基于ARM S3C2410的PDA人機接口電路 - 全文

　　引言

　　PDA（個人數(shù)字助理）實際上是一種比筆記本電腦還要小得多的手持式電腦，這種手持設(shè)備兼有計算、網(wǎng)絡(luò)、傳真、電話等多種功能，使得個人信息管理變得尤為方便，網(wǎng)上沖浪、收發(fā)電子郵件都可以通過無線方式解決。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，具有耗電少、亮度高、體積小等特點的LCD（液晶顯示器）被廣泛應(yīng)用于PDA系統(tǒng)中。

　　S3C2410是三星公司設(shè)計的32位RISC（精簡指令集計算機）嵌入式處理器。該芯片基于ARM920T、內(nèi)核，集成了眾多的常用資源，如LCD控制器、SDRAM控制器、1個觸摸屏接口、2個SPI接口等，內(nèi)核最高工作頻率可達(dá)266 MHz。適用于信息家電、智能電話、平板（Tablet）電腦、PDA、移動終端等領(lǐng)域。

　　1 S3C2410 LCD控制器的電路設(shè)計

　　1.1 S3C2410的LCD控制器

　　S3C2410的LCD控制器用來傳輸圖像數(shù)據(jù)并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，該控制器由REGBANK（控制寄存器組）、LCDCDMA（專用DMA）、VIDPCS（視頻信號處理單元）、LPC3600和TIMEGEN（時序信號產(chǎn)生單元）組成。其中：REGBANK包含17個可編程寄存器和幾個256×16的調(diào)色板存儲器，用來配置LCD控制器，并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)；LCDCDMA提供了視頻信號的快速傳輸通道，自動通過系統(tǒng)總線從系統(tǒng)幀緩存中取出視頻數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)揭曨l信號處理單元；VIDPCS將專用DMA中取出的信號進(jìn)行整形并提高驅(qū)動能力等處理后，輸出到外部數(shù)據(jù)端口VD［23：0］；TIMEGEN和LPC3600產(chǎn)生LCD屏所需要的控制時序。

　　S3C2410 LCD控制器可以產(chǎn)生用于控制TFT-LCD的時序信號，主要包括VCLK（像點時鐘）、VDEN（數(shù)據(jù)有效信號）、VSYNC（垂直同步信號）、HSYNC（水平同步信號）、LEND（行結(jié)束信號）及LCD_PWREN（液晶屏使能信號）。其中：VCLK信號是LCD控制器和LCD驅(qū)動器的像素時鐘信號，LCD控制器在VCLK信號的上升沿處將數(shù)據(jù)送出，在VCLK信號的下降沿處被LCD控制器采樣；VSYNC信號是垂直同步信號（也稱幀同步信號），用來指示新的一幀圖像的開始；HSYNC信號是水平同步信號（或行同步信號），用來給出新的一行掃描信號的開始；VDEN信號是數(shù)據(jù)使能信號；LEND信號是行掃描結(jié)束信號，LCD驅(qū)動器在每掃描一行像素后給出該信號；LCD_PWREN信號用來控制LCD控制器的開或關(guān)，以便降低功耗，它需要LCD控制器硬件設(shè)計的支持。

　　1.2 S3C2410的LCD控制器寄存器操作和設(shè)置

　　S3C2410的LCD控制器內(nèi)部設(shè)有較多的寄存器，其中與時序信號高度相關(guān)的寄存器位于寄存器組中的LCDCON1／2／3／4／5。本系統(tǒng)設(shè)計的LCD驅(qū)動器需要LCD控制器給出VCLK、VDEN、LCD_PWREN和VD［23：0］信號。VCLK信號依賴于LCDCON1寄存器中CLKVAL和S3C2410的HCLK的取值，具體公式為： VCLK（Hz）=HCLK／［（CLKVAL+1）×2］

　　VSYNC和HSYNC的產(chǎn)生依賴于LCDCON2／3寄存器及HOZVAL和LINEVAL的配置，其中：

　　HOZVAL=水平像素數(shù)-1

　　LINEVAL=垂直顯示尺寸-1

　　幀頻率VSYNC與LCDCON1／2／3／4寄存器中的VSPW、VBPD、VFPD、LINEVAL、HSYNC、HBPD、HFPD、HOZVAL和CLKVAL有關(guān)。

　　1.3 S3C2410與LCD的接口電路

　　S3C2410支持TFT／STN型的LCD，但是不能直接與LCD相連，需要接口板驅(qū)動，而本系統(tǒng)所用***建美電子股份有限公司的LCD集成了驅(qū)動電路，使得設(shè)計更為方便穩(wěn)定，該LCD應(yīng)用了最新的QVGA技術(shù)，分辨率是240×320像素的液晶輸出方式，使得顯示的像素更高、更清晰。該LCD采用4線電阻觸摸屏，4線電阻模擬量技術(shù)的2層透明金屬層工作時每層均增加恒定電壓：一個豎直方向YD、YU，一個水平方向XR、XL，總共需4根電纜。其特點是：高解析度，高速傳輸反應(yīng)，表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理，具有光面及霧面處理，一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移通過。JEMITEK的LCD通過50引腳的插座與S3C2410接口電路連接，如圖1所示。

