1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第123页 共22页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Windows CE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
2、+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AbstractA Hand E-reader based on JingWei board、Extended board and Windows CE is here. It has the following functions: Calling card edi
3、ting and reading, WORDPAD, Document reading in Chinese or English, Handwriting inputting and recognition, Image browsing, Alarm clock, Audio playing and recording，Video capturing, Temperature and Humidity measuring，Pulse measuring and Printing. This productions hardware is composed of JingWei Board,
4、 extended circuits and extended AV module. Configuring CPLD of JingWei board achieved hardwares interface Logic. Low power and high integration chips were chosen. The Friendly menus in a unitive style were designed. Programs were designed by EVC+ in blocking and absolute which reduced a lot of codes
5、.This production can be used as a PDA that has the functions mentioned above.Key words: Document/Image reading Audio playing and recording signal test Screen-printing Video capturing 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。Intel StrongARM SA-111
6、0 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Intel Strong ARM SA-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Intel Strong ARM SA-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320240 TFT LCD、触摸屏、CF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。Windows CE是支持多平台的、可定制的
7、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。Windows CE支持Microsoft win32 API、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Pocket Internet Explorer、Pocket outlook、Pocket word等应用程序。以上表明，使用基于SA-1110的JingWei板及Windows CE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、
8、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：l 通信录： 由名片
9、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。l 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。l 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。l 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。l 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。l 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。l 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
10、放,随机播放和剩余时间显示等功能。l 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.。l 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% 。l 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0.8Hz2.5Hz 。l 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。l 动
11、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-2045 相对湿度范围10%90%。电源： 5V DC , 打开音频输入设备（JW板上的PCM3000）配置输入缓冲区将缓冲区加载到设备上开始录音暂停/继续停止向录音文件填充设定格式的WAVE 音频文件头（44字节）回放清理缓冲区关闭音频设备。表31给出了相关操作函数。 表3-1 Wave格式音频操作函数函数功能函数功能WaveInPrepareHeader配置输入缓冲区WaveInStop停止录音Wave
12、InAddBuffer给音频设备加载缓冲区WaveInReset设备复位WaveInOpen打开音频设备WaveInUnprepareHeader清理缓冲区WaveInStart启动录音waveInClose 关闭设备9、环境温湿度监测程序设计环境参数测量模块程序包括温度，湿度数据的采集，处理，显示 及打印等。温度采集程序主要是通过向基本扩展模块中的SCL/SDA发送I2C总线时钟/数据信号，以及从TSDA端口读I2C数据信号来完成温度值的采集。温度采集程序的按照图26所示时序进行操作读取。根据时序图和寄存器配置格式可知，温度采集程序中应首先配置串行地址信息（程序中取A2=A1=A0=0）,并
13、将读/写控制位置高，然后按照串行输入顺序依次读取温度值的各位数据（程序中只取数据的第136位），最后将这8位串行数据转换为并行数据（记为一整形量）送入FIR滤波程序进行数据处理。温度数据的显示分为以秒为单位和以分为单位绘制的两条曲线，为此程序中开辟了一个基本环形缓冲区A和压缩环形缓冲区B，并且设置定时器定时间隔为1秒。缓冲区A中存放每秒采集来的新数据，缓冲区B中存放每分钟内60个采样数据的平均值。在屏幕显示区域中分别绘制出这两条曲线。其中，为了区分新旧数据，方便观察温度变化，绘制曲线时通过擦除新采样点右方与之间隔为20的点（以象素为单位）的方法在新旧数据曲线间加入一个“刷子”，形成一个20象素
14、宽度的间隔。湿度测量通过对串行A/D转换器AD7823的操作来实现。其数据处理的方法与温度数据处理方法相似，显示时数值曲线与相应的温度曲线处于同一显示区，由温/湿度切换按钮来选择。10脉搏测试程序设计脉搏测量显示模块程序包括脉搏信号的采集，处理，显示 及打印等。脉搏信号的采集使用录音方式，每录音20ms从输入缓冲区中取出一个采样值。存入一个环形缓冲区中（原始数据缓冲区），并用画线的方式绘制出波形曲线。再将输入信号用滤波函数处理后(方法与温湿度模块中一样)存入另一个缓冲区中作为计算脉搏频率的数据来源。为了克服录音通道的低频响应太弱的问题，在基本扩展板上还设有脉搏信号的串行A.D采集电路，通过对该
15、电路的操作，也可以实现脉搏信号的实时采集。在显示脉搏时域实时信号的同时，还要根据采集数据计算脉搏频率，这里采用时域削抖算法实现。即在当前缓冲区（滤波处理后的）中搜索时域波形的波峰 位置，查找出波峰个数和间距，计 图310波形抖动示意图 算出平均周期，进而得到当前输入信号频率。 在搜索波峰位置时考虑到残留噪声干扰所产生的波形抖动问题，干扰波峰个数的统计，算法中进行了消抖处理。如图310所示。假定当前点为波峰，继续判断其后的10个采样值与该点值的大小关系，若该点后的10个采样值都比其值小，图311脉搏程序流程 则认为该点为波峰，然后查找下一个波谷；否则，继续向下搜索波峰。同理，假定当前点为波谷，继
16、续判断其后的10个采样值与此点值的大小关系，若此点后的10个采样值均比其值大，则认为该点为波谷，然后查找下一个波峰；否则，继续向下搜索波谷。这在一定范围内排除了“假”极值的影响，提高了计算精度。11屏幕硬拷贝输出程序设计本作品中温湿度曲线，脉搏曲线，文本，图象的打印输出都需要调用屏幕打印程序。屏幕打印程序包括抓取屏幕指定区域的颜色信息，将16位彩色转换为图形打印所需的16级灰度数据以及打印机工作控制等子程序。抓取屏幕指定区域的颜色信息是指从屏幕缓冲区中读出所要打印区域的各象素颜色信息 ，并存入一个数组中。颜色信息的转换分为两步进行，先将16位彩色转换为8位256级灰度数据，再进一步转换为16级
17、灰度数据。设象素点16位彩色数据值为color，转换后的8位灰度值为gray。则 gray=(color8)&0xf8)*0.31+(color3)&0xfc)*0.59+(color3)&0xf8)*0.1 将gray进一步转化为16级灰度值的转化方法是gray=gray/16 打印输出采用8针双密度点阵图形方式，每个象素点打印成16级灰度，即将每个象素打印成一个44的点阵，用点阵中黑色象素点数量的多少来区分灰度级别。转换后gray是一个015范围内的整数。对于gray的16种取值情况，分别有一种打印灰度级与之对应。具体对应关系如图312所示。图312 灰度转换对应关系完成了象素点颜色信息的
18、转换后，就可以通过发送指令和数据来控制打印机，实现图形拷贝。具体控制流程是，首先，向打印机发送一组初始化命令字，包括清空缓冲器内的数据，打印头自动退回左边备位，清除前面的打印机指令并使打印机工作状态复原等命令。然后，设置图形打印方式，再发送数据，执行打印操作。12、AV选件程序设计AV选件模块程序包括AV选件模块通信和视频数据处理两部分。AV选件模块通信程序负责完成AV扩展模块与JW板的联络，上传音视频数据。程序流程为，发送设备启动信号A/V选通信号设备读信号保存上传数据。具体时序参见图216所示。AV选件模块数据处理程序将采集来的视频数据的进行必要的处理，以实现图象的回显。图象数据中采集来的象素颜色信息格式为B_G_R_B (四字节32位)，处理时保留前
