制器范圍時，我們提供了簡單的低功耗數(shù)據(jù)采集傳感器 MCU 以及具有附加功能的高性能多核部件的示例,。
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