16合1內(nèi)置USB讀卡器的設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文.doc

16 合 1 內(nèi)置 usb 讀卡器的設(shè)計(jì) 第頁(yè) 共頁(yè) 1616 合合 1 1 內(nèi)置內(nèi)置 usbusb 讀卡器的設(shè)計(jì)讀卡器的設(shè)計(jì) 目目 錄錄 摘 要 i abstract ii 1. 緒論 1 1.1 系統(tǒng)背景1 1.2 記憶卡 .2 1.3 系統(tǒng)概述 .3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 .4 2.1 方案提出 4 2.2 方案論證 5 2.3 方案比較 5 2.4 方案確定 .5 3系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 6 3.1 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案6 3.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .6 4. 讀卡器外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 pcb 的制作 9 4.1 讀卡器外型結(jié)構(gòu)圖尺寸結(jié)構(gòu)9 4.2 讀卡器 pcb 圖設(shè)計(jì) .9 5. 讀卡器的五種連接器簡(jiǎn)介 .11 5.1 sd/mmc 連接器 .11 5.2 micro sd 連接器 .12 5.3 ms 連接器 .12 5.4 smc/xd 連接器13 5.5 cf 連接器 .14 6. 系統(tǒng)測(cè)試 .15 6.1 讀卡器實(shí)物圖與電路性能測(cè)試 15 6.2 讀卡器與計(jì)算機(jī)連接測(cè)試 .16 6.3 讀卡器卡的速度測(cè)試.17 6.4 讀卡器卡的速度測(cè)試及結(jié)果分析 18 6.5 讀卡器與擴(kuò)展 usb 接口的測(cè)試 18 6.6 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法 18 結(jié)束語(yǔ) 18 附錄-au6376 主控制芯片介紹19 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 16 合 1 內(nèi)置 usb 讀卡器的設(shè)計(jì) 第頁(yè) 共頁(yè) 1616 合合 1 1 內(nèi)置內(nèi)置 usbusb 讀卡器的設(shè)計(jì)讀卡器的設(shè)計(jì) 摘摘 要要 本文研制一種基于 au6376 芯片控制的讀卡器設(shè)計(jì)方案。該讀卡器連接有 數(shù)碼安全卡連接器、標(biāo)準(zhǔn)閃存卡連接器、記憶棒連接器、極限數(shù)字卡連接器、 微型數(shù)碼安全卡連接器和 usb。由 pc 機(jī)主板 usb 提供供電電源，實(shí)現(xiàn)卡與卡、 卡與 pc 機(jī)、卡與讀卡器等外接的移動(dòng)設(shè)備之間的讀寫，共計(jì)可以實(shí)現(xiàn) 16 種數(shù) 字存儲(chǔ)卡的讀寫，并通過實(shí)際制作得到了驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： usb au6376 存儲(chǔ)卡 pc 機(jī) 16 合 1 內(nèi)置 usb 讀卡器的設(shè)計(jì) 第頁(yè) 共頁(yè) internal card reader 16 in 1 with usb port abstractabstract speciality : dianke class:0402 author: sunyali tuor:feng jie this article develop a sorf of base on au6376 micro ic of card reader control system . card reader has with secure digital memory card connect、compact flash card connector、 memory stick card connector、extreme digital card connector、 micro secure digital memory card connector and usb. card reader worked on 5v voltage supplied with usb port on pc mother board . this systemic design overpass fact execution receive validate , reach due cause . keyword : usb au6376 memory card pc 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 28 頁(yè) 1.1. 緒論緒論 1.11.1 系統(tǒng)背景系統(tǒng)背景 在早些年使用電腦的時(shí)候，只要幾張軟盤就能拷下常用的軟件，dos系統(tǒng)只要做 在一張軟盤里就夠了，而那些小游戲一張軟盤就可以裝好幾個(gè)。軟驅(qū)作為標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū) 動(dòng)設(shè)備基本可以滿足人們工作，學(xué)習(xí)的存儲(chǔ)需要。