摘要：采用ATmega32A單片機作為系統總控制器，設計數碼相框。采用SD卡作為系統存儲器，存儲照片以及文件信息。采用DS1302作為系統時鐘芯片，為系統提供準確的時鐘信息。本系統還具有照片瀏覽和幻燈片播放等多種模式，同時具有鬧鐘的功能。

關鍵詞：ATmega32A；SD卡；DS1302

1 引言

     當前，隨著數碼相機和具有高像素拍照相機手機的普及和大眾化，一種以數碼照片的保存、回放和瀏覽為核心功能的產品，電子相框應運而生。通過數碼相框的圖片瀏覽器直接瀏覽SD卡中的照片，并可以選擇照片進行幻燈片模式播放，解決了必須使用電腦才能查看數碼照片的缺陷。

2 系統總體介紹

     本系統采用AVR系列的ATmega32A作為系統總控制器，以美國MAXIM 公司的實時時鐘芯片DS1302作為系統時鐘，采用海量存儲器SD卡作為系統的存儲單元。系統總體框圖如圖1所示，系統顯示部分采用3.0寸TFT-LCD，可以顯示照片和設置信息。

圖1 系統總體框圖

 3 SD卡和SD卡接口

     SD卡是英文Secure Digital Card的簡稱，多直譯為“安全數字卡”。SD卡在日常生活與工作中的使用已經非常廣泛，時下已成為最為通用的數據存儲卡，諸如MP3、數碼相機等設備上也都采用SD卡作為其存儲設備。SD卡之所以得到如此廣泛的使用，是因為它價格低廉、存儲量大、使用方便、通用性與安全性強等優點。

     因此，當一個嵌入式系統需要長時間地采集或保存、記錄海量數據，以及需要與PC機進行文件或數據交換，那么考慮SD卡作為存儲介質、用SD卡做中轉、實現數據傳輸則是一種非常方便和實用的方案。隨著SD卡在生活中的普及使用，在嵌入式應用中把讀/寫SD卡功能集成到系統中，已經成為一種趨勢。

     對SD卡操作的接口分為3個層次：物理接口層、SD卡操作命令層和文件系統層。SD卡的物理接口層實現的是外部控制器與SD卡內部控制器在命令層上的對接，它構成了對SD卡操作的核心；文件系統層是建立在SD卡命令操作層上的，它體現的是SD卡內部存儲器的邏輯組織結構，通常需要通過文件系統來定義、保存和查找相關的數據，這樣才能使SD卡與通用PC平臺上Windows系統兼容，采用直接讀取FAT文件的方式來操作SD卡。SD卡9個對外引腳的定義如表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 硬件電路設計

4.1 ATmega32A最小系統設計

     AVR單片機吸取了PIC及8051等單片機的優點，同時在內部結構上還做了一些重大改進。程序存儲器價格為價格低廉、可擦寫1萬次以上、指令長度單元為16位的Flash ROM；采用CMOS技術和RISC架構，實現了高速、低功耗、Sleep功能；采用可多次擦寫的Flash存儲器，且具有多重密碼保護鎖定(Lock)功能，因此可低價、快速完成產品的商品化；具有大電流10-20mA(輸出電流)或40mA(吸電流)的特點，可直接驅動LED、SSR或繼電器，具有看門狗定時器(WDT)安全保護功能，可防止程序跑飛，以提高產品的抗干擾能力；具有性能優良的串行同/異步通信USART口，不占用定時器，可實現高速同/異步通信。

     本系統采用了ATmega32A作為總控制器，采用其內部集成的SPI單元實現與SD卡的通信，其最小系統原理圖如圖2所示。

圖2 ATmega32A最小系統原理圖

4.2 電源模塊

     LM1117是低壓差電壓調節器系列，其壓差在1.2V輸出，額定負載電流為800mA，在負載電流為800mA時壓差為1.2V。LM1117有可調輸出電壓的版本，可以通過2個外部電路實現1.25-13.8V輸出電壓范圍。另外還有5個固定電壓輸出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V），本系統采用的是固定電壓的LM1117-3.3V，輸出端接10uF的鉭電容改善瞬態響應和穩定性。由于本系統均采用低功耗器件，因此采用一片LM1117為系統供電完全可以滿足系統要求。LM1117穩壓電路如圖3所示，系統采用干電池供電，在穩壓電路輸出端接LED，可以清晰的指示系統上電，穩定可靠。

圖3 3.3V穩壓電路

4.3 時鐘電路

     DS1302是美國MAXIM公司推出的涓流充電時鐘芯片，內含有一個實時時鐘/日歷和31字節靜態RAM，通過簡單的串行接口與單片機通信。實時時鐘/日歷電路可以提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息，每月的天數和閏年的天數可自動調整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單的采用同步串行的方式通信，僅需要三根口線：RES（復位）、I/O（數據線）、SCLK（串行時鐘）。時鐘/RAM的讀寫數據以一個字節或多達31個字節的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小于1mW。

     DS1302時鐘電路如圖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，VCC1采用紐扣電池供電。

圖4 DS1302時鐘電路

4.4 按鍵和蜂鳴器電路

      本系統還設有4個按鍵，通過按鍵可以設置電子相冊的相關參數，如顯示比例等。另外，本系統設有蜂鳴器電路，蜂鳴器在本系統調試時可以發揮很大作用，同時，本電子相冊還具有鬧鐘的功能，可以通過按鍵設置鬧鐘時間，時間到時可以控制蜂鳴器發出滴滴的響聲。按鍵和蜂蜜器電路如圖5所示。

圖5 按鍵和蜂蜜器電路

5 系統工作原理

     本系統將照片存儲在SD卡中，ATmega32A單片機通過SPI與SD卡通信，可以讀取SD卡中的照片，同時又可以對SD卡中的照片做簡單的修改，也可以部分或全部刪除SD卡中的照片。本系統顯示照片時，可以采用幻燈片的形式，也可以采用普通的查看方式，通過按鍵進行相應的設置。另外，本系統還集成了鬧鐘的功能，通過蜂鳴器電路做了簡單的鬧鐘，可以在必要時充當鬧鈴的角色。

6 結束語

     本系統設計的基于ATmega32A單片機的數碼相框，是隨著數碼相機的發展而誕生的，其功能齊全，成本較低，適合批量生產，是適合家庭使用的消費類電子產品。