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基于单片机的电子阅读器的设计与实现
摘要
进入21世纪，随着电子技术的高速发展，电子产品已经越来越多了。
由此而诞生的电子阅读器也逐渐增多，曾在08年到12年这几年，电子阅读器曾轰动一时！
之后随着手机平板电脑的普及，以及可以实现阅读，方便实用！
越来越多的群众不再喜爱只有一种功能的电子阅读器了，致使电子阅读器从12年销量达到顶峰之后，每年销量急剧下降！
而此次毕业设计所做的基于C51单片机的电子阅读器的，通过12864液晶显示屏现实字幕的，用红外设备控制翻页，相当于按键部分采用了红外遥控代替的，这种作品实际上基本上已经不具有实用价值，虽然所用的是还算是比较先进的LED显示屏来实现阅读的吧！
因为现在的电子书阅读器厂家基本上已经放弃了LCD液晶显示，而是使用更先进的电子纸实现阅读的，而且C51单片机已经过时了，之所以我依旧选择这个题目是因为电子书接近现实，有更广泛的兴趣爱好，而且不光学习单片机知识，还有LED显示应用的知识，对于当代大学生掌握应用更高级的单片机知识打下了一个良好的基础。
关键字：
单片机;LED;电子阅读器
Abstract
Enteringthe21stcentury,electronicproductshasbeenmoreandmorewiththerapiddevelopmentofelectronictechnology.Hencethebirthofelectronicreadersalsograduallyincreasing.E-bookreadermadeagreatflutter,inrecentyearsfrom2008to2012.Afterthis,mobilephonetabletwaspopular,anditcanachievereading,beconvenientandbepractical!
Moreandmorepeoplenolongerlovetheelectronicreaderforonlyafunction.Electronicreadersalespeakedin2012,afterthatannualsalesfellsharply!
Andthise-bookreaderbasedonC51SCMdosenothavepracticalvalue.Thoughitwasusedtoadvanced12864LEDscreen!
Nowe-readermanufacturersbasicallyhasabandonedtheLCDscreenbutthemusemoreadvancedelectronicpaperasthescreenfore-bookreader,andtheC51hasbeenoutofdate.Istillchoosethistopicbecausee-booksisclosetoreality,andIhaveawiderrangeoftheLED.Throughit,wecanlearnmoreknowledgeforLED.Itisagreatfoundationforcollegestudents!
Keywords:
SCM;LED;E-readerbook
1绪论
1.1课题提出的背景目的以及意义
1.1.1课题提出的背景
信息技术和网络技术的飞速发展，让全世界的人们提前很多年享受到虚拟网络世界给人们带来的幸福与快乐，信息的快速传递和思想情感的充分交流是IT和Internet给人们带来最为美好的一面。
但是IT和Internet经济的泡沫，却让过早的享受这一切的人们也付出了代价，尤其是使投资者们损失了巨额的资金。
当带有许多泡沫的网络大潮退却的时候，人们发现海滩上还留下了电子邮件，资讯的快速浏览和寻找，聊天和免费的互动娱乐，除了这样几件东西以外，还有另外一件东西，那就是电子书。
网络的存在，无疑会使传统的精神文化产品受到冲击。
人们欢迎电子书，但是电子书却不能违背产业发展的规律，也不能无视资本的力量。
不然我们绝对不会看到：
现在所有新出的“书籍、杂志和报纸”原本都已经数字化了，可就在面向读者的最后一关——出版，没有将“数字化”进行到底，仍旧使用的是纸张。
如果说，这是由于技术的原因而不能实现以电子显示的方式进行大众阅读，那么这显然不是正确的回答。
1.1.2课题提出的目的
随着电子技术的发展以及电子产品的铺天盖地，越来越多的消费者逐渐的喜欢了拿在手里方便，不可无限重复下载阅读的电子阅读器了，他们喜欢阅读哪一本书的时候不用再掏钱去书店里买了，只在网上下载次数到阅读器里面就可以随时随地的实现阅读，这样不仅省去了买书的钱，而且携带方便，观看方便。
由此电子阅读器的产生是必然趋势。
而在未来的年代里，电子书很可能代替纸质的课本了，这样更节能！
至此，我选择了电子阅读器的制作，为了就是适应潮流，适应社会的发展。
1.1.3课题提出的意义
电子阅读器的发展是文字的纸质版逐渐向电子版转化的一个枢纽，也许电子版的阅读器永远无法完全代替纸质版的，可是这是一个趋势！