后來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特 別是windows操作系統(tǒng)的推出，標(biāo)準(zhǔn)的1.44mb的軟盤對(duì)于這些龐然大物來說那可憐的 容量猶如“杯水車薪” 。 大容量存儲(chǔ)的渴求導(dǎo)致了硬盤驅(qū)動(dòng)器、光驅(qū)和各種壓縮存儲(chǔ)設(shè)備的“大肚量” 存儲(chǔ)器的日益普及。此外，隨著數(shù)碼產(chǎn)品的飛速發(fā)展和普及，數(shù)碼產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù) 交換和存儲(chǔ)問題也越來越備受人們關(guān)注。由于早期的usb接口并不普及，因此數(shù)碼相 機(jī)的輸出口都是同電腦的串口連接的，串口的數(shù)據(jù)傳輸速度很低，如果把這些數(shù)據(jù) 拷貝到硬盤上需要花費(fèi)大量的時(shí)間?；谏厦娴那闆r讀卡器也便應(yīng)運(yùn)而生了。隨著 mp3，數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)，多媒體手機(jī)，pda等數(shù)碼產(chǎn)品的發(fā)展，有力的推動(dòng)了 讀卡器的發(fā)展。因此我們?cè)O(shè)計(jì)出一種能快捷高速地讀寫各種卡的讀卡器是非常有現(xiàn) 實(shí)意義的。 我們都知道，電腦、數(shù)碼產(chǎn)品、家電等各種不同的產(chǎn)品之間需要一種通用的儲(chǔ) 存介質(zhì)來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而目前使用flash ram（閃存存儲(chǔ)器）的存儲(chǔ)產(chǎn)品無疑是應(yīng) 用最為廣泛的。與傳統(tǒng)存儲(chǔ)器相比，閃存有小巧輕便，防塵抗震等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng) 用于數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、mp3播放器等產(chǎn)品上。隨著數(shù)碼產(chǎn)品的飛速發(fā)展和普及， 我們經(jīng)常要做的一件事就是數(shù)碼產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)交換，讀卡器就是完成這樣功能的 一種產(chǎn)品。顧名思義讀卡器就是一種讀取存儲(chǔ)卡的設(shè)備，有插槽可以插入存儲(chǔ)卡， 有端口可以連接到計(jì)算機(jī)，把適合的存儲(chǔ)卡插入插槽，端口與計(jì)算機(jī)相連計(jì)算機(jī)就 把存儲(chǔ)卡當(dāng)作一個(gè)可移動(dòng)存儲(chǔ)器，從而可以通過讀卡器讀寫存儲(chǔ)卡。對(duì)于計(jì)算機(jī)來 說讀卡器類似一個(gè)usb的軟驅(qū)，實(shí)際的作用也比較相似，只是讀取的不是軟盤而是各 種閃存卡。讀卡器是隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的數(shù)碼產(chǎn)品，電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而成的一 種即將取代軟盤驅(qū)動(dòng)器的電子產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)、外的電子市場(chǎng)現(xiàn)已經(jīng)穩(wěn)定快速的發(fā)展 起來。16合1內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì)主要采用一顆au6376主控制芯片，進(jìn)而將多種閃存卡 卡槽集成到一塊電路板上，此讀卡器可同時(shí)進(jìn)行多種卡上面的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作，且卡 與卡之間也可進(jìn)行互換存儲(chǔ)操作，這種讀卡器具有耗電省，成本低，操作簡(jiǎn)單，讀 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 28 頁(yè) 取速度非?？?，使用方便，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，信息技術(shù)的不斷 更新?lián)Q代，讀卡器將逐步成為用來存儲(chǔ)的主流產(chǎn)品。具有良好的發(fā)展前景。 1.21.2 記憶卡記憶卡 sd 卡（secure digital memory card）是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代 記憶設(shè)備。sd 卡由日本松下、東芝及美國(guó) sandisk 公司于 1999 年 8 月共同開發(fā)研 制。大小猶如一張郵票的 sd 記憶卡，其外型尺寸：24mm32mm2.1mm 重量只有 2 克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性 。 sd 卡內(nèi)結(jié)合了 sandisk 快閃記憶卡控制與 mlc（multilevel cell）技術(shù)和 toshiba（東芝）0.16u 及 0.13u 的 nand 技術(shù)，通過 9 針的接口界面與專門的驅(qū)動(dòng) 器相連接，不需要額外的電源來保持其上記憶的信息。