PDA模块的开发

文 章 编 号 :1008 - 1658 (2001) 03 - 0058 - 06 PDA 模块的开发 刘　刚 ,吕　勇 ,蒋　巍 (北京机械工业学院　电子信息工程系 , 　北京 100085) 摘 　　　要 : PDA3000 ( Personal Digital Assistant )是一个嵌入式产品 ,又称个人 数字信息助理 ,方便人们的生活、商务应用。选用了 Motorola 公司的 DragonBall EZ328 微处理器。在熟悉了该处理器的功能特性以及模块控制的基础上 ,选择合适的 元件进行连接。实现了内存的访问 ,模数转换芯片的控制 ,键盘、触摸屏的输入 ,液晶 显示屏的输出等 PDA 模块的基本功能。 关 　键 　词 :个人数字助理 ;嵌入式硬件 ;闪速存储器 中图分类号 : TP 368. 33 　　　文献标识码 :B PDA 的发源可以追溯到 Apple 公司于 1993 年推出的 Newton Message Pad。之后不久 ,就 有厂商推出类似产品。对于早期的 PDA 我们可以称其为电子记事本 ,其功能较为单一 ,主要 是管理个人信息 ,如通讯录、记事和备忘、日程安排、便笺、计算器、录音和辞典等功能。而且这 些功能都是固化的 ,不能根据用户的要求增加新的功能。现在的 PDA 和早期的 PDA 相比 ,功 能已经有了大大的扩展 ,并且从最初的实用型开始转向时尚型。PDA 已经脱离了原有记事本 的束缚 ,开始向电脑、智能手持设备靠近。它有着广阔的应用前景 ,而且随着科技的进步 ,PDA 会越来越小 ,功能也越来越丰富[1 ] 。 从外观上看 ,现在的 PDA 已经摆脱了以前高科技的影子 ,像传呼机一样普通。拿日本 Epson 公司的新型手表式 PDA“Chrono2Bit WM2510B”来说 ,这款新产品巧妙地将键盘设计在 表盘周围 ,并预装了个人信息管理软件 ,可以与计算机终端进行数据交换。由于 PDA 可同时 具备通讯、信息服务以及记忆补助的功能 ,管理包括名片、电话、行程管理等功能 ,还可用来收 发电子邮件、撷取实时信息等 ,已经成为 IT( Information Technology)产品时代最佳解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 1 　中央处理器 MPU 的选择 PDA 掌上设备主要使用到的 MPU 包括以下几种 :3 Motorola Dragonball (MC68328) ,高品质 PDA 掌上设备的中央处理器芯片3 Motorola Dragonball (MC68EZ328) ,最新型号 PDA 的中央处理器芯片3 Motorola Dragonball (MC68VZ328) ,应用 Visor Platinum 和 Prism 的处理器芯片 对于上述几种 MPU 芯片 ,在稳定性、可靠性、信号传输性能以及价格上进行了细致的比 较 ,MC68328 ,MC68EZ328 以及 MC68VZ328 这 3 款芯片在系统稳定性上均为首选 ,其中的 EZ或 VZ系列体现了消耗内存资源小 ,硬件性能要求不高以及性价比高等优点 ,所以在本次 收稿日期 :2001 - 07 - 02 作者简介 :刘　刚 (1963 - ) ,男 ,江苏泰兴人 ,北京机械工业学院电子信息工程系高级工程师 ,学士 ,主要从事测控与电子技 术应用研究。 第 16 卷 　第 3 期 2001 年 9 月 　　　　 北 京 机 械 工 业 学 院 学 报 Journal of Beijing Institute of Machinery 　　　　 Vol. 16 　No. 3 Sep . 2001 的 PDA 硬件设计中 , 首选为 Motorola 公司的龙珠系列。具体采用 MC68EZ328 还是 MC68VZ328 ,还要看具体选择哪一种操作系统 ,以及操作系统对硬件系统速度的要求。一般 来说 ,速度越高用户感到的延迟就越小 ,使用 PDA 的感觉就越好 ,MC68VZ328 的时钟频率为 33 MHz ,而 MC68EZ328 的时钟频率为 16 MHz ,我们在实际开发中采用的是 MC68EZ328 芯 片。 2 　MC68 EZ328 模块的性能 在 PDA 模块的硬件设计中 ,最重要的部分就是中央处理器 MC68EZ328 ,因此在实现 PDA 功能的时候 ,一定要了解它的功能与特性。 根据可以实现的功能 ,MC68EZ328 由下列部分构成 :MC68EC000 核心 ;逻辑片选以及总 线接口 ;锁相循环和电源控制模块 ;中断控制器 ;并行通用 I/ O 端口 ;脉冲宽度 (脉冲持续时 间)调制器 ;通用计时器 ;串行外围接口 (SPI) ;通用异步收发器和红外通信支持 ;液晶显示屏控 制器 ;实时时钟 ;动态随机存取存储器控制器 ;线路中仿真模块 ;引导程序模块。 特别需要提到的是 MC68EZ328 里的 MC68EC000 核心是 32 位微处理机结构更新的体 现。