地球的资源是有限的，总有一天会有短缺的时候，也许到了那一天来临的时候，就不会再有纸质版的文字记载了，全部都是电子档的，为了节约资源！
我想那一天的来临也就预计着地球的危机了吧！
1.2国内外研究状况
1.2.1国外研究状况
一般现在的研究课题都要与当今世界先进技术做对比，要跟着世界发展的步伐也只有这样了。
目前说国外的研究状况，一般指的是世界先进国家的发展水平。
在当今世界上电子阅读器研究水平顶尖的国家也就数美国和日本了，那么我们谈论国外的研究状况就从这两个国家说起：
美国
（1）MicrosoftPC机操作系统及工具软件王国的事实上的统治者，同时凭借内容格式和经营阅读平台方面的技术优势，期望通过eBook产业闯入经营内容的王国。
（2）Gemstar美国新闻集团为主要股东的NSDAQ上市企业，准备在IPG和eBook方面找到未来消费类电子产业中最具发展力的增长点，并于1999年彻底的收购了美国ebook阅读器最著名的两家公司RocketBook和SoftBook.在专用阅读器方面准备实行技术垄断控制。
（3）HP&AdobeHP无疑是IT公司中的佼佼者，尤其在打印机语言方面HL已基本形成了业界的标准。
而Adobe公司以PS语言与之抗衡，特别是其网络上的PDF格式更加著名，目前60，70％以上的西文电子文档都使用该格式。
这两家公司岂能放弃eBook方面的积累优势，都投入巨资，希图占领未来的肥沃市场。
（4）Franklin美国著名的消费类电子产品品牌，且拥有自己的内容渠道，但其ebook的形象是稍大一点的PDA形象ebookman，目前出货量在美国号称第一，但年出货量仍然小于10万台。
日本
（1）Toshiba（东芝）凭借着其综合的优势，在非挥发超大容量存储器、数字版权处理、存储卡和显示技术方面频频出大手笔，据说在ebook阅读器方面也投入了巨资开发。
（2）Sony（索尼）在许多的电子类终端产品都有长线的投资，其在PS2方面的成功，使得全世界的业内人士清楚的看到，没有系统、内容和运营的全面服务，很难在未来的市场中立于不败之地。
因此Sony在ebook产品所涉及部分大举投资，是其本能的反应。
（3）MEI（松下）松下SD卡全系列技术和盟员的出台，不但在版权和半导体技术
进行了集成，而且在盟员的联合和新品的开发上都采取了全新的模式，可谓出手不凡。
e平台方面的全面投入，使得他在未来的经营中取得了综合优势，ebook已经被松下聚焦为重中之中的旗舰产品。
1.2.2国内发展状况
（1）AmazonKindle由Amazon生产的一系列电子书阅读器。
第一代Kindle于2007年11月19日发布，用户可以通过无线网络使用AmazonKindle购买、下载和阅读电子书、报纸、杂志、博客、芝麻客及其他电子媒体。
由Amazon旗下Lab126所开发的AmazonKindle硬件平台，最早只有一种设备，但已经发展为一个系列，大部分使用EInk十六级灰度电子纸显示技术，能在最小化电源消耗的情况下提供类似纸张的阅读体验。
2013年9月4日消息，亚马逊正式宣布推出全新KindlePaperwhite电子书[2]新款KindlePaperwhite定价119美元（有广告）和139美元，它们将于9月5日上市，当前已经开放预订；至于售价189美元的3G版则要等到11月5日才会发布。
两者均会在9月30日于美国出货。
据亚马逊的描述，新款KindlePaperwhite的处理器要快25%，改善屏幕高对比显示，更长的电池续航。
另外，亚马逊还为新KindlePaperwhite增加了KindlePageFlip等新功能。
（2）（港台）汉文化传信香港上市公司，中文仓吉输入法的发明人朱邦复为整体的领军人物，协同人民教育出版社大力开展中文学生课本的工作，理念宏达、手笔庞大，核心技术为字库、操作平台和中文MCU。
（3）北大方正依据多年来，在华文出版界和报界的排版系统和相关设备的行业优势，大举进攻网络出版，并抢占内容格式（CEB与XEB）方面的制高点，以形成事实上的标准，目前主要的战略是：
广泛与出版界联合，建立网络出版的依托平台，同时密切与国内外的硬件阅读器厂商合作。
（4）南开津科专心致力于电子阅读器器具的研发，生产“翰林电子书”，广泛与网络出版、传统出版商合作，重点突破阅读器具与版权控制的瓶颈，为形成新型的产业构筑坚实的基础。
（5）辽宁秦通辽宁出版集团与美国硅谷一家公司合资，其“掌上书房”，主要仿制RocketBook，缺乏可竞争的技术核心，运营思路是内容和阅读器一起上。
（6）湖南远景科技整体思路和概念十分类似一RocketBook,内容有湖南出版集团的支持。
（7）北京伯通推出主要针对中小学市场的“绿色电子书包”，其实是扩大的PDA，技术主要来源于台湾的PDA厂商。
1.3论文结构以及安排
1.3.1论文整体结构
此次论文主要内容分为四个部分，第一部分主要是有关芯片以及软件的介绍，芯片主要介绍AT89C52单片机以及最小系统的内部原理，软件主要是keil和proteus_ISIS的介绍，最后介绍一下12864LCD液晶屏；第二部分是电子阅读器的硬件设置，主要是LED显示电路和sd卡控制电路的设置；第三部分是软件设置部分，主要是LCD12864显示子程序和外设控制程序；第四部分是关于调试仿真部分，基本就是在proteus_ISIS中的调试仿真。
