對可穿戴設備的不斷推動正在將個人轉變?yōu)樗麄冏约旱臄祿行模ㄩW存驅動器、移動 PC、傳感器陣列、醫(yī)療設備等。各種技術在可穿戴設計中爭奪輸入、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都具有獨特的優(yōu)勢，但不太可能將每種技術都作為用戶界面實現在單個可穿戴系統中。你可以對 3D 手勢識別、語音識別、觸摸面板、鍵盤、觸覺反饋系統等輸入技術說同樣的話。
因此，可穿戴計算機及其相關外圍設備的設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，當所有這些（和其他）技術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備，這些外圍設備不僅可以連接到其他可穿戴設備，還可以與網絡互連。
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，因此串行協議將用于有線網絡連接。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，因為射頻鏈路本質上是串行的。此處引用的所有部件和數據都可以在 Digi-Key 的網站上在線找到。
連接鏈接選項
雖然提供了許多外圍設備和連接鏈路，但過去 MCU 并不總是能夠跟上數據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 個外設使用同步實時數據傳輸。
作為 USB 的前身，它具有即插即用功能、唯一標識符和 NRZ 數據選通編碼技術，能夠以全雙工方式可靠地傳輸高達 400 Mbits/s 的串行數據。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 是串行協議介質的另一個示例，非常適合 PAN 應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 的數據速率，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和鏈接很容易獲得。以太網是一種成熟的串行鏈路協議，許多具有本地硬件的 MCU 加以太網系列都支持它（圖 1）。另請注意，基本傳感器和外圍設備可以使用簡單的 8 位 MCU 加以太網部件，例如WIZnet的基于 8051 的W7100A，它還具有用于本地按鈕、開關或傳感器系統的 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 的通信網絡中。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 獲取數據。）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。
以太網的一個優(yōu)點是其廣泛的支持、培訓和免費堆棧，可隨時集成到您的源代碼中。NXP在 Digi-Key 網站上提供了有關其以太網技術的視頻概述。還提供了一個產品培訓模塊，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備直接相互通信，而無需主機 CPU 的干預和監(jiān)控。以太網供電技術非常有用，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據鏈路為外圍設備提供 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 數據速率，最多支持 32 個物理端點。超低功耗內核（低至 20 ?A）使其非常適合電池供電的可穿戴應用，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，甚至時尚（圖 3）。這也可能使我們的顯示技術重量更輕，因為可以通過單個屏蔽雙導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。可以傳輸小數據包以提醒智能手機或平板電腦或任何具有云連接的設備。數據可以在醫(yī)療機構中傳輸、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據可以使用 UART 等低波特率鏈路，并通過電線、光學器件或射頻傳輸。
向前進
社會趨勢可以增強或壓制技術解決方案，而吸引大眾的解決方案將會成功。時尚和實用的設計已經出現（圖 3），而 JEDEC JESD204B 數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、外圍設備、傳感器和設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計人員使用標準串行接口為有線和無線應用開發(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計的可用微控制器范圍時，我們提供了簡單的低功耗數據采集傳感器 MCU 以及具有附加功能的高性能多核部件的示例。
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