它的主要特点如下 :低功耗 ,静态高密度互补金属氧化物半导体设备 ;支持 32 位地址总线 和 16 位数据总线 ;16 个 32 位数据地址寄存器 ;56 条支持各种高级语言类型的强大指令 ; 14 种编址方式 ;5 个主要数据类型 ;7 个优先级的中断控制。 MC68EZ328 与 M68000 家族的其它产品的程序完全兼容 ,这就意味着在操作系统 ,语言 , 应用和开发工具等方面可以相互替换。 3 　PDA 功能模块的连接 如图 1 所示 ,PDA 硬件设计需要实现以下几个功能模块的连接 : 图 1 　PDA 功能模块框图 3. 1 　内存的选择与连接 MC68EZ328 有 24 条地址线 ,最多可 以支持 16 M 的内存 ,具有 16 条数据线的 接口。外部总线接口控制着内部核心 CPU 和内存 ,外围设备以及外部地址空间上的 处理器间的数据交换 ,这条总线包括用于 内部设备的 16 位 M68000 总线接口和用于 外部设备的 8 位、16 位或混合位的数据总 线接口。 ①只读存储器 ROM 只读存储器 ROM 较为常用 ,其工作原 理不在这里赘述。我们采用的是 4 M 3 16 的 MX2326410 ,最主要的因素是 MX23264 系列都可满足系统的要求 ,兼容性较好同 时考虑到性价比 (适合大量生产) ,故此款 ROM 成为首选。 95第 3 期 　　　　　　　　　　　　　　　　刘 　刚等 : PDA 模块的开发 　　　　　　　　　　　　　　　 ②闪速存储器 FLASH 闪存是不易丢失存储器 (Non2Volatile Memory , NVM) 中的一种。之所以有这个名称 ,只 因为信息在一瞬间 (闪电式的 ,flash)被存储下来之后 ,即使除去电源 ,存储器中的信息依旧保 留。这同只要一掉电 ,信息就丢失的易失性存储器 (如 DRAM、SRAM) 形成鲜明的对照。另 外 ,闪存是电可擦除的 ,也是在系统中可重编程的。 本次 PDA 模块的设计中 , FLASH 用来存储操作系统或其它用户存储资料 (例如电话号 码、名片簿) 等等 ,还可升级操作系统 ,且用户存储资料断电也不会丢失。选择的芯片型号是 TE28F320C3 或 L HV16VO9。采用这两种型号的芯片主要是考虑性价比 , TE28F320C3 和 L HV16VO9 通过一个兼容接口/ FLASHËPRO 和焊盘 J P5 是可以相互替换的。可以在生产的 时候根据市场实际情况来选择。 ③随机存取存储器 RAM 随机存取存储器 RAM 是一种正常工作时既能读又可写的存储器 ,可分为静态 RAM (SRAM)和动态 RAM (DRAM)两大类 ,我们选用的 SRAM 容量仅为 128 K ,为了节约成本选择 了 TC551001BFTL 的静态 RAM ,两块 SRAM 分别连接数据线的高 8 位、低 8 位 ;也可根据市 场情况使用一块 16 位的 SRAM 来代替。 3. 2 　LCD 与 MPU 的连接 LCD (Liquid Crystal Display)即液晶显示屏。连接 LCD 需要使用 LCD 控制芯片 ,即 LCD 模块与 MPU 界面芯片。Motorola 龙珠系列的 MPU 已经集成了 LCD controller ,可以和 LCD 模块直接相连。我们使用的 LCD 为 320 ×240 dot (20 ×15 汉字) 。 图 2 　LCD 驱动升压电路 需要声明的是 ,因为 PDA 最重要的特性是便携 ,因此 要 使用功耗较 低 的 LCD。 我们使用的 LCD 工作电压是 3. 3 V 左右 ,适合电源的供电 电压。但是 ,LCD 的驱动电压 要远远的大于这个电源电压 , 要达到 20 V。这时我们就需 要一个升压电路 ,以便在开启 LCD 的时候产生足够的驱动 电压。 升压电路如图 2 所示 :其 中 VCC 是电源电压 ,VLCD 是 LCD 的工作电压 ,而 V EE 则 是 LCD 的驱动电压。 3. 3 　触摸屏与 MPU 的连接 现在绝大多数的掌上电脑都是使用触摸屏的 ,触摸屏是最方便、简单、自然的输入手段 ,完 全不懂电脑的人可以上来就操作。用户看着显示内容 ,想选什么就简单地用手触摸一下。通 过触摸屏 ,人们可以尽情的畅游于应用软件 ,查询他们感兴趣的信息。 06　　　　　　　　　　　　　　　　北京机械工业学院学报 　　　　　　　　　　　　　　　　第 16 卷 3. 3. 1 　触摸屏的结构 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 及工作原理 触摸屏一般分为电阻式与电容式 ,电阻式的触摸屏使用的较为广泛 ,此次设计采用的也是 电阻式触摸屏。其主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏 ,这是一种多层的复 合薄膜 ,由一层玻璃或有机玻璃作为基层 ,表面涂有一层叫 ITO 的透明导电层 ,上面再盖有一 层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层 ,它的内表面也涂有一层导电层 ( ITO 或镍金) ,在两层 导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。