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手持式电子阅读器·102·手持式电子阅读器摘要本作品是以JingWei板及自制电路为硬件平台，以WindowsCE为软件平台开发的一种嵌入式掌上设备。作品具有通信录编辑与浏览、文本记事、中英文文档阅读、手写输入与识别、闹钟、图片浏览、音频文件录放、语音记事、环境温、湿度参数实时监测、人体脉搏测试、屏幕硬拷贝输出、视频捕捉等功能。本作品硬件由JingWei板、外围基本扩展电路和AV扩展选件三部分组成。其中，硬件接口逻辑通过修改Jingwei板上的CPLD内部逻辑实现。在硬件设计上，注重选择低功耗、高集成度的器件。系统应用软件使用EVC++开发，采用模块化设计方法，使每个模块相互独立，具有可移植性，大大减少了程序的代码量。在软件设计中，注重人机界面的人性化，设计了统一风格的人机交互界面。本作品可以作为集电子文档管理与阅读、语音图像实时采集、环境参数监测、个人护理等功能于一体的多功能手持式个人数字助理。关键词文档/图片阅读音频录放信号测量屏幕硬拷贝视频捕捉AbstractAHandE-readerbasedonJingWeiboard、ExtendedboardandWindowsCEishere.Ithasthefollowingfunctions:Callingcardeditingandreading,WORDPAD,DocumentreadinginChineseorEnglish,Handwritinginputtingandrecognition,Imagebrowsing,Alarmclock,Audioplayingandrecording，Videocapturing,TemperatureandHumiditymeasuring，PulsemeasuringandPrinting.Thisproduction’shardwareiscomposedofJingWeiBoard,extendedcircuitsandextendedAVmodule.ConfiguringCPLDofJingWeiboardachievedhardware’sinterfaceLogic.Lowpowerandhighintegrationchipswerechosen.TheFriendlymenusinaunitivestyleweredesigned.ProgramsweredesignedbyEVC++inblockingandabsolutewhichreducedalotofcodes.ThisproductioncanbeusedasaPDAthathasthefunctionsmentionedabove.Keywords:Document/ImagereadingAudioplayingandrecordingsignaltestScreen-printingVideocapturing手持式电子阅读器·103·第一章系统设计方案一、研制背景嵌入式系统在各行各业中有着广泛的应用。随着芯片制造工艺的不断提高，嵌入式微处理器已经具有了集成度高、性能稳定、低功耗的特点。嵌入式微处理器的功能也越来越强大。IntelStrongARMSA-1110是一款高度集成的32位嵌入式处理器。它融合了Intel公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的低功耗性能。JingWei板是一块以IntelStrongARMSA-1110芯片为CPU的嵌入式系统开发板，它以子母板的形式设计，其中包含了IntelStrongARMSA-1110中央处理器、32MB的Flash存储器、32MB的SDRAM、RS232串行口和JTAG接口、按钮，拨码开关、5.7寸320×240TFTLCD、触摸屏、CFⅡ型的网卡插槽、USB主从口、PCM3000音频模块、IrDA接口、调试用LED指示灯及功能扩展接口。