基于ARM S3C2410的PDA人机接口电路
引言
pda（个人数字助理）实际上是一种比笔记本电脑还要小得多的手持式电脑，这种手持设备兼有计算、网络、传真、电话等多种功能，使得个人信息管理变得尤为方便，网上冲浪、收发电子邮件都可以通过无线方式解决。随着电子技术的迅猛发展，具有耗电少、亮度高、体积小等特点的lcd（液晶显示器）被广泛应用于pda系统中。
s3c2410是三星公司设计的32位risc（精简指令集计算机）嵌入式处理器。该芯片基于arm920t、内核，集成了众多的常用资源，如lcd控制器、sdram控制器、1个触摸屏接口、2个spi接口等，内核最高工作频率可达266 mhz。适用于信息家电、智能电话、平板（tablet）电脑、pda、移动终端等领域。
1 s3c2410 lcd控制器的电路设计
1.1 s3c2410的lcd控制器
s3c2410的lcd控制器用来传输图像数据并产生相应的控制信号，该控制器由regbank（控制寄存器组）、lcdcdma（专用dma）、vidpcs（视频信号处理单元）、lpc3600和timegen（时序信号产生单元）组成。其中：regbank包含17个可编程寄存器和几个256×16的调色板存储器，用来配置lcd控制器，并设置相应的参数；lcdcdma提供了视频信号的快速传输通道，自动通过系统总线从系统帧缓存中取出视频数据，并传输到视频信号处理单元；vidpcs将专用dma中取出的信号进行整形并提高驱动能力等处理后，输出到外部数据端口vd［23：0］；timegen和lpc3600产生lcd屏所需要的控制时序。
s3c2410 lcd控制器可以产生用于控制tft-lcd的时序信号，主要包括vclk（像点时钟）、vden（数据有效信号）、vsync（垂直同步信号）、hsync（水平同步信号）、lend（行结束信号）及lcd_pwren（液晶屏使能信号）。其中：vclk信号是lcd控制器和lcd驱动器的像素时钟信号，lcd控制器在vclk信号的上升沿处将数据送出，在vclk信号的下降沿处被lcd控制器采样；vsync信号是垂直同步信号（也称帧同步信号），用来指示新的一帧图像的开始；hsync信号是水平同步信号（或行同步信号），用来给出新的一行扫描信号的开始；vden信号是数据使能信号；lend信号是行扫描结束信号，lcd驱动器在每扫描一行像素后给出该信号；lcd_pwren信号用来控制lcd控制器的开或关，以便降低功耗，它需要lcd控制器硬件设计的支持。
1.2 s3c2410的lcd控制器寄存器操作和设置
s3c2410的lcd控制器内部设有较多的寄存器，其中与时序信号高度相关的寄存器位于寄存器组中的lcdcon1／2／3／4／5。本系统设计的lcd驱动器需要lcd控制器给出vclk、vden、lcd_pwren和vd［23：0］信号。vclk信号依赖于lcdcon1寄存器中clkval和s3c2410的hclk的取值，具体公式为： vclk（hz）=hclk／［（clkval+1）×2］
vsync和hsync的产生依赖于lcdcon2／3寄存器及hozval和lineval的配置，其中：
hozval=水平像素数-1
lineval=垂直显示尺寸-1
帧频率vsync与lcdcon1／2／3／4寄存器中的vspw、vbpd、vfpd、lineval、hsync、hbpd、hfpd、hozval和clkval有关。
1.3 s3c2410与lcd的接口电路
s3c2410支持tft／stn型的lcd，但是不能直接与lcd相连，需要接口板驱动，而本系统所用***建美电子股份有限公司的lcd集成了驱动电路，使得设计更为方便稳定，该lcd应用了最新的qvga技术，分辨率是240×320像素的液晶输出方式，使得显示的像素更高、更清晰。该lcd采用4线电阻触摸屏，4线电阻模拟量技术的2层透明金属层工作时每层均增加恒定电压：一个竖直方向yd、yu，一个水平方向xr、xl，总共需4根电缆。其特点是：高解析度，高速传输反应，表面硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理，具有光面及雾面处理，一次校正，稳定性高，永不漂移通过。jemitek的lcd通过50引脚的插座与s3c2410接口电路连接，如图1所示。
2 pda的触摸屏设计
在pda中，实现pda与人的交互非常重要，在普通pc机上人与机器的交互基本上都是通过键盘或鼠标，但在pda中，为系统配备一个键盘或鼠标显然带来很多不便。因此，现在绝大部分pda都配备有触摸屏。触摸屏是透明的，一般情况下都是与lcd粘在一起，当用户在触摸屏上点击时，系统可以得到点击的位置，将该位置坐标换算到lcd坐标，就可以实现用户与机器的交互。
触摸屏的结构如图2所示。
当用户点击触屏时，顶层和底层通过中间的导通层连接，如果想测x方向的坐标，则在x+和x-两极加上电压，从y+或y-取出电压，根据取出的电压可以得到用户点击的x方向的坐标。当测y方向的坐标时实现方式一样。
触摸屏电路接口看上去很简单，但如果不加注意，会带来很多问题，例如采样不准、速度上不来，往往这些又是无法容忍的，因为触摸屏是产品与用户交互的界面，直接影响到产品的形象。
对触摸屏电路的设计有以下要求：
a）触摸屏控制器电路模拟部分供电建议单独选用一个ldo来提供；
b）触摸屏控制器电路要进行地分割，即模拟地和数字地分开，采用单点接地；