　　2 PDA的觸摸屏設(shè)計

　　在PDA中，實現(xiàn)PDA與人的交互非常重要，在普通PC機上人與機器的交互基本上都是通過鍵盤或鼠標(biāo)，但在PDA中，為系統(tǒng)配備一個鍵盤或鼠標(biāo)顯然帶來很多不便。因此，現(xiàn)在絕大部分PDA都配備有觸摸屏。觸摸屏是透明的，一般情況下都是與LCD粘在一起，當(dāng)用戶在觸摸屏上點擊時，系統(tǒng)可以得到點擊的位置，將該位置坐標(biāo)換算到LCD坐標(biāo)，就可以實現(xiàn)用戶與機器的交互。

　　觸摸屏的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　當(dāng)用戶點擊觸屏?xí)r，頂層和底層通過中間的導(dǎo)通層連接，如果想測X方向的坐標(biāo)，則在X+和X-兩極加上電壓，從Y+或Y-取出電壓，根據(jù)取出的電壓可以得到用戶點擊的X方向的坐標(biāo)。當(dāng)測Y方向的坐標(biāo)時實現(xiàn)方式一樣。

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　　觸摸屏電路接口看上去很簡單，但如果不加注意，會帶來很多問題，例如采樣不準(zhǔn)、速度上不來，往往這些又是無法容忍的，因為觸摸屏是產(chǎn)品與用戶交互的界面，直接影響到產(chǎn)品的形象。

　　對觸摸屏電路的設(shè)計有以下要求：

　　a）觸摸屏控制器電路模擬部分供電建議單獨選用一個LDO來提供；

　　b）觸摸屏控制器電路要進(jìn)行地分割，即模擬地和數(shù)字地分開，采用單點接地；

　　c）布線時觸摸屏控制器電路的模擬部分一定要獨占一部分空間，不要與其他電路及信號混合到一起，特別要遠(yuǎn)離強電磁和電場輻射源，布線的路徑要清晰；

　　d）觸摸屏接口要有濾波措施，布線時注意器件的布局，要符合濾波器件的布局原則。

　　圖3為觸摸屏的參考設(shè)計電路。

　　3 PDA的鍵盤電路設(shè)計

　　PDA鍵盤采用4×5矩陣式鍵盤掃描方式連接，采用軟件去抖，節(jié)省成本，根據(jù)需求共有下列按鍵：數(shù)字鍵0～9，*，#，BACK，SELECT，OK，四向鍵，Power鍵。鍵盤電路如圖4所示。

　　除了Power鍵，其他按鍵（共16鍵加四向鍵）按矩陣式鍵盤來實現(xiàn)。鍵盤單獨定制為鍵盤FPCB（柔性印制電路板），目前的設(shè)計中采用的是5行行輸入和4行列輸入，共20個鍵。其中：Power鍵和掛機鍵復(fù)用，采用KEYON資源，利用長按和短按方法區(qū)分實現(xiàn)；其余19個鍵利用鍵盤矩陣掃描方式實現(xiàn)；鍵盤FPCB與主板的連接，采用20板對板連接器。根據(jù)對鍵盤FPCB上器件的高度限制（不超過0.5 mm），鍵盤背光燈和限流電阻均采用薄膜封裝。把限流電路放置在鍵盤FPCB上，主要是避免背光燈不均勻性，影響視覺效果。鍵盤背光信號采用PWM（脈寬調(diào)制）背光信號，4個背光燈共用一組背光信號，由于每個背光燈的標(biāo)準(zhǔn)額定電流為5 mA，選用限流電阻值68 Ω。每組背光信號驅(qū)動電流為30 mA，4個背光燈需20 mA，在背光信號驅(qū)動能力之內(nèi)。在電路設(shè)計過程中，由于鍵盤與人體接觸比較平凡，而且人體經(jīng)常攜帶電壓很高的靜電，特別是在干燥的冬天，而靜電常常會使整個系統(tǒng)死機甚至還有可能擊穿芯片，所以在設(shè)計中按鍵的兩端必須并聯(lián)靜電放針電路，防止因靜電損害設(shè)備。

　　4結(jié)束語

　　本文結(jié)合實際消費電子PDA的研究與開發(fā)要求，參照目前國內(nèi)外PDA的各種功能和結(jié)合實際需要，選用三星公司的S3C2410處理器，結(jié)合PDA通用功能的需要，并考慮硬件擴展的方便性，設(shè)計了PDA人機接口的實現(xiàn)方案。并以該方案為基礎(chǔ)，結(jié)合實際需要，選用所需的各種器件，構(gòu)成了PDA人機接口的實際系統(tǒng)，完成了樣機的硬件設(shè)計與制作。