1.3.2论文各部分策划安排
本论文主要内容就是2~4章，核心是第三章与第四章，盖含了AD89C51单片机内部功能，引脚与最小系统原路；LCD12864液晶显示屏的整体介绍；单片机读取sd卡的分析和编程仿真软件的使用。
至于仿真的结果与实物的演示基本不做介绍，因为此次毕设我不能保证一定可以调试成功，或者说一定可以做出实物。
2课题整体设计思路与研究方法
2.1课题整体研究方案
2.1.1研究整体构架描述
本次设计是从程序中读取文本并显示到12864液晶显示屏上，还可以通过按键实现上下翻页的功能，选择要读取的内容。
第一部分是汉字显示和按键部分，主要用12864液晶显示，红外遥控控制翻页；第二部分是汉字读取和字库读取部分。
这两部分用单片机来实现。
阅读器由单片机、红外接收装置、12864LCD液晶显示屏、键盘和供电电源组成，各部分电路均采用模块化设计。
电子书存放在程序中，AT89C51单片机通过编程读取电子书信息，用红外无线控制键盘选择电子书显示在液晶显示屏上。
2.1.2整体构架图
图2.1系统框图
图2.2软件流程图
2.2课题所需芯片及软件
2.2.1芯片介绍
（1）AT89C单片机：
随着科技的发展，出现了DSP,ARM等更高级的单片机，DSP：
它从16位~32位，内部采用哈佛结构，特别适合数据处理。
其中16位DSP适合中高级工控到简单语音/图片（不含视频）处理；其中32位DSP适合复杂语音/图片/视频处理。
ARM：
是32位单片机，由于结构和计算速度的原因，目前适合做事务处理或者中低端应用，从中高级工控到简单语音/图片（不含视频）处理。
51单片机虽然和DSP,ARM相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格便宜，它的速度可以满足本次实验的要求，所以我们采用AT89C51这款单片机。
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,1个全双工串行通信口。
主要特性：
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
图2.3AT89C51单片机芯片内部原理图
图2.4AT89C52引脚结构
STC89C52RC引脚功能说明：
VCC（40引脚）：
电源电压
VSS（20引脚）：
接地
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。
在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。
此时，P0口内部上拉电阻有效。
在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。
P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见下表：
在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。
表2.1P1.0和P1.1引脚复用功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。
P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。
在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：
P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。
P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。
在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：
表2.2P3口引脚复用功能
引脚号
复用功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器1的外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
RST（9引脚）：
复位输入。
当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。
看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/
（30引脚）：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在Flash编程时，此引脚（
）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
（29引脚）：
外部程序存储器选通信号（
）是外部程序存储器选通信号。
当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，
