2方案论证
方案一 基于DSP的电子书设计
该系统由CIS图像扫描传感器、FPGA逻辑电路实现单元、外部存储器、液晶显示器、键盘控制、中央处理器DSP组成，其原理框图如图1所示。
图1基于DSP的电子书的原理框图
方案二 基于ARM的电子书设计
该系统由SD存储、上位机、键盘控制、ARM单片机最小系统组成，上位机可上传数据，单片机将数据存储到SD卡中，通过键盘可查询SD卡中内容，并显示在液晶显示屏上，其原理框图如图2所示。
图2基于ARM的电子书的原理框图
方案三 基于51单片机的电子书设计
该系统由SD存储、键盘控制、51单片机最小系统组成，其原理框图如图3所示。
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图3基于51单片机的电子书的原理框图
DSP，ARM，51单片机本质上都是控制类芯片，都是嵌入式系统的核心芯片的类型选择，现在的嵌入式系统都是高度面向对象的，即要求所选用芯片与项目规模和对效率的要求相符合，并结合制作成本综合考虑。
DSP是一款独特的微处理器，有着自己完整的指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。它不仅具有在线可编程的特性，而且具有远超过普通微处理器的速度，每秒可实时运行千万条复杂的指令程序。它的最值得称道的两大特色是强大的数据处理能力和高运行速度。由于采用软件编程，灵活高效，运算能力强，运行速度快，体积小，因此可以为各种复杂计算的应用提供一款高效处理器。不过，相比较于普通微处理器，该款芯片的其他模块功能就相对较弱些。电子书阅读器对数据处理能力和运行速度的要求较低，无法发挥DSP的对于高速离散量的数据处理的优势。
ARM是由微处理器届的一家知名公司面向低预算市场设计生产制造的高性能、低价格、低耗能的RISC处理器，并配有相关技术支持及软件。ARM基本上算是32位单片机的行业标准，它提供一系列内核、体系扩展方案、微处理器和系统芯片方案，这四个功能模块可供生产厂家根据不同客户群的不同要求来配置生产。所有的产品统一采用一个通用软件体系，所以同一款软件可在所有的产品中运行，兼容性较好。本文旨在设计一款具有阅读功能的简单的电子书阅读器，使用ARM会造成其较多通用功能的浪费。
51系列单片机[3]是迄今应用最为广泛的八位单片机，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势。目前世界上非常多著名的芯片公司都购买了51系列芯片的核心专利技术，并在其原有的基础上进行了功能上的扩充，使得该系列芯片功能上得到进一步的加强，形成了一个庞大的应用体系，直到现在仍在不断改进和发展。51单片机位处理器和双重功能的地址区间都给使用者提供了极大的方便。51单片机的结构功能以及运算速度符合本设计的功能要求，并且它成本低廉，经济方面亦符合要求[3]。
通过功能资源有效利用和控制成本等各方面比较，最终选择方案三。
由于SD卡上的数据是以数据块(512B)的方式进行存储,也就是扇区存储，所以需要单片机在进行SD卡的读取操作时需要提供大于512B的可用RAM，以供缓冲使用，故选择STC89C52RD+（后缀RD+表明扩展RAM是1024字节，RC表明扩展RAM256字节）。
3硬件电路设计
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3.1总体电路设计
本系统是基于STC89C52单片机控制器的电子书设计，要实现文字和图片的显示功能，选用SD卡作为文字、图片的存储器，TFT型液晶显示器完成输出显示功能。
系统总的原理框图如图3所示。本系统主要包括STC89C52单片机最小系统、SD存储系统、TFT-LCD液晶显示系统、按键控制系统四个部分。系统在单片机最小系统的控制下，从SD存储系统读取图片或文字信息，并将这些信息发送到TFT-LCD液晶显示系统进行输出显示。系统工作过程中，可以通过按键控制实现向前翻页和向后翻页的功能。系统总的原理图见附录。
3.2单片机最小系统
STC89C52单片机最小系统原理图如图4所示。
图4 单片机最小系统电路图
3.2.1电源电路
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电源电路如图5所示，该电路为单片机工作提供稳定的5V电压，其中连接一个0.01u的铝电解电容和10u的瓷片电容起到了滤波作用，若在电路中没有加滤波电容，将会使得系统不稳定。
图5 电源电路图
3.2.2复位电路
复位电路如图6所示，复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机进入系统。除了正常初始化外，当单片机运行遇到困境，比如由于操作错误、程序运行出错导致系统处于死锁状态时，也需要按复位键初始化。按下复位键时，RST脚输入高电平，若高电平持续2us以上便可以成功复位。
图6 复位电路图
3.2.3时钟振荡电路
STC89C52内部集成有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，如图7所示，引脚18和19分别是此放大器的输入端口和输出端口。时钟有内部和外部两种产生方式。本系统时钟信号由11.0592MHz的内部晶体振荡器产生。两个30pf的电容起到微调频率的作用，当系统启动后，便产生1us机器周期信号。
图7 时钟振荡电路图
3.3 SD存储系统
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本系统选用的存储系统是SD卡，其外部电路和电平转换电路如下图所示。SD卡的工作电压是3.3V，不能与5V的单片机直接相连，所以在SD卡和单片机之间连接电平转换电路，使单片机的5V电压信号降为3.3V输到SD卡数据接口（SCK、DIN、CS），使SD卡可以安全使用。SD卡上DOUT接口是数据输出口，输出电平信息到单片机，不用担心烧坏器件，从制作成本考虑，直接用导线与单片机相连。
（a）
（b）
图8 SD存储系统电路图
3.3.1电平转换
SD引脚与单片机STC89C52的I/O口不能直接相连，因为SD卡的逻辑电平相当于3.3V TTL电平标准，而控制芯片STC89C52的逻辑电平为5V COMS电平标准，直接相连会有烧坏SD卡的可能。因此，必须进行电平转换。
要解决电平匹配的问题，最根本的就是解决逻辑器件接口的电平兼容问题，有两条主要原则[4]：输出电平接口输出高电平的最小电压值，应该大于接受电平接口识别为高电平的最小电压值；输出电平接口输出低电平的最大电压值，应该小于接受电平接口识别为低电平的最大电压值，如图9所示。
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