电阻触摸屏的两 层 ITO 面必须完整 ,在每个工作面的两条边线上各涂一条银胶 ,一端加 5 V 电压 ,一端加 0 V , 就能在工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布。当手指触摸屏幕时 ,两层导电层 在触摸点位置就有了一个接触 ,控制器侦测到这个接触并计算出 X , Y 轴的位置。这就是所 有电阻技术触摸屏共同的基本原理。 3. 3. 2 　模/ 数转换芯片 ADS7843 由上面的介绍可以看出触摸屏传送出来的是模拟信号 ,而 MPU 只可处理数字信号 ,因此 还需要使用 A/ D 转换芯片来实现模拟信号到数字信号的转换。由于 PDA 使用电池供电 ,考 虑到这样的特点 ,我们选择了 ADS7843 芯片。该芯片专用于 4 线电阻式触摸屏的 12 位模/ 数 采样转换器 ,具有单一电源供电、完全降功耗模式、转换速度快的特点。 3. 3. 3 　触摸屏的功能实现 PDA 所有的功能被用一些图标 ( ICON)表示并显示在 LCD 上面 ,当你需要使用这些功能 时 ,只要点击屏幕上面图标 ,PDA 便会执行相应的操作。 PDA 是便携设备 ,节约电能是非常重要的环节。为了减少电源的消耗 ,ADS7843 一般都 处在掉电状态 ,并且使中断请求接口部件 PEN IRQ 置于高位。 当 PDA 处于工作状态的时候 ,它的两个 ITO 面分别被加上了电压 ,在工作面的一个方向 上形成均匀连续的平行电压分布 ,并且方向是相互垂直的。X + , X - , Y + , Y - 分别引出 4 个方向的电压。而当手指或者使用专门的无水笔点击电阻触摸屏时 ,两层导电层在触摸点位 置就有了一个接触。这时 X + , X - , Y + , Y - 　4 点的电压也发生了变化 ,形成了一个连续 的模拟信号。这 4 个信号在经过滤波以后进入 ADS7843。 此时 ADS7843 处于掉电状态 ,尚未开始工作 ,而 PEN IRQ 在接到信号以后变为了低位 , 向 MPU 发出了一个中断 申请 关于撤销行政处分的申请关于工程延期监理费的申请报告关于减免管理费的申请关于减租申请书的范文关于解除警告处分的申请 。MPU 在接到这个申请后响应中断暂停其它信号的转换 ,并且 使 ADS7843 上电开始工作 ,将触摸屏送来的信号进行数字转换 ,并且将经过转换的信号经过 SPI 口输入到 MPU。在接到输入信号以后 ,MPU 对其进行处理以确定被触摸点的位置。最 后根据其位置 ,判断点击的位置在哪个图标的范围内 ,并且执行相应的程序来实现这个图标所 代表的功能。触摸屏的另外一个重要的功能是手写识别。同样是采用上述的方法来识别被点 击的位置但识别的连续的笔画需要特定的软件来进行处理。这里我们选用了汉王科技的手写 识别系统 ;因在个人便携数字助理 ( PPSM) 的主页上推荐的中文手写输入系统就是汉王手写 输入系统。 3. 4 　键盘与 MPU 的连接 现在市场上常见的 PDA 一般是不带键盘的 ,为了方便用户的使用 ,我们还开发了键盘模 块 ,以便更直接对它进行操作。Motorola 的 EZ328 本身已经具有强大的功能 ,只要利用它的 中断端口就可以很方便地实现对键盘的支持。 16第 3 期 　　　　　　　　　　　　　　　　刘 　刚等 : PDA 模块的开发 　　　　　　　　　　　　　　　 本次设计中使用 4 3 4 行列式键盘 ,需要使用 5 个 I/ O 口线 (实际为 PD1 ,PD2 ,PD3 , PD4 和 PD7) ,其中的一条用来产生中断信号 (实际为 PD7) ,然后其它的端口依次扫描。 3. 4. 1 　中断接口电路[2 ] 中断接口电路如图 3 所示 ,其中三极管起反向作用 ,以满足 MPU 低电平触发的中断信 号。D1～D4 使用了二极管组 DAP202 K ,使得两个二极管可以以 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 三角的 SO T223 封装形 式 ,方便焊接。 图 3 　中断接口电路 3. 4. 2 　扫描键盘操作 在键盘检测程序开始之前 ,除了具有中断功能的端口以外 ,其它的端口都被设置为输出高 电平。如此一来 ,当一个键被按下时 ,键盘板上的某一列的状态由低电平跳变至高电平。因为 键盘板上的所有列都与三极管的基极相连 , 一个动态低电平中断信号便生成送至 MC68EZ328 ,从而产生一个中断以使 MPU 检测被按下的键。 当键盘检测程序开始时 ,5 个 I/ O 端口之一将被设置为输出高电平 ,而其它的被设置为输 入端。所有端口上的状态将被读取 ,与一个预先定义好的查询表进行比较 ,来确定哪一个键被 按下 ,如果没有找到按下的键 ,另外一个端口会被设置为高电平 ,再次读取 5 个端口的状态。 