c）布线时触摸屏控制器电路的模拟部分一定要独占一部分空间，不要与其他电路及信号混合到一起，特别要远离强电磁和电场辐射源，布线的路径要清晰；
d）触摸屏接口要有滤波措施，布线时注意器件的布局，要符合滤波器件的布局原则。
图3为触摸屏的参考设计电路。
3 pda的键盘电路设计
pda键盘采用4×5矩阵式键盘扫描方式连接，采用软件去抖，节省成本，根据需求共有下列按键：数字键0～9，*，#，back，select，ok，四向键，power键。键盘电路如图4所示。
除了power键，其他按键（共16键加四向键）按矩阵式键盘来实现。键盘单独定制为键盘fpcb（柔性印制电路板），目前的设计中采用的是5行行输入和4行列输入，共20个键。其中：power键和挂机键复用，采用keyon资源，利用长按和短按方法区分实现；其余19个键利用键盘矩阵扫描方式实现；键盘fpcb与主板的连接，采用20板对板连接器。根据对键盘fpcb上器件的高度限制（不超过0.5 mm），键盘背光灯和限流电阻均采用薄膜封装。把限流电路放置在键盘fpcb上，主要是避免背光灯不均匀性，影响视觉效果。键盘背光信号采用pwm（脉宽调制）背光信号，4个背光灯共用一组背光信号，由于每个背光灯的标准额定电流为5 ma，选用限流电阻值68 ω。每组背光信号驱动电流为30 ma，4个背光灯需20 ma，在背光信号驱动能力之内。在电路设计过程中，由于键盘与人体接触比较平凡，而且人体经常携带电压很高的静电，特别是在干燥的冬天，而静电常常会使整个系统死机甚至还有可能击穿芯片，所以在设计中按键的两端必须并联静电放针电路，防止因静电损害设备。
4结束语
本文结合实际消费电子pda的研究与开发要求，参照目前国内外pda的各种功能和结合实际需要，选用三星公司的s3c2410处理器，结合pda通用功能的需要，并考虑硬件扩展的方便性，设计了pda人机接口的实现方案。并以该方案为基础，结合实际需要，选用所需的各种器件，构成了pda人机接口的实际系统，完成了样机的硬件设计与制作。
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符合AEC-Q100（Grade2）标准, 0.8uA（TYP.）超低功耗稳压器
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s3c2410是三星公司设计的32位risc（精简指令集计算机）嵌入式处理器。该芯片基于arm920t、内核，集成了众多的常用资源，如lcd控制器、sdram控制器、1个触摸屏接口、2个spi接口等，内核最高工作频率可达266 mhz。适用于信息家电、智能电话、平板（tablet）电脑、pda、移动终端等领域。
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s3c2410的lcd控制器用来传输图像数据并产生相应的控制信号，该控制器由regbank（控制寄存器组）、lcdcdma（专用dma）、vidpcs（视频信号处理单元）、lpc3600和timegen（时序信号产生单元）组成。其中：regbank包含17个可编程寄存器和几个256×16的调色板存储器，用来配置lcd控制器，并设置相应的参数；lcdcdma提供了视频信号的快速传输通道，自动通过系统总线从系统帧缓存中取出视频数据，并传输到视频信号处理单元；vidpcs将专用dma中取出的信号进行整形并提高驱动能力等处理后，输出到外部数据端口vd［23：0］；timegen和lpc3600产生lcd屏所需要的控制时序。
s3c2410 lcd控制器可以产生用于控制tft-lcd的时序信号，主要包括vclk（像点时钟）、vden（数据有效信号）、vsync（垂直同步信号）、hsync（水平同步信号）、lend（行结束信号）及lcd_pwren（液晶屏使能信号）。其中：vclk信号是lcd控制器和lcd驱动器的像素时钟信号，lcd控制器在vclk信号的上升沿处将数据送出，在vclk信号的下降沿处被lcd控制器采样；vsync信号是垂直同步信号（也称帧同步信号），用来指示新的一帧图像的开始；hsync信号是水平同步信号（或行同步信号），用来给出新的一行扫描信号的开始；vden信号是数据使能信号；lend信号是行扫描结束信号，lcd驱动器在每扫描一行像素后给出该信号；lcd_pwren信号用来控制lcd控制器的开或关，以便降低功耗，它需要lcd控制器硬件设计的支持。
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vsync和hsync的产生依赖于lcdcon2／3寄存器及hozval和lineval的配置，其中：
hozval=水平像素数-1
lineval=垂直显示尺寸-1
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4结束语
本文结合实际消费电子pda的研究与开发要求，参照目前国内外pda的各种功能和结合实际需要，选用三星公司的s3c2410处理器，结合pda通用功能的需要，并考虑硬件扩展的方便性，设计了pda人机接口的实现方案。并以该方案为基础，结合实际需要，选用所需的各种器件，构成了pda人机接口的实际系统，完成了样机的硬件设计与制作。
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