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

電子競技 ( E-sports ) 全名是 electronic sports,顧名思義就是電子化的運動比賽。 Newzoo在2018年剛推出的調查報告顯示,全球電競產值預期達到9.06億美元(約264億台幣)[1],並預期在2021年時突破16.5億美元之成長。

全球的電競玩家有高達15.5億人[2],投身這熱血的比賽,比的是手速、比的是動態視力、比的是臨場應變、比的是射擊遊戲上需判斷聲音與團隊競賽上的溝通,且電競賽事的輸贏往往在一瞬間,周邊設備的好壞就佔了絕大部分的影響,勝敗的可能就在這些微的差距,故電競選手如何篩選適用的 鍵盤 ( Keyboard )、滑鼠 ( Mouse )、耳麥 ( Headset ) 將顯得相當重要。

大聯大世平集團,針對目前電競市場,推出LPC51U68三合一方案,該方案具有Keyboad/Mouse/Audio 功能,1K Report Rate 的支援,高速的 Keyscan 判斷 ( Koyboad 部分以 16 個 Tach Switch 來模擬功能 );Mouse 部分使用業界高階的 Optical Gaming Navigation Chip ,16000 CPI、400 IPS移動速度、50G 加速度的可靠性能;Audio 部分選用性價比高的 Audio Codec 與 Headphone Amplifer ,播放最高可達到 16Bits 192 K 的 Sampling rate / 錄音最高可達到16Bits 96 K 的 Sampling rate,搭配酷炫的 RGB 燈光變化,此燈光效果為目前電競設備上不可或缺的標準配置。

資料參考來源:

方案硬件設計架構
1.  本 三合一 應用方案的主平台采用的是 NXP MCU ( LPC51U68 ) 有 150 MHz 的核心速度,具有很高的性價比,採用此平台的原因是價格平易近人、核心速度快、省電,如圖1。

圖1  NXP LPC51U68

                                                                圖1  NXP LPC51U68

2.  MCU 可控制 PixArt PMW3389 IC,此 IC 擁有16000 CPI、400 IPS移動速度、50G 加速度的可靠性能,如圖2。

圖2  PixArt PMW3389

                                                                圖2  PixArt PMW3389

3. MCU 有硬體加速器能作 KeyScan功能 ,方案板上做成可插拔的 16 個的 Tach Switch板供初步開發驗證,如圖3,也可拔開透過 connector 連接開發者的 keyboard 作驗證。

 

圖3  WPI Tach Switch board

                                   圖3  WPI Tach Switch board

4. MCU 可控制 U6 codec DAC 達到 16bit 192 K 的 sampling rate,後連接至 U8 為 Amplifier IC 可依輸出端所定義之耳機、喇叭 …等,來調整放大倍率,系統開機時可透過SW mute setup 將 pop 聲狀況降低,Audio output 不需輸出電容,因為此 Amplifier IC不會輸出直流準位造成耳機…等損壞,方案板上 J9 為 Audio Jack ,依造 CTIA pin define 來定義,如圖4。

 

圖4  WPI Audio solution

                                               圖4  WPI Audio solution


5. MCU 只需使用 2 pin連接 RGB LED,可控制側發光 RGB LED (內含 Driver ) ,板上定義 12 顆 RGB LED 作 Demo,仍可再依 D12 LED 旁的 connector來作擴充數量之評估,如圖5。

圖5  側發光 RGB LED

                                                         圖5  側發光 RGB LED

Future
1. 使用板上 connector 來連接 NXP LPC8N04 開發板的 NFC 作結合應用,如圖6,往後也可透過手機 NFC 與此三合一板作一次快速設定,將會省去與電腦操作之時間,設定如 Audio sampling rate or EQ mode、燈光效果、甚至可以使用手機 NFC 轉 USB 與電腦溝通…等。


圖6  與 NXP LPC8N04 開發板連接

                                                圖6  與 NXP LPC8N04 開發板連接

場景應用圖

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產品實體圖

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展示版照片

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方案方塊圖

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方案 Layout 設計 - WPI PCB Layout 檔

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方案軟體設計 - WPI SW project 檔

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核心技術優勢

1. USB Full speed mode ( 1000 Hz report rate )。 2. 可增加 KeyScan 效率,此方案 MCU 有硬體加速器,可針對客戶所開發的 Keyboard 規格共同討論調整。 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,若需擴充 LED 數量時,也可透過此方案板上的 connector 連接 WPI 製作的另一燈板方案擴增作評估,演示的延伸應用參考如 Gaming 設備上得燈效、氣氛燈、廣告看板、電視牆...等。

方案規格

【MCU 規格】 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 規格】 1. 為提供高速、高精確度及高解析度而設計的有線高階電競滑鼠晶片 2. 使用 16-pin 雙列直插導線架 (molded lead-frame DIP) 封裝,並內建 850nm 紅外線 LED 燈 3. 可自訂 2mm 或 3mm 的提起偵測高度,並支援手動校正提起偵測高度 4. 可與原相的 LM19-LSI 鏡頭搭配使用以獲取最佳性能 5. Resolution ( cpi ) / 幀率 (fps) : 16000 6. Tracking speed ( ips ) : 400 7. Acceleration ( g ) : 50   【Audio 規格】 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 規格】 1. AVDD 3.3V 只需要單電源即可 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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