电子书阅读器

项目成员：

仝可 施迪夫 刘正文

背景介绍

图书电子化已成为主流趋势。近日美国加州州长施瓦辛格宣布加州取消课本，今年秋季起成为全球第一个教材全部电子化的地区。可以想象，如果未来电子书技术稳定，成本低廉，便于携带和交流，肯定会取代纸质图书，成为人们阅读的主要媒介。

目前，便携式的电子书阅读设备已经比较普遍，智能手机，PDA，MID和各种笔记本电脑都可以很好的支持多种格式的电子书籍。但是上述设备的机能强大，如果仅作为电子书阅读器来使用有些大材小用，而且价格不菲。前年上市的Amazon Kindle是一台专注于电子书阅读的设备，可是其推广和销售都没有较大成功，原因有两点：1.采用不成熟的E-ink技术，成本高，性价比极低。2. 与Amazon捆绑，过分的版权设定，通用性差。而这，正是我们想要解决的问题。

我们的目标是研制一种结构简洁，性价比高，功能专一，通用性强的电子书阅读器。下面我们详细介绍一下我们的项目制作。

一．硬件设计

硬件选取

电子书阅读器的硬件设计可以大体分为三部分：存储部分，显示部分和控制部分。

当前移动设备的存储介质种类非常丰富。小型设备（如手机mp3 GPS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)近年来发展迅速，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。相关技术比较成熟，成本较低，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。不过目前制作成本仍然较高，并且发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SONY reader, Amazon Kindle等产品上得到了效果不凡的实际应用，不过受困于过高的成本和显示的稳定性，该技术成熟还需要较长的发展时间。

控制技术的发展丰富多样，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发展中。

权衡成本，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

SD CARD Mega32 外部电路

1.CS PB4 (SS)

2.DATA IN PB5 (MOSI)

3.GND -- GND

4.3.3V -- LM317 OUTPUT

5.CLK PB7 (SCK)

6.GND -- GND

7.DATA OUT PB6 (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。

连接如下

OMCJ4x8c Mega32 外部电路

1.VSS -- GND

2.VDD -- VCC

3.V0 -- 对比度调节（未连接）

4.RS -- VCC

5.RW(SID) PA7 --

6.E(SCLK) PA6 --

7~14.DB0~DB7 -- --

15.PSB PA5 --

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

Key1 PA0

Key2 PA1

Key3 PA2

UART

为了方便项目制作中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

Mega32 MAX232 DB9 M

PD0 (RXD) R1 OUT ---

PD1 (TXD) T1 IN ---

--- T1 OUT PIN2-RD

--- R1 IN PIN3-TD

电路图

二．软件程序

电子书阅读器采用模块化软件系统，各个部分分块编写，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部分：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部分。在SD卡读取部分的软件开发过程中，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进。

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部分：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。

三部分的协同作用实现了创建文件，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基本功能。

三部分的源代码分别位于：

SD_routines.c SD_routines.h

SPI_routines.c SPI_routines.h

FAT32.c FAT32.h

UART串行通信

UART串行通信的设计是为了软件测试服务的，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部分并没有对用户开放，在操作过程中没有体现，仅作为后期调试接口保留。

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.c UART_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、图片显示和屏幕清除等函数。

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。这一部分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部分：用户导航，键盘输入，屏幕保护。

用户导航

在开机时显示欢迎及导航页面，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基本空闲，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，则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

word/media/image7_1.png

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

word/media/image12_1.png

图3 完整系统实物图

四．资源统计

硬件

Easy-AVR实验板

AVR ATmega 32

LM317

SD卡槽

SD卡

OCMJ4x8c 液晶

MAX232

DB9 M串口

电阻、电容、导线

一块

一枚

一枚

一枚

一张

一块

一枚

一个

若干

软件

WinAVR 超级终端 AVR sduio

五．成员分工和工作情况

整个项目由团队通力协作完成，组员贡献度基本相当。

仝可 34%

施迪夫 34%

刘正文 32%

六．参考资料

1. SD Card Interfacing with ATmega8

http://www.dharmanitech.com/2009/01/sd-card-interfacing-with-atmega8-fat32.html

2. Secure Digital Card Interface for the MSP430 by F. Foust

3. Atmel ATmega (ATmega16 / ATmega32) - MMC (Multi Media Card) Flash Memory Extension

http://www.captain.at/electronic-atmega-mmc.php

4. SD card standard product specification

5. ST7920 datasheet

6. LM317 datasheet

7. MAX232 datasheet

8. Atmel Atmega16 datasheet

情感语录

1.爱情合适就好，不要委屈将就，只要随意，彼此之间不要太大压力

2.时间会把最正确的人带到你身边，在此之前，你要做的，是好好的照顾自己

3.女人的眼泪是最无用的液体，但你让女人流泪说明你很无用

4.总有一天，你会遇上那个人，陪你看日出，直到你的人生落幕

5.最美的感动是我以为人去楼空的时候你依然在

6.我莫名其妙的地笑了，原来只因为想到了你

7.会离开的都是废品，能抢走的都是垃圾

8.其实你不知道，如果可以，我愿意把整颗心都刻满你的名字

9.女人谁不愿意青春永驻，但我愿意用来换一个疼我的你

10.我们和好吧，我想和你拌嘴吵架，想闹小脾气，想为了你哭鼻子，我想你了

11.如此情深，却难以启齿。其实你若真爱一个人，内心酸涩，反而会说不出话来

12.生命中有一些人与我们擦肩了，却来不及遇见；遇见了，却来不及相识；相识了，却来不及熟悉，却还要是再见

13.对自己好点，因为一辈子不长；对身边的人好点，因为下辈子不一定能遇见

14.世上总有一颗心在期待、呼唤着另一颗心

15.离开之后，我想你不要忘记一件事：不要忘记想念我。想念我的时候，不要忘记我也在想念你

16.有一种缘分叫钟情，有一种感觉叫曾经拥有，有一种结局叫命中注定，有一种心痛叫绵绵无期

17.冷战也好，委屈也罢，不管什么时候，只要你一句软话，一个微笑或者一个拥抱，我都能笑着原谅

18.不要等到秋天，才说春风曾经吹过;不要等到分别，才说彼此曾经爱过

19.从没想过，自己可以爱的这么卑微，卑微的只因为你的一句话就欣喜不已

20.当我为你掉眼泪时，你有没有心疼过