0引言
PDA(個人數字助理)實際上是一種比筆記本電腦還要小得多的手持式電腦,這種手持設備兼有計算、網絡、傳真、電話等多種功能,使得個人信息管理變得尤為方便,網上沖浪、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)被廣泛應用于PDA系統(tǒng)中。
S3C2410是三星公司設計的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,內核最高工作頻率可達266 MHz。適用于信息家電、智能電話、平板(Tablet)電腦、PDA、移動終端等領域。
1 S3C2410 LCD控制器的電路設計
1.1S3C2410的LCD控制器
S3C2410的LCD控制器用來傳輸圖像數據并產生相應的控制信號,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的調色板存儲器,用來配置LCD控制器,并設置相應的參數;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據,并傳輸到視頻信號處理單元;VIDPCS將專用DMA中取出的信號進行整形并提高驅動能力等處理后,輸出到外部數據端口VD[23:0];TIMEGEN和LPC3600產生LCD屏所需要的控制時序。
S3C2410 LCD控制器可以產生用于控制TFT-LCD的時序信號,主要包括VCLK(像點時鐘)、VDEN(數據有效信號)、VSYNC(垂直同步信號)、HSYNC(水平同步信號)、LEND(行結束信號)及LCD_PWREN(液晶屏使能信號)。其中:VCLK信號是LCD控制器和LCD驅動器的像素時鐘信號,LCD控制器在VCLK信號的上升沿處將數據送出,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信號是數據使能信號;LEND信號是行掃描結束信號,LCD驅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,以便降低功耗,它需要LCD控制器硬件設計的支持。
1.2S3C2410的LCD控制器寄存器操作和設置
S3C2410的LCD控制器內部設有較多的寄存器,其中與時序信號高度相關的寄存器位于寄存器組中的LCDCON1/2/3/4/5。本系統(tǒng)設計的LCD驅動器需要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的產生依賴于LCDCON2/3寄存器及HOZVAL和LINEVAL的配置,其中:
HOZVAL=水平像素數-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。
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,需要接口板驅動,而本系統(tǒng)所用臺灣建美電子股份有限公司的LCD集成了驅動電路,使得設計更為方便穩(wěn)定,該LCD應用了最新的QVGA技術,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,表面硬度處理,減少擦傷、刮傷及防化學處理,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的觸摸屏設計
在PDA中,實現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,但在PDA中,為系統(tǒng)配備一個鍵盤或鼠標顯然帶來很多不便。因此,現在絕大部分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,將該位置坐標換算到LCD坐標,就可以實現用戶與機器的交互。
觸摸屏的結構如圖2所示。
當用戶點擊觸屏時,頂層和底層通過中間的導通層連接,如果想測X方向的坐標,則在X+和X-兩極加上電壓,從Y+或Y-取出電壓,根據取出的電壓可以得到用戶點擊的X方向的坐標。當測Y方向的坐標時實現方式一樣。
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、速度上不來,往往這些又是無法容忍的,因為觸摸屏是產品與用戶交互的界面,直接影響到產品的形象。
對觸摸屏電路的設計有以下要求:
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行地分割,即模擬地和數字地分開,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為觸摸屏的參考設計電路。
3 PDA的鍵盤電路設計
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,根據需求共有下列按鍵:數字鍵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。鍵盤單獨定制為鍵盤FPCB(柔性印制電路板),目前的設計中采用的是5行行輸入和4行列輸入,共20個鍵。其中:Power鍵和掛機鍵復用,采用KEYON資源,利用長按和短按方法區(qū)分實現;其余19個鍵利用鍵盤矩陣掃描方式實現;鍵盤FPCB與主板的連接,采用20板對板連接器。根據對鍵盤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準額定電流為5 mA,選用限流電阻值68 Ω。每組背光信號驅動電流為30 mA,4個背光燈需20 mA,在背光信號驅動能力之內。在電路設計過程中,由于鍵盤與人體接觸比較平凡,而且人體經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,防止因靜電損害設備。
4結束語
本文結合實際消費電子PDA的研究與開發(fā)要求,參照目前國內外PDA的各種功能和結合實際需要,選用三星公司的S3C2410處理器,結合PDA通用功能的需要,并考慮硬件擴展的方便性,設計了PDA人機接口的實現方案。并以該方案為基礎,結合實際需要,選用所需的各種器件,構成了PDA人機接口的實際系統(tǒng),完成了樣機的硬件設計與制作。