而且它是一體化固體介質(zhì)， 沒有任何移動(dòng)部分，所以不用擔(dān)心機(jī)械運(yùn)動(dòng)的損壞。sd 卡采用 9 針接口，采用 nand 型 flash memory，平均數(shù)據(jù)傳輸率能達(dá)到 2mb/s。 micro sd 卡（micro secure digital memory card）又稱 t-f 卡。是目前市面 上體積最小的卡。雖然體積小但是他的容量卻與 sd 不相上下。目前市面上最大的 micro sd 為 16gb，sd 最大的也為 16gb。最常見 micro sd 是應(yīng)用在手機(jī)上面的較多。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 sd 大致相同。 sony 公司的 ms 卡（memory stick）是由 sony 公司開發(fā)的。sony 自己稱它的中 文名字是記憶棒，其實(shí)它的大小為 50mm x 21.5mm x 0.28mm，重量 4 克。產(chǎn)品是由 單一平面的 10 針接合器連獨(dú)立針槽，并具有寫保護(hù)開關(guān)。ms pro sony 的 memory stick 卡中，因外形尺寸大小的不同，又分成四種規(guī)格，即 memory stick、memory stick pro、memory stick duo，memory stick pro duo。目前 memory stick 的容 量 16mb-128mb 之間，memory stick pro 的容量在 256mb-1gb 之間，未來可以達(dá)到 32gb，memory stick duo 的容量最大，在 16mb-8gb 之間，未來可以達(dá)到 32gb。 ms pro 屬于 ms 家族中的高檔產(chǎn)品，盡管形狀和 ms 卡相同，但它的傳輸速度有所提高， 最低記錄速度為 15mbps?？梢赃m應(yīng)記錄連續(xù)的動(dòng)態(tài)圖象。 sm（smart media）卡是由東芝公司在 1995 年 11 月發(fā)布的 flash memory 存貯 卡， smart media 卡也是市場(chǎng)上常見的微存貯卡，一度在 mp3 播放器上非常的流行。 smart media 采用了東芝 nand 型 flash memory，因此體積做得很小 sm 卡的尺寸為 37mm45mm0.76mm，僅重 1.8 克。具有比較高的擦寫性能。smart media 采用了 22 針的接口，使用了物理格式和邏輯格式，其中物理格式確保不同設(shè)備模型之間的 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 28 頁(yè) 兼容性，是系統(tǒng)和控制廠商所必須遵從的。物理格式基于 ata 和 dos 文件的 fat 標(biāo) 準(zhǔn)，以使得不同的系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)容易一些，但物理格式的配置會(huì)在頁(yè)面大小上有 所不同，這取決于內(nèi)存的類型和存貯卡的容量。smart media 也具有 3.3 伏和 5 伏 兩種工作電壓，但不可以同時(shí)支持兩種電壓。 xd 卡全稱為 xd-picture card，xd 取自于“extreme digital”，是“極限數(shù) 字”的意思。xd 卡是由日本奧林巴斯株式會(huì)社和富士有限公司聯(lián)合推出。外形尺寸 為 20mm25mm1.7mm，總體積只有 0.85 立方厘米，約為 2 克重，優(yōu)秀的兼容性， 配合各式的讀卡器，可以方便的與個(gè)人電腦連接。目前市場(chǎng)上見到的 xd 卡有 16mb、64mb、128mb、256mb、2gb 等不同的容量規(guī)格。xd 卡采用單面 18 針接口，理 論上圖像存儲(chǔ)容量最高可達(dá) 8gb，2004 年富士與奧林巴斯聯(lián)合推出了存儲(chǔ)容量最高 達(dá) 1gb 的 xd 卡。而且其讀寫速度也更高，（讀取速率為 5mb/s，寫入速率為 3mb/s 左右）可以滿足大數(shù)據(jù)量寫入，功耗也更低.。 cf 卡全稱為 “ compact flash ” 是 “ 標(biāo)準(zhǔn)閃存卡 ” ， cf 卡是最早推出 的存儲(chǔ)卡產(chǎn)品，由 sandisk 于 1994 年研發(fā)成功的。cf 卡沒有其它的移動(dòng)部件，因 此，極少出現(xiàn)機(jī)械故障，使存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)更加安全。cf 卡的使用壽命比較長(zhǎng)，且 cf 卡耗電量小，只有普通硬盤的 5%。另外它還具備速度快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。cf 卡的主要缺點(diǎn)是：cf 模塊在設(shè)備與安裝程序之間不存在互換性，不能直接運(yùn)行程序， 功耗大，勢(shì)必會(huì)影響到電池續(xù)航時(shí)間等；1 容量有限。雖然容量在成倍提高，但仍 趕不上數(shù)碼相機(jī)的像素發(fā)展。2）體積較大。cf 卡的體積略微偏大，這限制了使用 cf 卡的數(shù)碼相機(jī)體積，所以現(xiàn)下流行的超薄數(shù)碼相機(jī)大多放棄了 cf 卡，而改用體 積更為小巧的 sd 卡；3）性能限制。cf 卡的工作溫度一般是 0-40 攝氏度。 1.31.3 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 本課題以 au6376 芯片為控制核心，實(shí)現(xiàn) 16 合 1 的 usb 接口控制。