WindowsCE是支持多平台的、可定制的32位嵌入式操作系统。它在设计上完全实现模块化，可根据硬件平台和应用目的灵活定制。WindowsCE支持Microsoftwin32API、ActiveX控件、消息队列、COM接口、ATL和MFC，并且内建了对多媒体、通信和安全的支持、提供了PocketInternetExplorer、Pocketoutlook、Pocketword等应用程序。以上表明，使用基于SA-1110的JingWei板及WindowsCE开发便携式电子设备在目前市场上具有广阔的前景。二、设计目标—性能与指标本作品设计为一手持式掌上设备，具有通信录编辑与浏览、文本记事、中英文文档阅读、音频播放、语音记事、图片浏览、闹钟、环境温、湿度参数监测、脉搏测试及视频捕捉等功能。可以作为集电子文档管理、文字、语音、图像实时采集、Wav、MP3等音频文件的录放、环境温湿度实时检测、个人护理等功能于一体的多功能手持式个人数字助理，如电子课本/教案、环境检测仪、现场采访器、PDA、个人护理及远程监测等。作为掌上设备，应具备超小体积，超低功耗等特点。在器件的选择上应选用集成度高、低功耗的器件。在设计过程中应使用新的软硬件设计技术及工具，如可视化嵌入式程序设计软件EVC＋＋的使用。在整体界面的设计上要具有良好的可操作性，注重人性化及人机交互功能，充分发挥嵌入式操作系统的特点。本作品应具有如下性能：通信录：由名片编辑器和浏览器组成,名片编辑支持照片摄入,浏览器支持多种显示模板,并具有屏幕硬拷贝功能。文本阅读器：支持中英文显示,具有滚动翻页功能,并支持文本打印。文本记事本：支持文本编辑,录入,存储及回显,并具有自动加注时间标记等功能。图片浏览：支持BMP位图及自定义格式图片的显示,具有直播,上卷.下卷.左滚.水平栅卷,盒状收缩等6种切换方式。手写记事本：支持手写体自动识别及文本编辑,存盘等功能.手写识别采用笔划法,可以识别100多个汉字。闹钟：包括闹铃时间设置,提示内容编辑,铃声选择或录入等功能。手持式电子阅读器·104·音频播放器：支持MP3和WAVE文件的播放,具有起始,暂停,停止,循环播放,随机播放和剩余时间显示等功能。录音模块：通过经纬板麦克风通道(即左声道)或基本扩展板上的音频模拟通道(右声道)录入20Hz--5KHz的语音及其他信号,并具有起始.暂停,停止等控制功能和录音回放功能.。环境参数测量：包括近程及远程温湿度实时测量和显示,具有历史记录曲线的显示,打印等功能。温度测量范围-20℃~+44℃,相对湿度测量范围10%~80%。脉搏信号测量：分别通过经纬板音频声道或基本扩展板采集通道实时采集和显示脉搏传感器信号变化曲线,分析显示脉搏频率,并具有曲线打印功能。频率范围0.8Hz~2.5Hz。屏幕硬拷贝模块：实现屏幕任意区域的图象抓捕和打印输出。动态AV模块：从AV扩展选件获取音视频信号,具有彩色及黑白视频图象的动态刷新,冻结,存盘,语音的传输,存储,回放等功能.。本作品除了实现上述功能外，同时应达到如下指标：使用环境：温度范围-20℃~45℃相对湿度范围10%~90%。电源：5VDC,1.0W(JingWei板除外)温度测量：-20℃~45℃，精度1℃湿度测量：10%~90%，精度3%脉搏测量：50~150次/分，精度5次/秒视频捕捉：320x240/220x148，16位彩色显示音频采集：A律PCM，通带80Hz~5KHz三、设计思想本作品软件设计力求模块化，各个功能模块独立实现，具有可移植性。统一操作界面的风格，实现其标准化。硬件设计上，尽量采用低功耗，小体积的器件，做到电路紧凑、稳定，使作品具备便携式产品的低功耗、体积小的特点。在操作系统选择上，选择了可定制的WindowsCE作为操作系统，并根据功能需要重新定制了WindowsCE。在开发工具上采用可视化嵌入式开发软件EVC＋＋，因为EVC＋＋3.0开发环境支持WinCE下应用程序的创建、测试和优化。