摘要：采用ATmega32A單片機(jī)作為系統(tǒng)總控制器，設(shè)計(jì)數(shù)碼相框。采用SD卡作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)照片以及文件信息。采用DS1302作為系統(tǒng)時(shí)鐘芯片，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘信息。本系統(tǒng)還具有照片瀏覽和幻燈片播放等多種模式，同時(shí)具有鬧鐘的功能。

關(guān)鍵詞：ATmega32A；SD卡；DS1302

1 引言

     當(dāng)前，隨著數(shù)碼相機(jī)和具有高像素拍照相機(jī)手機(jī)的普及和大眾化，一種以數(shù)碼照片的保存、回放和瀏覽為核心功能的產(chǎn)品，電子相框應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)數(shù)碼相框的圖片瀏覽器直接瀏覽SD卡中的照片，并可以選擇照片進(jìn)行幻燈片模式播放，解決了必須使用電腦才能查看數(shù)碼照片的缺陷。

2 系統(tǒng)總體介紹

     本系統(tǒng)采用AVR系列的ATmega32A作為系統(tǒng)總控制器，以美國(guó)MAXIM 公司的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302作為系統(tǒng)時(shí)鐘，采用海量存儲(chǔ)器SD卡作為系統(tǒng)的存儲(chǔ)單元。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，系統(tǒng)顯示部分采用3.0寸TFT-LCD，可以顯示照片和設(shè)置信息。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

 3 SD卡和SD卡接口

     SD卡是英文Secure Digital Card的簡(jiǎn)稱，多直譯為“安全數(shù)字卡”。SD卡在日常生活與工作中的使用已經(jīng)非常廣泛，時(shí)下已成為最為通用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，諸如MP3、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備上也都采用SD卡作為其存儲(chǔ)設(shè)備。SD卡之所以得到如此廣泛的使用，是因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉、存儲(chǔ)量大、使用方便、通用性與安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

     因此，當(dāng)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間地采集或保存、記錄海量數(shù)據(jù)，以及需要與PC機(jī)進(jìn)行文件或數(shù)據(jù)交換，那么考慮SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)、用SD卡做中轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸則是一種非常方便和實(shí)用的方案。隨著SD卡在生活中的普及使用，在嵌入式應(yīng)用中把讀/寫SD卡功能集成到系統(tǒng)中，已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。

     對(duì)SD卡操作的接口分為3個(gè)層次：物理接口層、SD卡操作命令層和文件系統(tǒng)層。SD卡的物理接口層實(shí)現(xiàn)的是外部控制器與SD卡內(nèi)部控制器在命令層上的對(duì)接，它構(gòu)成了對(duì)SD卡操作的核心；文件系統(tǒng)層是建立在SD卡命令操作層上的，它體現(xiàn)的是SD卡內(nèi)部存儲(chǔ)器的邏輯組織結(jié)構(gòu)，通常需要通過(guò)文件系統(tǒng)來(lái)定義、保存和查找相關(guān)的數(shù)據(jù)，這樣才能使SD卡與通用PC平臺(tái)上Windows系統(tǒng)兼容，采用直接讀取FAT文件的方式來(lái)操作SD卡。SD卡9個(gè)對(duì)外引腳的定義如表1所示，其中還給出了SPI模式下SD卡的引腳定義。 

表1 SD卡引腳定義與功能 

4 硬件電路設(shè)計(jì)

4.1 ATmega32A最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

     AVR單片機(jī)吸取了PIC及8051等單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上還做了一些重大改進(jìn)。程序存儲(chǔ)器價(jià)格為價(jià)格低廉、可擦寫1萬(wàn)次以上、指令長(zhǎng)度單元為16位的Flash ROM；采用CMOS技術(shù)和RISC架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高速、低功耗、Sleep功能；采用可多次擦寫的Flash存儲(chǔ)器，且具有多重密碼保護(hù)鎖定(Lock)功能，因此可低價(jià)、快速完成產(chǎn)品的商品化；具有大電流10-20mA(輸出電流)或40mA(吸電流)的特點(diǎn)，可直接驅(qū)動(dòng)LED、SSR或繼電器，具有看門狗定時(shí)器(WDT)安全保護(hù)功能，可防止程序跑飛，以提高產(chǎn)品的抗干擾能力；具有性能優(yōu)良的串行同/異步通信USART口，不占用定時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)高速同/異步通信。