主要工作有： （1）探尋 au6376 芯片的控制方法。 （2）制作 16 合 1 的 usb 接口卡。通過五種連接器接口能夠清晰穩(wěn)定完整的進(jìn) 行卡與卡、卡與計(jì)算機(jī)之間文件的讀寫功能，從而根據(jù)我們自己的需求把我們所需 的資料或圖像等文件保存到指定的閃存卡或計(jì)算機(jī)上，大大的提高了數(shù)據(jù)的傳輸速 度。 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 28 頁(yè) 2 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 讀卡器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn) pc 機(jī)與讀卡器之間的數(shù)字通信和讀卡器 與卡之間數(shù)據(jù)線傳輸控制。本設(shè)計(jì)中 pc 機(jī)與讀卡器之間通過 usb 進(jìn)行通信傳輸。讀 卡器設(shè)計(jì)首先以研究 au6376 芯片的控制方法入手，接下來對(duì)支持相應(yīng)卡的卡槽進(jìn)行 設(shè)計(jì)，最后將各種卡槽的設(shè)計(jì)與 au6376 芯片的控制有機(jī)結(jié)合。pc 機(jī)與讀卡器之間 通過 usb 接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了，本設(shè)計(jì)主要討論以 au6376 芯 片為控制核心的系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。 2.12.1 方案提出方案提出 本設(shè)計(jì)是以一個(gè)多合一讀卡器芯片 au6376 為控制核心的讀卡器設(shè)計(jì)系統(tǒng)，系統(tǒng) 主要分成以下幾個(gè)部分： 1.讀卡器的主控電路部分 2.主控電路與 pc 機(jī) usb 接口電路 3.主控電路與五種卡接口電路部分 系統(tǒng)主控制芯片內(nèi)部框圖如下所示4： 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 2-1 au6376 芯片內(nèi)部框圖 2.2 方案論證方案論證 2.2.12.2.1 五種連接器設(shè)計(jì)方案的論證五種連接器設(shè)計(jì)方案的論證 方案一方案一：sm/xd 、cf、ms、sd、micro sd 分別獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸途徑。 方案二方案二：sm/xd 、cf、ms、sd 獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸途徑，sd 與 micro sd 共用數(shù)據(jù) 線，即通過同一路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸途徑。 2.2.22.2.2 usbusb 接口設(shè)計(jì)方案接口設(shè)計(jì)方案 直接通過一個(gè) 4pin 的 cable 線從電腦的主板的 usb 接口提供供電電源。 2.32.3 方案比較方案比較 2.2.12.2.1 五種連接器設(shè)計(jì)方案的論證五種連接器設(shè)計(jì)方案的論證 方案一:前文談到的 sm/xd、cf、ms、sd、micro sd 分別獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸途徑 就是對(duì)每種卡通過控制芯片單獨(dú)控制，五種卡可同時(shí)進(jìn)行工作。此方式最大優(yōu)點(diǎn)是 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，傳輸數(shù)據(jù)的速度快且五種卡可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖形、圖像、電子照片 等等的存儲(chǔ)。但這種設(shè)計(jì)方式要根據(jù)芯片來進(jìn)行，有的讀卡器芯片不支持這樣的功 能。本設(shè)計(jì)中采用的 au6376 讀卡器芯片不支持這樣的功能，因此本設(shè)計(jì)采用方案 二進(jìn)行設(shè)計(jì)。 方案二:sm/xd、cf、ms、sd 獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸途徑，sd 與 micro sd 共用數(shù)據(jù)線， 即通過同一路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸途徑。 此種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)在于減少走線的錯(cuò)綜復(fù)雜性，進(jìn)而減小電磁輻射，使得電 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 28 頁(yè) 磁兼容性較好。但此種設(shè)計(jì)方案存在很大的一個(gè)缺點(diǎn)：數(shù)碼安全卡與微型數(shù)碼安全 卡不可同時(shí)進(jìn)行工作，用戶使用時(shí)只能應(yīng)用其中的一種，給用戶帶來不便。因此， 據(jù)了解 au6376 的研發(fā)商也正在研發(fā)新的讀卡器芯片進(jìn)行改進(jìn)此缺點(diǎn)。 