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采用业界流行的MOTOROLA公司MC68EZ328处理器,该处理器是MOTOROLA“龙珠”系列第二代产品,其内置32位地址总线、16位数据总线,最大的外挂的地址空间位16MB,处理器主频为20MHz,并在很小的封装里集成了灵活的LCD控制器。
本次设计中,外部的32768Hz晶振配合CPU内部的振荡电路和锁相环(PLL)提供系统所需的各种频率信号。
外挂二片存储芯片,一片4M字节的Intel公司的28F320J3型FLASH存储芯片,它可以工作于8位或16位模式,通过控制#BYTE引脚的电平来决定其工作模式,当#BYTE位低电平时,工作于8位模式,反之为16位模式。
因我们的系统使用16数据总线模式,所以#BYTE接高电平,28F128J3的A0引脚接地电平;
CPU用CSA0信号作为FLASH的片选,因为系统在上电或复位后,把所有的地址空间都映射到CSA0所选中的存储器件上,及此时只有CSA0有效,CPU的其他片选都无效。
28F320J3有三个片选使能端,#CE0、#CE1、#CE2,其片选真值表如下图所示:
一片2M的韩国SAMSUNG公司的K4E15162C型DRAM,其控制信号和CPU内的DRAM控制器的输出引脚相连接,RAS为行地址选通信号,UCAS和LCAS为列地址选通信号,WE为写信号,OE为读信号。
具体连接方式如下图所示:
二、GSM电路
在硬件电路方面,模块采用WAVECOM公司的Q2403A型GSM模块,Q2403A型模块拥有无线电话的基本功能,只要很少的外部器件,便达到本次设计的要求。
设计电路如图所示:
模块开起由ON/OFF控制,它与龙珠的48脚相接,当ON/OFF管脚处于高电平状态,并保持500MS以上,模块便会复位,然后检查SIM有没有插入,如果检查到有SIM卡,读取SIM卡数据,向无线机站注册,完成通讯准备。
模块与龙珠通讯是无流空串行通讯方式,通过串行通讯口RX、TX完成,模块可以直接处理龙珠的AT命令,当模块接收到通话信息时由RI输出低电平提醒主芯片接收,空闲情况下RI保持电平为高。
模块还可以提供一路低纹波的电源VCC。
模块支持两路SPK、MIC,有平衡和不平衡两种接法,平衡接法与不平衡接法相比,抗干扰能力强,电路简单。
三、LCD屏
LCD屏为光保康公司的160X240黑白屏,它由触摸屏与LCD显示屏组成。
触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络。
当某一层电极加上电压时,会在该网络上形成电压梯度。
如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道接触点处的坐标。
比如,在顶层的电极(X+,X-)上加上电压,则在顶层导体层上形成电压梯度,当有外力使得上下两层在某一点接触,在底层就可以测得接触点处的电压,再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系,知道该处的X坐标。
然后,将电压切换到底层电极(Y+,Y-)上,并在顶层测量接触点处的电压,从而知道Y坐标。
很显然,触摸屏的控制芯片要完成两件事情:
其一,是完成电极电压的切换;
其二,是采集接触点处的电压值(即A/D),我们采用了BB(Burr-Brown)公司生产的芯片ADS7843。
ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。
供电电压2.7~5V,参考电压VREF为1V~+VCC,转换电压的输入范围为0~VREF,最高转换速率为125kHz。
ADS7843之所以能实现对触摸屏的控制,是因为其内部结构很容易实现电极电压的切换,并能进行快速A/D转换。
其内部结构如下图:
,A2~A0和SER/为控制寄存器中的控制位,用来进行开关切换和参考电压的选择。
ADS7843支持两种参考电压输入模式:
一种是参考电压固定为VREF,另一种采取差动模式,参考电压来自驱动电极。
MC68VZ328提供专门的模块来支持液晶显示和触摸屏的输入,使得接口非常简单,对触摸屏的支持通过SPI2借助ADS7843也很容易完成。
GLCD接口提供LCD显示数据传输通路,每一引脚的所接信号内容如表所示,主要包括CPU所发信号(FLRM、LLP、LACD、DOFF、LCLK和数据线LD0~LD3),电压偏置信号(V1~V4),背光信号(EL1和EL2)、触摸数据(X1、Y1、X2、Y2)及电源和地端。
表1接口引脚功能
具体电路如下:
四、音频电路
音频电路主要对CPU所发出的PWM信号滤波后再进行放大输出。
具体电路年如下:
PWM信号先经过C12滤除直流分量,进行初步滤波,再利用C11、C12进行分压,保证PWM信号都在-1/2VCC—+1/2VCC范围中,这样音频信号就不会在由U14、U15组成的二介压控电压源带通滤波电路中失真,C80、C81、R71和R72组成的电阻电容网络,它的作用是为滤波电路提供电压VCC/2。
LM4864该部分电路的功能是对低通滤波后的信号进行放大后输出,LM4864是单端输入,双端输出典型的低压音频放大器,应用简单,只需要很少的外部器件便能输出300MW的驱动能力,它还有SHUTDOWN功能,在不使用的情况下,关闭时的静态电流只有0.7µ
A。
五、电源
电源部分采用800毫安时的锂离子聚合物电池,通过稳压电路输出3.3V,最大电流可达1A,提供给CPU及其周围器件使用,另一部分电路直接由电池供电,LCD偏置电压由MAX1606和电压调制电路组成,输出电压为17~24V;
LCD背光电压由SP4403组成,产生峰值高达220V的LCD背光电压,外接稳压电源通过PDA内的充电管理模块来实现对电池的充电。
系统电源VCC通过TOREX公司的DC-DC芯片XC6366提供。
XC6366是内置高速低通态电阻驱动器的通用高频降压DC-DC控制器 。
在我们设计的PDAPHONE中,电源为单节Li电池,它的输出电压范围为2.8~4.2V,所以必须选择STEP-DOWN型DC-DC芯片,具体电路如图所示:
工作原理简述如下:
XC6366的脚1输出PWM信号,控制场效应管XP162的打开和关闭,实现对电感和电容的冲放电,以保持输出电压的稳定。
如图1.1所示,当场效应管导通时,电源电压直接输入到电感上,电流值增大,对电容和负载充电;
场效应管关闭时,连接到电感的电源电压被切断,但电流由于电感的原因不能立刻变化,电流的方向不变,通过二极管形成电流回路,但电流值不断减小,此时电容开始放电,为负载提供足够的电流,当输出电压下降到一定值后,场效应管再次打开,进入下一个充电过程,所以输出电压基本保持在一个恒定值上,如图1.2所示
图1.1
图1.2
在实际使用中,当电源电压降至3.0V时,XC6366电路仍能稳定地输出3.3V电压,性能比一般的DC-DC芯片优秀很多(一般的DC-DC芯片输入范围较窄,或最大输出电流较小,不能很好的为系统电路提供稳定的直流电源)。
在其它芯片的选择上,上述电路也做到了性能和价格兼顾。
场效应管选择低阻、高速的XP162A01B5(它的导通电阻只有0.17Ω)。
贴片电感的电阻值也只有1Ω,所以电路的性能比一般的电路优越很多。
LCD偏置电压由MAX1606和电压调制电路以及电阻分压电路组成具体电路如图所示:
图2.1
图2.2
电源电压经过MAX1606提升至VEE(23.2V),通过电压调制电路对VEE电压值调整,以调整LCD屏灰度,满足不同人的要求。
MAX1606是一款STEP-UP型DC-DC转换芯片,即它的输出电压要高于输入电压。
工作原理与XC6366电路工作原理类似,所不同的是二极管的接法不同,即场效应管导通和关断时的电流回路不一样。
输出电压是由R49、R51、R54调节的,由电路中R49与R51加上R54的分压比决定。
MAX1606具有SHUTDOWN引脚,在PDAPHONE处于休眠状态时,可以由微处理器关闭MAX1606,以减小功耗。
MAX1606在被关闭的情况下,静态电流只有0.1μA。
调压电路是由控制芯片输出PWM控制,根据不同的占空比对C50充电,由于充电时间的不同,反应在C50上的电压变化以达到控制目的。
分压电路用5个串联电阻对VEE分压,再利用四个放大器当电压跟随器,提供5种不同的电压值,满足液晶屏对电压的要求。
背光电压由芯片SP4403产生,SP4403是一款低输入,高输出的DC-AC电压转换芯片,它的工作输入电压可以低至2.2V,可产生峰值高达220V的LCD背光电压。
另外SP4403还支持SHUTDOWN模式,关闭情况下静态电流只有100nA(典型值),所以非常适用于像PDA一类的手持式产品。
在我们设计中的具体电路如下:
图3.1
图3.1中,输入电压为VBAT,输出电压是VEL+和VEL-,VEL+与VEL-形状相同,相位相反。
EN引脚为使能脚,控制芯片工作,在不需要背光时,由此脚输入低关闭芯片,此时,SP4403的输入电流值即为静态电流值。
主要工作原理简述如下:
R51和C60组成振荡回路,经分频后为SP4403提供内部工作时钟;
电感L7和二极管D3为4403储能和组成冲放电回路,当SP4403内部的NPN管打开时,经过电感的电流逐渐增大,此时电感开始储能;
关闭时,能量通过二极管驱动芯片内部电路,并输出,为LCD提供背光电压信号。
在PDAPHONE中选取的二极管为BAT54,具有高速导通和关闭功能,为电路的正常工作起到了很好的保障,此电路对电感的要求较高,电感值影响此电路对电流消耗。
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