四、总体方案本系统由JingWei板、外围基本扩展电路和AV扩展选件及应用软件等部分组成。作品设计分为WindowsCE操作系统下的应用程序设计、音频模块程序设计、视频捕捉模块的设计、环境温、湿参数检测模块设计、电生理脉搏测试模块的设计、屏幕硬拷贝模块的设计、AV模块设计、通信模块设计等子系统来完成。系统硬件组成如图1-1所示。系统使用JingWei板基本硬件资源实现图片/文本文档浏览、音频录放、电子闹钟等模块，通过修改板上的CPLD逻辑实现硬件接口电路；使用外围基本扩展电路实现环境温/湿度参数监测、脉搏信号测量、打印机接口、AV选件接口通讯等电路功能；使用AV扩展选件配合JingWei板实现音、视频图像数据的捕捉与回放。系统软件采用EVC++开发。在软件设计上，采用进程管理模式实现程序的模块化设计，各模块程序在操作界面上力求风格统一，并将文件操作程序、设备控制程序、接口控制程序，物理端口控制程序等基本通用程序加以规范，统一使用。手持式电子阅读器·105·图1－1系统总体框图第二章硬件设计一、接口电路的CPLD逻辑设计通过配置JingWei板的CPLD的CPLD_EXT_1至CPLD_EXT_10共10根引脚，来控制基本扩展模块和AV扩展选件。我们分三种情况对CPLD的管脚进行配置。1．寄存器输出接口电路中的A/D转换启动、数据锁存及锁存控制、I2C时钟输出等信号采用寄存器输出的方法实现。例如，CPLD_EXT_6配置为温度传感器的I2C总线数据写入信号TSDA，实现的功能就是以数据线SA_D0为输入、以TSDA为输出的D触发器，逻辑实现如图2－1所示，具体硬件描述语言见附录。图2－1寄存器输出逻辑的CPLD设计示例2．读端口接口电路中的I2C总线数据、串行AD数据、AV接口数据等信号需要经CPLD选通读入数据端口。例如，CPLD_EXT_5配置为温度传感器的I2C总线数据读入到SA1110数据总线上。SA_D0的逻辑关系如图2-2所示，具体描述语言参见附录。手持式电子阅读器·106·图2－2读端口逻辑的CPLD设计示例3．使能选通输出数据选通信号如PRN_WRn、AV_RD等由系统读/写使能信号SA_RD/SA_WEn、片选信号SA_CS1n、地址信号SA_ADDRLO由图2-3所示逻辑电路实现。表3-2列出了本系统扩展接口电路中CPLD相关引脚的逻辑配置情况。图2－3使能选通输出逻辑的CPLD设计示例二、基本扩展模块电路设计基本扩展模块框图如图2-4所示。图2－4基本扩展模块组成框图1、环境温度测量电路温度测量电路由量化精度达0.25°C的数字式温度传感器AD7416及I2C总线接口组成。电路原理如图2-5所示。图2-5温度采集电路原理图手持式电子阅读器·107·温度采集电路通过I2C总线和数据传输协议访问AD7416内部地址寄存器及数据寄存器的方法读取温度数据。I2C接口电路通过修改JingWei板上的CPLD的内部逻辑实现，即配置两个D触发器SENSOR_SDA和SENSOR_SCL分别向AD7416的SDA管脚和SCL管脚传输数据信号和时钟信号，通过I2C串行接口总线同JingWei板进行数据交换。在数据读取过程中，AD7416作为从器件通过数据输入／输出线SDA以及时钟信号线SCL与总线相连。程序控制两个D触发器发出图2－6所示时序的信号，完成一次温度的读取过程。图2－6从AD7416读取数据时序2、环境湿度测量电路湿度测量电路由HIH-3610湿度传感器、AD7823串行AD转换及接口电路组成。图2-7给出了湿度测量电路的接线原理。图2－7环境湿度监测电路HIH-3610具有体积小、低功耗的特点，符合便携式产品的设计思想。HIH-3610线性放大的电压信号输出，更容易使传感器与控制器相连。AD7823也是一款低功耗器件，支持持续供电模式和自动掉电工作模式，这里选择持续供电模式。AD7823持续供电模式操作时序如图2－8所示，图2－8AD7823方式一传输时序当AD转换起动信号CONT变低时，起动AD转换，转换结束后，即5us后，由Dout引脚