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硬件选取
电子书阅读器的硬件设计可以大体分为三局部:
存储局部,显示局部和控制局部。
当前移动设备的存储介质种类非常丰富。
小型设备〔如mp3GPS设备等〕上闪存式存储占据上风,而对存储容量要求较大的移动设备上,传统机械式硬盘仍占据主导地位。
固态硬盘(SSD)近年来开展迅速,未来很可能取代两者成为兼顾性能,稳定性,移动性和性价比的主导存储设备。
显示设备当前市场上的技术主要有以下三种:
1.LCD液晶显示特别适合作为移动设备的显示模块。
相关技术比拟成熟,本钱较低,是市场上的绝对主流。
2.LED发光二极管显示近年来得到了突破性的进展,其超低能耗,超长寿命的特点决定其将取代液晶显示成为下一代主流。
不过目前制作本钱仍然较高,并且开展存在很多不确定性,短期内不会取代LCD的主流地位。
3.E-INK作为一种创新型的显示技术,“电子墨〞技术被人们寄予厚望,并在SONYreader,AmazonKindle等产品上得到了效果非凡的实际应用,不过受困于过高的本钱和显示的稳定性,该技术成熟还需要较长的开展时间。
控制技术的开展丰富多样,触控技术随着微软,苹果等巨头的引导成为新主流,不过传统的机械键盘仍占据绝大市场份额。
同时,手势,语音,甚至意识控制等新型传感控制也在蓬勃开展中。
权衡本钱,通用性,技术成熟性和制作的复杂程度之后,我们决定选用闪存技术的SD卡作为存储媒介,点阵式LCD作为显示器,用三枚机械按键来进行操作控制。
SD卡
SD卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备,它被广泛地于便携式装置上使用。
SD卡共支持三种传输模式:
SPI模式〔独立序列输入和序列输出〕,1位SD模式〔独立指令和数据通道,独有的传输格式〕,4位SD模式〔使用额外的针脚以及某些重新设置的针脚。
支持四位宽的并行传输〕,在此我们选用SPI串行模式。
SD卡端口示意图如下
连接如下
SDCARDMega32外部电路
1.CSPB4(SS)
2.DATAINPB5(MOSI)
3.GND--GND
4.3.3V--LM317OUTPUT
5.CLKPB7(SCK)
6.GND--GND
7.DATAOUTPB6(MISO)
SD卡的工作电压为3.3V,直接用单片机的5V供电会烧坏SD卡,所以必须使用转压芯片。
我们选用德州仪器TI生产的LM317芯片为SD卡供电,连线图如下
LCD
我们选用的是金鹏公司生产的4X8点阵液晶OMCJ4x8c。
该液晶基于ST7920控制模块,通用性强,功能完善。
该显示模块支持字母、数字符号、中文字型及图形的显示,这满足了电子书阅读器的显示需求。
模块支持串口连接,可节省单片机的引脚资源。
OMCJ4x8cMega32外部电路
1.VSS--GND
2.VDD--VCC
3.V0--比照度调节〔未连接〕
4.RS--VCC
5.RW(SID)PA7--
6.E(SCLK)PA6--
7~14.DB0~DB7----
15.PSBPA5--
16.NC----
17.RST--VCC
18.NC----
19.BLA--VCC
20.BLK--GND
键盘
我们直接使用开发板上的三个按键,连线为
Key1PA0
Key2PA1
Key3PA2
UART
为了方便工程制作中SD卡操作的调试,我们搭建了UART串口与PC连接。
使用MAX232作为电平转换芯片,连线如下
Mega32MAX232DB9M
PD0(RXD)R1OUT---
PD1(TXD)T1IN---
---T1OUTPIN2-RD
---R1INPIN3-TD
电路图
二.软件程序
电子书阅读器采用模块化软件系统,各个局部分块编写,既大大增强了程序的可读性,也使各个模块的单独移植更加方便。
程序采用WinAVR编写。
软件系统可以分为四个局部:
SD卡读取,LCD驱动与显示,键盘输入与控制,用户界面。
其中SD卡的读取为整个软件系统的核心局部。
在SD卡读取局部的软件开发过程中,没有使用LCD与键盘,单片机采用UART串行接口与PC通信,从而能够更加方便直观地对软件进行调试和改良。
SD卡读取