2.2.22.2.2 usbusb 接口設(shè)計(jì)方案接口設(shè)計(jì)方案 通過 usb 相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們知道一臺(tái) pc 最多可以連接 127 個(gè) usb1，因此 我選擇 usb 的設(shè)計(jì)通過 cable 線直接連接到電腦的主板的方案是可行的。 2.42.4 方案確定方案確定 通過上面的討論，本設(shè)計(jì)采用方案二：sm/xd ,cf,ms, sd 獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸途徑， sd 與 micro sd 共用數(shù)據(jù)線，即 sd 與 micro sd 通過同一路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸途徑。 具體設(shè)計(jì)過程將在后面的論述中詳細(xì)討論。 3 3系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 3.13.1 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖 3-1 所示。 圖 3-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 pc機(jī) usb 主機(jī) 芯片 au6376 電 壓 轉(zhuǎn) 換 器 sd卡 sm/xd卡 micro卡 usb cf卡 ms卡 時(shí) 鐘 源 由 pc 機(jī)通過主板上 usb 向系統(tǒng)提供 5v 的供電電源， ，由于系統(tǒng)芯片使用的是 3.3v 的供電電壓，因此必須經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 3.3v 的電壓后再送給 au6376。au6376 在一個(gè) 12mhz 的時(shí)鐘源作用下正常工作，au6376 經(jīng)過 usb 總線把收 到的信息存儲(chǔ)到 rom/ram 中，再經(jīng)過一系列的進(jìn)程處理后傳送到卡。 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 28 頁(yè) 3.23.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路根據(jù)功能劃分為三個(gè)部分：讀卡器的主控電路、主控電路與 pc 機(jī) usb 接口電路、主控電路與五種卡接口電路三部分。 3.2.13.2.1 讀卡器系統(tǒng)主控電路讀卡器系統(tǒng)主控電路 主控芯片電路： 圖 3-2 主芯片電路 3.2.23.2.2 電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路 這是一個(gè) 5v 轉(zhuǎn) 3.3v 的三端穩(wěn)壓管，它把接收到的供電電源轉(zhuǎn)換為 au6376 工作 的所需電壓。 圖 3-3 電壓轉(zhuǎn)換電路 3.2.33.2.3 時(shí)鐘信號(hào)源時(shí)鐘信號(hào)源 這是一個(gè) 12mhz 的時(shí)鐘信號(hào)源，在此信號(hào)源正常工作的條件下 au6376 才可以正 常工作。 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 3-4 時(shí)鐘電路 3.2.43.2.4 主控電路與主控電路與 pcpc 機(jī)機(jī) usbusb 接口電路接口電路 這是一個(gè)由 pc 機(jī)輸入電壓源的電路，此電路中 j1 是與 pc 機(jī)相連接的部分，其 中四根為讀卡器上面 usb 接口電源輸入，四根為讀卡器本身的輸入電源，另外一根 與大地相接。 圖 3-5 主控電路與 pc 機(jī)接口電路 3.2.53.2.5 主控芯片與五種卡接口電路主控芯片與五種卡接口電路 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 3-6 主控芯片與五種接口電路 4.4. 讀卡器外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及讀卡器外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 pcbpcb 的制作的制作 4.14.1 讀卡器外型結(jié)構(gòu)圖尺寸結(jié)構(gòu)讀卡器外型結(jié)構(gòu)圖尺寸結(jié)構(gòu) 圖 4-1 pcb 外形結(jié)構(gòu)圖 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 28 頁(yè) 4.24.2 讀卡器讀卡器 pcbpcb 圖設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì) 圖 4-2 pcb 設(shè)計(jì)總圖 pcb 頂層設(shè)計(jì)圖： 圖 4-3 pcb 頂層圖 pcb 底層設(shè)計(jì)圖： 圖 4-4 pcb 底層圖 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 28 頁(yè) 5.5. 