基于 NXP MCU LPC51U68 的 Gaming Keyboard + Mouse + Headset 三合一方案

电子竞技 ( E-sports ) 全名是 electronic sports,顾名思义就是电子化的运动比赛。 Newzoo在2018年刚推出的调查报告显示,全球电竞产值预期达到9.06亿美元(约264亿台币)[1],并预期在2021年时突破16.5亿美元之成长。

全球的电竞玩家有高达15.5亿人[2],投身这热血的比赛,比的是手速、比的是动态视力、比的是临场应变、比的是射击游戏上需判断声音与团队竞赛上的沟通,且电竞赛事的输赢往往在一瞬间,周边设备的好坏就占了绝大部分的影响,胜败的可能就在这些微的差距,故电竞选手如何筛选适用的 键盘 ( Keyboard )、鼠标 ( Mouse )、耳麦 ( Headset ) 将显得相当重要。

大联大世平集团,针对目前电竞市场,推出LPC51U68三合一方案,该方案具有Keyboad/Mouse/Audio 功能,1K Report Rate 的支援,高速的 Keyscan 判断 ( Koyboad 部分以 16 个 Tach Switch 来模拟功能 );Mouse 部分使用业界高阶的 Optical Gaming Navigation Chip ,16000 CPI、400 IPS移动速度、50G 加速度的可靠性能;Audio 部分选用性价比高的 Audio Codec 与 Headphone Amplifer ,播放最高可达到 16Bits 192 K 的 Sampling rate / 录音最高可达到16Bits 96 K 的 Sampling rate,搭配酷炫的 RGB 灯光变化,此灯光效果为目前电竞设备上不可或缺的标准配置。

资料参考来源:

方案硬件设计架构
1.  本 三合一 应用方案的主平台采用的是 NXP MCU ( LPC51U68 ) 有 150 MHz 的核心速度,具有很高的性价比,采用此平台的原因是价格平易近人、核心速度快、省电,如图1。

图1  NXP LPC51U68

                                                                图1  NXP LPC51U68

2.  MCU 可控制 PixArt PMW3389 IC,此 IC 拥有16000 CPI、400 IPS移动速度、50G 加速度的可靠性能,如图2。

图2  PixArt PMW3389

                                                                图2  PixArt PMW3389

3. MCU 有硬体加速器能作 KeyScan功能 ,方案板上做成可插拔的 16 个的 Tach Switch板供初步开发验证,如图3,也可拔开透过 connector 连接开发者的 keyboard 作验证。

 

图3  WPI Tach Switch board

                                   图3  WPI Tach Switch board

4. MCU 可控制 U6 codec DAC 达到 16bit 192 K 的 sampling rate,后连接至 U8 为 Amplifier IC 可依输出端所定义之耳机、喇叭 …等,来调整放大倍率,系统开机时可透过SW mute setup 将 pop 声状况降低,Audio output 不需输出电容,因为此 Amplifier IC不会输出直流准位造成耳机…等损坏,方案板上 J9 为 Audio Jack ,依造 CTIA pin define 来定义,如图4。

 

图4  WPI Audio solution

                                               图4  WPI Audio solution


5. MCU 只需使用 2 pin连接 RGB LED,可控制侧发光 RGB LED (内含 Driver ) ,板上定义 12 颗 RGB LED 作 Demo,仍可再依 D12 LED 旁的 connector来作扩充数量之评估,如图5。

图5  侧发光 RGB LED

                                                         图5  侧发光 RGB LED

Future
1. 使用板上 connector 来连接 NXP LPC8N04 开发板的 NFC 作结合应用,如图6,往后也可透过手机 NFC 与此三合一板作一次快速设定,将会省去与电脑操作之时间,设定如 Audio sampling rate or EQ mode、灯光效果、甚至可以使用手机 NFC 转 USB 与电脑沟通…等。


图6  与 NXP LPC8N04 开发板连接

                                                图6  与 NXP LPC8N04 开发板连接

场景应用图

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产品实体图

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展示版照片

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方案方块图

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方案 Layout 设计 - WPI PCB Layout 档

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方案软体设计 - WPI SW project 档

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核心技术优势

1. USB Full speed mode ( 1000 Hz report rate )。 2. 可增加 KeyScan 效率,此方案 MCU 有硬体加速器,可针对客户所开发的 Keyboard 规格共同讨论调整。 3. 可快速上手控制此方案的 Optical Gaming Navigation Chip。 4. 可快速上手控制此方案的 Audio Codec 。 5. 可快速上手控制此方案的 RGB LED (此 LED 内含 driver) Display,若需扩充 LED 数量时,也可透过此方案板上的 connector 连接 WPI 制作的另一灯板方案扩增作评估,演示的延伸应用参考如 Gaming 设备上得灯效、气氛灯、广告看板、电视墙...等。

方案规格

【MCU 规格】 1. Arm® Cortex®-M0+ core and operating at CPU frequencies of up to 150 MHz。 2. 256 KB on-chip flash programming memory with flash accelerator and 256 Byte page write and erase ;Up to 96 KB total SRAM composed of up to 64 KB main SRAM, plus an additional 32 KB SRAM。 3. DMA controller with 18 channels and 16 programmable triggers, able to access all memories and DMA-capable peripherals 4. Eight flexcomm interface serial peripherals. Each can be selected by software to be a USART, SPI, or I2C interface. Two flexcomm interfaces also include an I2S interface, for a total of 2 channel pairs. Each flexcomm interface includes a FIFO that supports USART, SPI, and I2S if supported by that flexcomm interface. 5. Package : LQFP48、LQFP64 【Optical Gaming Navigation Chip 规格】 1. 为提供高速、高精确度及高分辨率而设计的有线高阶电竞鼠标芯片 2. 使用 16-pin 双列直插导线架 (molded lead-frame DIP) 封装,并内建 850nm 红外线 LED 灯 3. 可自订 2mm 或 3mm 的提起侦测高度,并支援手动校正提起侦测高度 4. 可与原相的 LM19-LSI 镜头搭配使用以获取最佳性能 5. Resolution ( cpi ) / 帧率 (fps) : 16000 6. Tracking speed ( ips ) : 400 7. Acceleration ( g ) : 50   【Audio 规格】 Stereo output w/ 9-band EQ ( Codec DAC ): 1. SWD sound widening DSP 2. Sampling rate:44.1 K, 48 K, 88.2 K, and 96 K ( 192K ) ※ Sampling rate 192 K ( playback only ) 3. Resolution : 16, and 24 bit 4. SNR : 90 dB 、 THD+N : -75dB 5. Low-pass, High-pass, Band-pass filters 【Mono mic input ( Codec ADC )】 1. Sampling rate :48K,88.2K ,and 96K 2. Internal Mic-bias out 3. Side-tone mixer 4. THD+N:-70dB(when input 200mVp-p) 5. SNR : 106 dB 【Headphone Amplifier 规格】 1. AVDD 3.3V 只需要单电源即可 work 2. Selectable gain -6dB, 0dB, +3dB, +6dB 3. EN pin for MUTE, De-POP control 4. POP noise -72 dB

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