     本系統(tǒng)采用了ATmega32A作為總控制器，采用其內(nèi)部集成的SPI單元實(shí)現(xiàn)與SD卡的通信，其最小系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 ATmega32A最小系統(tǒng)原理圖

4.2 電源模塊

     LM1117是低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列，其壓差在1.2V輸出，額定負(fù)載電流為800mA，在負(fù)載電流為800mA時(shí)壓差為1.2V。LM1117有可調(diào)輸出電壓的版本，可以通過(guò)2個(gè)外部電路實(shí)現(xiàn)1.25-13.8V輸出電壓范圍。另外還有5個(gè)固定電壓輸出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V），本系統(tǒng)采用的是固定電壓的LM1117-3.3V，輸出端接10uF的鉭電容改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。由于本系統(tǒng)均采用低功耗器件，因此采用一片LM1117為系統(tǒng)供電完全可以滿足系統(tǒng)要求。LM1117穩(wěn)壓電路如圖3所示，系統(tǒng)采用干電池供電，在穩(wěn)壓電路輸出端接LED，可以清晰的指示系統(tǒng)上電，穩(wěn)定可靠。

圖3 3.3V穩(wěn)壓電路

4.3 時(shí)鐘電路

     DS1302是美國(guó)MAXIM公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路可以提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單的采用同步串行的方式通信，僅需要三根口線：RES（復(fù)位）、I/O（數(shù)據(jù)線）、SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM的讀寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。

     DS1302時(shí)鐘電路如圖4所示，芯片采用雙電源引腳供電，分別用于主電源和備份電源供應(yīng)，VCC1采用紐扣電池供電。

圖4 DS1302時(shí)鐘電路

4.4 按鍵和蜂鳴器電路

      本系統(tǒng)還設(shè)有4個(gè)按鍵，通過(guò)按鍵可以設(shè)置電子相冊(cè)的相關(guān)參數(shù)，如顯示比例等。另外，本系統(tǒng)設(shè)有蜂鳴器電路，蜂鳴器在本系統(tǒng)調(diào)試時(shí)可以發(fā)揮很大作用，同時(shí)，本電子相冊(cè)還具有鬧鐘的功能，可以通過(guò)按鍵設(shè)置鬧鐘時(shí)間，時(shí)間到時(shí)可以控制蜂鳴器發(fā)出滴滴的響聲。按鍵和蜂蜜器電路如圖5所示。

圖5 按鍵和蜂蜜器電路

5 系統(tǒng)工作原理

     本系統(tǒng)將照片存儲(chǔ)在SD卡中，ATmega32A單片機(jī)通過(guò)SPI與SD卡通信，可以讀取SD卡中的照片，同時(shí)又可以對(duì)SD卡中的照片做簡(jiǎn)單的修改，也可以部分或全部刪除SD卡中的照片。本系統(tǒng)顯示照片時(shí)，可以采用幻燈片的形式，也可以采用普通的查看方式，通過(guò)按鍵進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。另外，本系統(tǒng)還集成了鬧鐘的功能，通過(guò)蜂鳴器電路做了簡(jiǎn)單的鬧鐘，可以在必要時(shí)充當(dāng)鬧鈴的角色。

6 結(jié)束語(yǔ)

     本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于ATmega32A單片機(jī)的數(shù)碼相框，是隨著數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展而誕生的，其功能齊全，成本較低，適合批量生產(chǎn)，是適合家庭使用的消費(fèi)類電子產(chǎn)品。