讀卡器的五種連接器簡(jiǎn)介讀卡器的五種連接器簡(jiǎn)介 5.15.1 sd/mmcsd/mmc 連接器連接器 圖 5-1 sd/mmc 連接器卡槽結(jié)構(gòu) 圖 5-2 sd/mmc 連接器卡槽引腳功能 表 5-1 sd/mmc 連接器引腳功能說明 讀取 sd 卡工作過程：sd 與 mmc 共用一個(gè)卡座，卡座上面 10 腳（以上標(biāo)識(shí)） 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 28 頁(yè) 為 sd/mmc 插入卡的檢測(cè)開關(guān)，11 腳為 sd/mmc 卡寫保護(hù)開關(guān)，當(dāng)插入 sd 或 mmc 卡時(shí) 4 腳變?yōu)榈碗娖?，sd-cdn 信號(hào)被傳送，并通過 4 腳給 sd/mmc 卡提供工作 電壓。 5.25.2 micromicro sdsd 連接器連接器 圖 5-3 micro sd 連接器 表 5-2 micro sd 連接器 pin 腳功能說明 5.35.3 msms 連接器連接器 圖 5-4 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 5-5 表 5-3 ms 連接器 pin 腳功能說明 ms 卡工作過程：卡座的 6 腳為 ms 卡插入檢測(cè)開關(guān)，當(dāng)插入 ms 卡時(shí) 6 腳變 為低電平，msins 信號(hào)被傳送，并通過 9 腳提供 ms 卡的工作電壓。 5.45.4 smc/xdsmc/xd 連接器連接器 圖 5-6 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 5-7 表 5-4 smc/xd 連接器 pin 腳功能說明 5.55.5 cfcf 連接器連接器 圖 5-8 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 5-9 表 5 cf 連接器 pin 腳功能表 6. 系統(tǒng)系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試 6.16.1 讀卡器實(shí)物圖與電路性能測(cè)試讀卡器實(shí)物圖與電路性能測(cè)試 作品實(shí)物圖： 圖 6-1 實(shí)物圖 現(xiàn)將讀卡器與電腦主板的連接方法做如下介紹：pc 機(jī)主板的 usb 接口與讀 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 28 頁(yè) 卡器的 usb cable 線連接，為了適應(yīng) pc 主板的需要我們把讀卡器的連接線與讀 卡器上面 usb 的連接線做成連在一起的一個(gè) 8pin 的線，這樣直接與 pcb 主板的 一個(gè) usb 接口的 pin 針相連接就可以了。詳細(xì)的連接辦法參看下圖。 電腦主板 usb 接口部分： 圖 6-2 pc 機(jī)上 usb 接口 讀卡器與電腦連接的部分： 圖 6-3 讀卡器上與電腦 電路調(diào)試： 調(diào)試讀卡器部分，使用 pc 及測(cè)試軟件。通過 pc 機(jī)獲取讀卡器的工作電壓， 打開測(cè)試軟件。 采用直接連接的辦法，將讀卡器直接與電腦主板的 usb 接口針連接，通 過 pc 機(jī)獲取讀卡器的工作所需的電壓，打開讀卡器測(cè)試的軟件（alcor card reader test program_xp2k_v1.0.0.5.exe）對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，觀察檢測(cè)結(jié)果。結(jié) 果為可以檢測(cè)到 usb 設(shè)備即讀卡器已經(jīng)連接到電腦上。其檢測(cè)到讀卡器的畫面 如下圖： 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 6-4 檢測(cè)軟件 6.26.2 讀卡器與計(jì)算機(jī)連接測(cè)試讀卡器與計(jì)算機(jī)連接測(cè)試 首先利用剛剛的測(cè)試軟件檢測(cè)到讀卡器，將數(shù)碼安全卡，極限數(shù)字卡，標(biāo) 準(zhǔn)閃存卡，記憶棒卡分別插入相應(yīng)的卡槽進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)束之后再將微型數(shù) 碼安全卡插入相應(yīng)的卡槽進(jìn)行檢測(cè)， 首次檢討調(diào)試結(jié)果為：cf(標(biāo)準(zhǔn)閃存卡)， ms (記憶棒)兩種卡測(cè)試失敗，不能正常工作。對(duì) cf(標(biāo)準(zhǔn)閃存卡)進(jìn)行檢討發(fā) 現(xiàn)畫板過程中 cf(標(biāo)準(zhǔn)閃存卡)的 39pin 與 14pin 一個(gè)是接地的 pin,另一個(gè)是 空 pin 設(shè)計(jì)過程中短路，所以不能正常工作，對(duì) ms 卡不能工作進(jìn)行檢討發(fā)現(xiàn) vcc pin 與 gnd pin 連接錯(cuò)，所以不能正常工作。還有基本的錯(cuò)誤,就是元件焊 接錯(cuò)(電阻的阻值大小不一致),元件虛焊。