这个过程不断重复 ,直至所有的端口不断被设置为输出高电平 ,或者某个键被发现。由于读取 端口得到的状态是一一对应的 ,从中确定哪一个键正在被按下。 4 　展望 专家分析 ,由于消费者对于移动电子商务 (M2Commerce) 消费习惯建立 ,使用无线通讯的 服务市场正快速扩大 ,再加上宽带网络与应用服务网络业 (ASP)提供越来越多元化的服务 ,便 携式存储媒体应用在 PDA 产品上的趋势已可明显看出。未来的 PDA 必将越来越能满足人们 的各种需求 ,PDA 也将成为新人类的时代宠物 ,变得越来越红火。 26　　　　　　　　　　　　　　　　北京机械工业学院学报 　　　　　　　　　　　　　　　　第 16 卷 参考文献 : [ 1 ] Rick Grehan ,Robert Moote 著. 32 位嵌入式系统编程[ M ] . Ingo Cyliax ,许汝峰译. 北京 :中 国电力出版社 ,2000. [2 ] 何立民. MCS 51 单片机应用系统设计[ M ] . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1992. The development of PDA module L IU Gang , LüYong , J IAN G Wei (Department of Electronic Information Engineering , Beijing Institute of Machinery , Beijing 100085 China) Abstract : PDA3000 ( Personal Digital Assistant) is an embedded 2system product . It makes peo2 ple’s life and business affairs easy. The Motorola’s DragonBall EZ328 microprocessor is chosen. After understanding the fundamental properties and functions as well as the control complements of the microprocessor , the proper element is selected to be connected. The fundamental functions of PDA such as communication with the memory , the control of A/ D transform , the input func2 tion of the keyboard and touch screen , the output function of the liquid crystal display are real2 ized. Key words : Personal Digital Assistant ; embedded hardware ;flash (上接 57 页) Theoretical calculation on the sample temperature during electropulsing Q I Li , TEN G Gong2qing (Division of Basic Courses , Beijing Institute of Machinery , Beijing 100085 , China) Abstract : The average temperature of a sample during electropulsing has been calculated by using a linear approximation , and the probable undulation overlapping on the sample temperature has been estimated by an adiabatic method. The result isΔ T =τp U/ (2 l2ρe cpρ) . Within the range of the used electropulse parameters and with the relevant numerical value substituted , the result is Δ T < 30 K. Moreover , it has no need to take the skin effect into consideration during elct ropuls2 ing. Key words : electropulsing ; temperature ; calculation 36第 3 期 　　　　　　　　　　　　　　　　刘 　刚等 : PDA 模块的开发