作为电子书阅读器软件的最核心组成,SD卡读取由可分为三个局部:
SD卡驱动,SD卡与单片机的通信,SD卡内部文件系统的读写。
在硬件设计阶段已经确定SD卡使用SPI模式与单片机通信。
同时,SD卡采用目前最主流的FAT32格式文件系统,确保电子书阅读器的通用性。
三局部的协同作用实现了创立文件,读取文件,删除文件,读取文件列表,读取磁盘空间大小等控制器对外部储存器操作的根本功能。
三局部的源代码分别位于:
SD_routines.cSD_routines.h
SPI_routines.cSPI_routines.h
FAT32.cFAT32.h
UART串行通信
UART串行通信的设计是为了软件测试效劳的,因而其主要用途是在PC端显示程序进程和向单片机发送操作指令。
在最终的作品中,UART局部并没有对用户开放,在操作过程中没有表达,仅作为后期调试接口保存。
在PC端,利用Windows自带的“超级终端〞调试软件与单片机进行通信。
使以上对SD卡操作的所有功能在PC显示器上实现可视化。
并由PC键盘输入对单片机进行操作,十分方便、明了,大大提高开发效率。
UART源代码位于:
UART_routines.cUART_routines.h
LCD驱动
金鹏OMCJ4x8c点阵液晶以ST7920控制模块为核心,驱动程序依据产品说明书编写。
由于显示器模块内部已经集成了汉字库,GBK汉字符可以直接输入显示。
LCD驱动程序主要包括屏幕初始化、显示位设置、字符串显示、图片显示和屏幕去除等函数。
LCD驱动源代码位于:
12864Drive.h
用户界面
电子书阅读器作为产品类的作品,面向用户的可视化操作界面也是一个十分重要的环节。
这一局部直接影响到阅读器的实用性。
用户界面软件设计可分为三个局部:
用户导航,键盘输入,屏幕保护。
用户导航
在开机时显示欢送及导航页面,指引用户选择阅读文本,并实现翻页、返回功能。
目前阶段设计有文件1、文件2和产品说明三个文本可供选择。
所以用户操作由LCD屏幕和三个机械按键完成。
键盘输入
键盘输入检测采用查询式。
此方式虽然占用较大的CPU资源,但由于在显示电子书的过程中,单片机不进行除定时器计时外的其他工作,CPU根本空闲,所以查询式键盘检测无疑是最简单、最快捷的方法。
三个按键功能如下:
Key1读文件1/上翻页
Key2读文件2/下翻页
Key3显示说明/返回主菜单
定时器计时屏保
在阅读电子书的过程中,采用单片机T/C0计时器对键盘输入间隔进行计时,一旦超过规定时长没有检测到键盘输入,即用户长时间没有对阅读器进行操作,那么LCD将显示屏保画面。
用户界面源代码位于:
SD_main.c
软件流程图
三.测试与制作成果
图1使用超级终端与PC连接测试SD卡读取正常
图2中英文电子书读取正常
图3完整系统实物图
四.资源统计
硬件
Easy-AVR实验板
AVRATmega32
LM317
SD卡槽
SD卡
OCMJ4x8c液晶
MAX232
DB9M串口
电阻、电容、导线
一块
一枚
一张
一个
假设干
软件
WinAVR超级终端AVRsduio
五.成员分工和工作情况
整个工程由团队通力协作完成,组员奉献度根本相当。
仝可34%
施迪夫34%
刘正文32%
六.参考资料
1.SDCardInterfacingwithATmega8
:
//dharmanitech/2021/01/sd-card-interfacing-with-atmega8-fat32.html
2.SecureDigitalCardInterfacefortheMSP430byF.Foust
3.AtmelATmega(ATmega16/ATmega32)-MMC(MultiMediaCard)FlashMemoryExtension
//captain.at/electronic-atmega-mmc.php
4.SDcardstandardproductspecification
5.ST7920datasheet
6.LM317datasheet
7.MAX232datasheet
8.AtmelAtmega16datasheet
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