讀卡器測(cè)試成功畫面： 圖 6-5 測(cè)試成功 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 28 頁(yè) 6.36.3 讀卡器卡的速度測(cè)試讀卡器卡的速度測(cè)試 測(cè)試方法及軟件： 圖 6-6 測(cè)試軟件 windows xp：速度測(cè)試結(jié)果 圖 6-7 windows xp 速度測(cè)試結(jié)果 windows 2000:速度測(cè)試結(jié)果 圖 6-8 windows 2000 速度測(cè)試結(jié)果 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 28 頁(yè) 6.46.4 讀卡器卡的速度測(cè)試及結(jié)果分析讀卡器卡的速度測(cè)試及結(jié)果分析 實(shí)際上根據(jù)電腦品牌的不同測(cè)試速度也會(huì)不同，卡的品牌不同測(cè)試結(jié)果也 不盡相同，可見速度的大小與電腦和卡本身的一些相關(guān)參數(shù)也有一定的關(guān)系， 以上數(shù)據(jù)僅供參考！ 6.56.5 讀卡器與擴(kuò)展讀卡器與擴(kuò)展 usbusb 接口的測(cè)試接口的測(cè)試 因?yàn)樽x卡器上面的外接 usb 實(shí)際上與讀卡器本身的工作是沒有關(guān)系的，它 是通過 usb 線直接與電腦相連接的，而電腦上那面的 usb 技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了， 所以這個(gè)性能方面當(dāng)然是沒有問題的。 6.66.6 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法 通過此設(shè)計(jì)的制作及調(diào)試發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、最終調(diào)試成功。在檢查調(diào) 試的過程中我學(xué)會(huì)了很多的知識(shí)，如檢查問題的方法。自我總結(jié)出檢查問題基 本步驟：首先檢討問題應(yīng)該從表面的工作開始,先看外觀的元器件是否有焊錯(cuò)位 置漏焊虛焊或空焊的地方,這些工作做好后,再開始檢查電子元件是否存在 性能和品質(zhì)問題,如果沒有這些問題,接下來檢查 pcb 制作過程中是否有開路 短路或斷路的問題,最后檢查 pcb 哪里有沒有設(shè)計(jì)的問題.所有的問題解決以后 再對(duì) pcb 進(jìn)行修改。 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作工作已經(jīng)全部完成，達(dá)到了預(yù)期的目的與要求。 從選題到現(xiàn)在已經(jīng)快有半年的時(shí)間了，這個(gè)過程主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)過程： 通過向公司有經(jīng)驗(yàn)的前輩的學(xué)習(xí)和請(qǐng)教、廣泛查閱資料、文獻(xiàn)綜述、總體思路 的確定、方案的具體化及論證、方案的確定、設(shè)計(jì)制板及硬件電路的完成、軟 件的調(diào)試、系統(tǒng)的調(diào)試，還包括論文的成型，我認(rèn)為整個(gè)過程是一個(gè)聯(lián)系非常 緊密的系統(tǒng)的過程，前一過程的結(jié)果或成績(jī)好壞直接影響后一個(gè)過程的結(jié)果， 每一個(gè)環(huán)節(jié)都緊密相連環(huán)環(huán)相扣。在整個(gè)過程中，通過查閱資料和向有經(jīng)驗(yàn)的 前輩們細(xì)心的請(qǐng)教學(xué)習(xí)使得對(duì)各環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)有了比較深入的掌握，而且對(duì)信息 化存儲(chǔ)相關(guān)知識(shí)有了感性的認(rèn)識(shí)，不僅掌握了大量的專業(yè)知識(shí)，更學(xué)會(huì)了系統(tǒng) 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 28 頁(yè) 設(shè)計(jì)的思想。通過設(shè)計(jì)我了解了一個(gè)產(chǎn)品需要投入生產(chǎn)必須要進(jìn)行 emc 和 esd 測(cè)試 。這兩項(xiàng)測(cè)試都需要在 pcb 設(shè)計(jì)時(shí)要考慮，一般的走線方式長(zhǎng)度等等都會(huì) 有很大的影響以及什么樣的情況下該怎么樣處理元件的擺放及位置以及相關(guān)的 影響條件都有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，為以后進(jìn)行 pcb 設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。本 系統(tǒng)的開發(fā)具有很好的實(shí)用價(jià)值。這種讀卡器具有耗電省，成本低，操作簡(jiǎn)單， 讀取速度非常快，使用方便，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)?？傊?，隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的數(shù)碼 產(chǎn)品，電子技術(shù)的迅猛發(fā)展讀卡器已成為一種即將取代軟盤驅(qū)動(dòng)器的電子產(chǎn)品， 在國(guó)外電子市場(chǎng)現(xiàn)已經(jīng)穩(wěn)定快速的發(fā)展起來。有了讀卡器我們就再也不用為數(shù) 據(jù)的存取速度慢而發(fā)愁了。相信在不久的將來讀卡器也將會(huì)成為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主 流產(chǎn)品。 通過此次論文課題的設(shè)計(jì)與制作，本人收獲是前所未有的，在設(shè)計(jì)過程中 不僅學(xué)到了知識(shí)還獲得了樂趣。