基于A(yíng)RM S3C2410的PDA人機接口電路設計

　　引言

　　PDA(個(gè)人數字助理)實(shí)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(wǎng)絡(luò )、傳真、電話(huà)等多種功能，使得個(gè)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(guò)無(wú)線(xiàn)方式解決。

　　隨著(zhù)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(diǎn)的LCD(液晶顯示器)被廣泛應用于PDA系統中。

　　S3C2410是三星公司設計的32位RISC(精簡(jiǎn)指令集計算機)嵌入式處理器。該芯片基于A(yíng)RM920T、內核，集成了眾多的常用資源，如LCD控制器、SDRAM控制器、1個(gè)觸摸屏接口、2個(gè)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(huà)、平板(Tablet)電腦、PDA、移動(dòng)終端等領(lǐng)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(lái)傳輸圖像數據并產(chǎn)生相應的控制信號，該控制器由REGBANK(控制寄存器組)、LCDCDMA(專(zhuān)用DMA)、VIDPCS(視頻信號處理單元)、LPC3600和TIMEGEN(時(shí)序信號產(chǎn)生單元)組成。其中：REGBANK包含17個(gè)可編程寄存器和幾個(gè)256×16的調色板存儲器，用來(lái)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(dòng)通過(guò)系統總線(xiàn)從系統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(zhuān)用DMA中取出的信號進(jìn)行整形并提高驅動(dòng)能力等處理后，輸出到外部數據端口VD[23：0]；TIMEGEN和LPC3600產(chǎn)生LCD屏所需要的控制時(shí)序。

　　S3C2410 LCD控制器可以產(chǎn)生用于控制TFT-LCD的時(shí)序信號，主要包括VCLK(像點(diǎn)時(shí)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(dòng)器的像素時(shí)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(chēng)幀同步信號)，用來(lái)指示新的一幀圖像的開(kāi)始；HSYNC信號是水平同步信號(或行同步信號)，用來(lái)給出新的一行掃描信號的開(kāi)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(dòng)器在每掃描一行像素后給出該信號；LCD_PWREN信號用來(lái)控制LCD控制器的開(kāi)或關(guān)，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(shí)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。本系統設計的LCD驅動(dòng)器需要LCD控制器給出VCLK、VDEN、LCD_PWREN和VD[23：0]信號。VCLK信號依賴(lài)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(lài)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(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，需要接口板驅動(dòng)，而本系統所用臺灣建美電子股份有限公司的LCD集成了驅動(dòng)電路，使得設計更為方便穩定，該LCD應用了最新的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(xiàn)電阻觸摸屏，4線(xiàn)電阻模擬量技術(shù)的2層透明金屬層工作時(shí)每層均增加恒定電壓：一個(gè)豎直方向YD、YU，一個(gè)水平方向XR、XL，總共需4根電纜。其特點(diǎn)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(xué)處理，具有光面及霧面處理，一次校正，穩定性高，永不漂移通過(guò)。JEMITEK的LCD通過(guò)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(shí)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(guò)鍵盤(pán)或鼠標，但在PDA中，為系統配備一個(gè)鍵盤(pán)或鼠標顯然帶來(lái)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(hù)在觸摸屏上點(diǎn)擊時(shí)，系統可以得到點(diǎn)擊的位置，將該位置坐標換算到LCD坐標，就可以 實(shí)現用戶(hù)與機器的交互。


　　觸摸屏的結構如圖2所示。



　　當用戶(hù)點(diǎn)擊觸屏時(shí)，頂層和底層通過(guò)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(hù)點(diǎn)擊的X方向的坐標。當測Y方向的坐標時(shí)實(shí)現方式一樣。

　　觸摸屏電路接口看上去很簡(jiǎn)單，但如果不加注意，會(huì )帶來(lái)很多問(wèn)題，例如采樣不準、速度上不來(lái)，往往這些又是無(wú)法容忍的，因為觸摸屏是產(chǎn)品與用戶(hù)交互的界面，直接影響到產(chǎn)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(gè)LDO來(lái)提供；

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

　　c)布線(xiàn)時(shí)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(chǎng)輻射源，布線(xiàn)的路徑要清晰；

　　d)觸摸屏接口要有濾波措施，布線(xiàn)時(shí)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(pán)電路設計

　　PDA鍵盤(pán)采用4×5矩陣式鍵盤(pán)掃描方式連接，采用軟件去抖，節省成本，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(pán)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(pán)來(lái)實(shí)現。鍵盤(pán)單獨定制為鍵盤(pán)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(gè)鍵。其中：Power鍵和掛機鍵復用，采用KEYON資源，利用長(cháng)按和短按方法區分實(shí)現；其余19個(gè)鍵利用鍵盤(pán)矩陣掃描方式實(shí)現；鍵盤(pán)FPCB與主板的連接，采用20板對板連接器。根據對鍵盤(pán)FPCB上器件的高度限制(不超過(guò)0.5 mm)，鍵盤(pán)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(pán)FPCB上，主要是避免背光燈不均勻性，影響視覺(jué)效果。鍵盤(pán)背光信號采用PWM(脈寬調制)背光信號，4個(gè)背光燈共用一組背光信號，由于每個(gè)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(dòng)電流為30 mA，4個(gè)背光燈需20 mA，在背光信號驅動(dòng)能力之內。在電路設計過(guò)程中，由于鍵盤(pán)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(huì )使整個(gè)系統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(yǔ)

　　本文結合實(shí)際消費電子PDA的研究與開(kāi)發(fā)要求，參照目前國內外PDA的各種功能和結合實(shí)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(shí)現方案。并以該方案為基礎，結合實(shí)際需要，選用所需的各種器件，構成了PDA人機接口的實(shí)際系統，完成了樣機的硬件設計與制作。

作者：侯 群