在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，
将不被激活。
/VPP（31引脚）：
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，
必须接GND。
注意加密方式1时，
将内部锁定位RESET。
为了执行内部程序指令，
应该接VCC。
在Flash编程期间，
也接收12伏VPP电压。
XTAL1（19引脚）：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2（18引脚）：
振荡器反相放大器的输入端。
（2）CH376是文件管理控制芯片，用于单片机系统读写U盘或者SD卡中的文件。
CH376支持USB设备方式和USB主机方式，并且内置了USB通讯协议的基本固件，内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通讯协议的固件，内置了SD卡的通讯接口固件，内置了FAT16和FAT32以及FAT12文件系统的管理固件，支持常用的USB存储设备（包括U盘/USB硬盘/USB闪存盘/USB读卡器）和SD卡（包括标准容量SD卡和高容量HC-SD卡以及协议兼容的MMC卡和TF卡）。
CH376支持三种通讯接口：
8位并口、SPI接口或者异步串口，单片机/DSP/MCU/MPU等控制器可以通过上述任何一种通讯接口控制CH376芯片，存取U盘或者SD卡中的文件或者与计算机通讯。
CH376的USB设备方式与CH372芯片完全兼容，CH376的USB主机方式与CH375芯片基本兼容。
下图为CH376的应用框图。
图2.5CH376应用图
特点
●支持1.5Mbps低速和12Mbps全速USB通讯，兼容USBV2.0，外围元器件只需要晶体和电容。
●支持USB-HOST主机接口和USB-DEVICE设备接口，支持动态切换主机方式与设备方式。
●支持USB设备的控制传输、批量传输、中断传输。
●自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连接和断开的事件通知。
●提供6MHz的SPI主机接口，支持SD卡以及与其协议兼容的MMC卡和TF卡等。
●内置USB控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输。
●内置固件处理海量存储设备的专用通讯协议，支持Bulk-Only传输协议和SCSI、UFI、RBC或等效命令集的USB存储设备（包括U盘/USB硬盘/USB闪存盘/USB读卡器）。
●内置FAT16和FAT32以及FAT12文件系统的管理固件，支持容量高达32GB的U盘和SD卡。
●提供文件管理功能：
打开、新建或删除文件、枚举和搜索文件、创建子目录、支持长文件名。
●提供文件读写功能：
以字节为最小单位或者以扇区为单位对多级子目录下的文件进行读写。
●提供磁盘管理功能：
初始化磁盘、查询物理容量、查询剩余空间、物理扇区读写。
●提供2MB速度的8位被动并行接口，支持连接到单片机的并行数据总线。
●提供2MB/24MHz速度的SPI设备接口，支持连接到单片机的SPI串行总线。
●提供最高3Mbps速度的异步串口，支持连接到单片机的串行口，支持通讯波特率动态调整。
●支持5V电源电压和3.3V电源电压以及3V电源电压，支持低功耗模式。
●USB设备方式完全兼容CH372芯片；USB主机方式基本兼容CH375芯片。
●提供SOP-28和SSOP20无铅封装，兼容RoHS，提供SOP28到DIP28的转换板，SOP28封装的引脚基本兼容CH375芯片。
下图为CH376封装图
图2.6封装
（3）12864液晶介绍
主要技术参数如表2.3所示。
表2.3主要技术参数
显示容量
128×64点阵（SYN型）
模块最佳工作电压
5.0V
工作电压
4.8~5.2V
字符尺寸
0.48mm×0.48mm（W×H）
工作电流
5.1Ma（5.0V）
工作温度
-20~60℃
背光源颜色
黄绿
存储温度
-30~70℃
背光源电流
<140mA
接口信号说明如表2.4所列。
表2.4接口信号说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
1
DB4
DataI/O
2
VDD
电源正极（+5V）
2
DB5
DataI/O
3
V0
LCD偏压输入
3
DB6
DataI/O
4
RS
数据/命令选择（H/L）
4
DB7
DataI/O
5
R/W
读写控制信号（H/L）
5
CS1
片选IC1信号
6
E
使能信号
6
CS2
片选IC2信号
7
DB0
DataI/O
7
RST
复位端（H:
正常工作，L:
复位）
8
DB1
DataI/O
8
VEE
LCD驱动负压输出（-5V）
9
DB2
DataI/O
9
BLA
背光源正极
10
DB3
DataI/O
10
BLK
背光源负极
控制器接口说明（KS108B及兼容芯片）。
（1）基本操作时序
①读状态：
升级会员 