為本人加深了將來事業(yè)的發(fā)展方向。 附錄附錄-au6376-au6376 主控制芯片介紹主控制芯片介紹 (1) description: the au6376 is a single chip integrated usb 2.0 multimedia card reader controller that enables pc/dvd/printer to read/write various type of flash media cards. flash media cards such as cf, smc, xd, sd, mmc, memory stick are widely used in digital camera, cell phone, pda and mp3 player to store digital photos and compressed music. performance of au6376-gel is maximized by implementing the latest and fastest card specification available form the industry. especially, au6376-gel is designed with the high performance characteristic in flash card i/o speed. users can easy and fast transfer the digital content among the different flash card. (2) features： support usb v2.0 specification and usb device class definition for mass storage, bulk-transport v1.0 support cf/md/sd/mmc/ms/ms_pro/ms_duo/xd/smc compatible flash card 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 28 頁(yè) support sd1.1/sd2.0 support mmc4.1. mmc4.2. support cf4.0 dma mode compliant to xd 1.2 spec hardware dma engine integrated for performance enhancement work with default driver from windows me/2000/xp/vista and mac os x; windows 98/2000(sp1/sp2) and mac os 9 are supported by driver support multiple sectors transfer optimize performance support slot-to-slot read/write operation support led for bus operating indication power switch integrated to reduce production bom cost built in 3.3v to 1.8v regulator runs at 12mhz crystal available in 80-pin lqfp package (3) au6376 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 (4) au6376 芯片外形封裝圖 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 28 頁(yè) (5) au6376 芯片外形機(jī)構(gòu)圖： (6) au6376 芯片每個(gè) pin 腳功能的詳細(xì)介紹： 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 28 頁(yè) 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 28 頁(yè) (7)au6376 芯片相關(guān)電氣參數(shù) 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 28 頁(yè) absolute maximum ratings recommendedrecommended operatingoperating conditionsconditions general dc characteristics usb transceiver characteristics dc electrical characteristics of 3.3v i/o cells 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 28 頁(yè) static characteristic:digital pin static characteristic: analog i/o pins 16 合 1 內(nèi)置讀卡器的設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 27 頁(yè) 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 universal serial bus specification revision 1.0 compap dec ibm intel microsoft nec northern telec