基于IDE接口的电子硬盘(IDE Flash Disk)设计

中文摘要
闪速存储器（Flash Memory）是一类非易失性存储器NVM（Non-Volatile Memory）。它和电可编程只读存储器(EPROM)相比，具有电可擦除和可重复编程以及成本低、密度大等优势，因此，虽然闪速存储器在世界存储器市场出现仅仅几年的时间，但它已经逐渐开始取代动态随机存取存储器（DRAM），静态存储器（SRAM）和电可编程只读存储器（EPROM），成为构成存储介质的主流。
Flash Memory可用作固态大容量存储器，且这种存储器与普通硬盘相比，具有体积小、重量轻、可靠性及耐用性好，抗冲击、抗震动能力强，功耗低等优点。因此，随着Flash Memory集成度不断提高，价格不断降低，使其在便携机上取代小容量硬盘已成为可能。由于目前研制的Flash Memory都符合个人计算机存储卡国际协会（PCMCIA）标准，因此这种存储器可以十分方便地用于各种便携式计算机中以取代磁盘。本次设计的电子硬盘，就是一款基于IDE接口的使用Flash Memory作为存储介质的固态盘SSD(Solid State Disk)。
本次设计的电子硬盘，由44pin 标准IDE接口、供电电路、硬盘控制器和Flash Memory芯片构成。
44pin 标准IDE接口完全符合最新的ATA133标准，可以与现在主流的笔记本电脑主板完全兼容，也可以通过简单的转接口与常用PC机主板兼容。
供电电路采用的AME公司生产的AME8800，它具有低压降、误差在1.5%以内的300MA稳定输出和自动过温保护和过流保护功能。
硬盘控制器使用的是SST公司生产的SST55LD019A，它具有低功耗（工作电压3.3v-5v）、主机读取速度快（最快可达10M/s）、稳定性好（可在-40°C-85°C的工业环境下稳定运行）、兼容性好（支持PIO Mode-4、Multi-word DMA Mode-2两种最新的传输模式，兼容标准NAND型Flash Memory）等优点。
Flash Memory芯片采用的是2片三星公司生产的K9F5608U0B，该芯片为NAND型Flash Memory，单片容量为32M*8bit。
本次设计采用Orcad 9.2进行原理图绘制，并使用PowerPCB 5.1进行PCB布板和覆铜，计划使用双层板，所有元件均采用贴片类型。

关键词：闪速存储器，44pin 标准IDE接口，硬盘控制器，供电电路

An Electronic Hard Disk Based On IDE Interface

Abstract
Flash Memory is a kind of Non-Volatile Memory. Compared with EPROM，Flash Memory has superiorities such as capabilities of electronic erasing & reprogramming, low cost, high density, therefore, although Flash Memory has only been in the world memory market for a few years, it has begun to replace DRAM, SRAM & EPROM, become the mainstream of memory medium.
Flash Memory can be used to make up of solid memorizer big volume. Compared to the common hard disk, this memorizer has less volume, lighter weight, lower consumption, higher reliability & durableness and stronger capability of anti- concussion. So, as the integration improves & the price falls, it’s possible that solid disk made of Flash Memory replaces the small volume common hard disk in the portable computer. The Flash Memory excogitated recently is accordant with PCMCIA standard, which makes this memorizer take up of the common hard disk in every kind of portable computers very easily. The electronic hard disk based on IDE interface I designed is a kind of Solid State Disk which is made of Flash Memory.
This disk is composed of 44pin standard IDE interface, power supply circuit, ATA hard disk controller and Flash Memory chip.
The 44pin standard IDE interface is entirely accordant with the newest ATA133 standard, which can be compatible with the motherboard of recently portable computer. It also can be compatible with the common PC motherboard by a simple commutator.
The power supply circuit is based on AME8800 made by AME Company. It has such features as low dropout voltage, accurately to guarantee 300mA output within 1.5% and auto over-temperature & over-current shutdown protection.
I choose the chip SST55LD019A made by SST Company to be the ATA hard disk controller, which has the advantages such as low power (3.3v-5v), Fast Sustained Flash-to-Host Read Performance (up to 10M/s), high reliability (can be work steadily in industrial environment between -40°C to 85°C), good compatibility (be compatible with PIO Mode-4 & Multi-word DMA Mode-2, with standard NAND Flash Memory).
Two pieces of chip K9F5608U0B are used as the Flash Memory chip, which are standard NAND Flash Memory. The volume of each is 32M*8bit.
The elements pictures are draw in the software Orcad v9.2. The PCB design & the copper flooding are done in the software PowerPCB v5.1. I plan to make a PCB with double layer, and the entire components used are decals.
Keywords: Flash Memory, 44pin standard IDE interface, ATA hard disk controller, power supply circuit

电子硬盘(IDE Flash Disk)是具备高效能，高稳定度的快速记忆体储存媒体元件，是时下效能成本比最优异的记忆体储存媒体解决方案。电子硬盘能提供原始的、高性能的和高可靠的数据储存，即使是在恶劣的条件下工作—恶劣的温度、撞击、震动、干扰等，也不会对数据构成威胁。它克服了机械硬盘的弊病，广泛应用于工业控制、公共安全、电信、军工、航空等高可靠性的数据领域，且由于它体积小、存储空间灵活、费用低，也广泛地应用于民用领域。
电子硬盘中使用的存储芯片是闪速存储器Flash Memory，它是一种最早由Intel公司于20世纪80年代初开发的具有优良电可擦除和可重复编程特性的新型存储器。虽然进入世界存储器市场仅仅几年，但它凭借着优良的特性已经逐渐开始取代传统的EPROM、DRAM和SRAM，占据了十分重要的市场份额。随着新技术、新工艺的不断发展，Flash Memory集成度不断提高，价格不断降低，这使得其在便携机上取代小容量硬盘已成为可能。
本次设计的电子硬盘是一种由硬盘控制器（SST55LD019A）、供电电路（AME8800）、Flash Memory芯片（2*K9F5608U0B）和44pin标准IDE接口组成的固态盘。它的优点是结构简单、外形轻巧、功耗较低、抗震性好，可广泛应用于各种嵌入式系统（如PC及外设、电信交换机、仪器仪表和车载系统）、军用武器系统（雷达和导航系统）和各种新兴的通信设备（如手机、传真，网络适配器）中。
本次设计的目的在于实现电子硬盘在台式机和便携式计算机中替代普通硬盘的功能，因此，该电子硬盘在接口方面选用了兼容便携式电脑主板的44pin标准ATA接口，并可以通过转接口与台式机主板实现兼容。

设计思路
本次设计的电子硬盘，主要应由供电电路、硬盘控制器、闪速存储器芯片组成，接口采用题目要求的IDE接口。供电电路是电子硬盘的动力来源，它把主机通过IDE接口输入的+5v电压转换为各块芯片所需的工作电压，电子硬盘的稳定首先来自电源输入的稳定，因此供电电路的设计是整个电路设计中十分重要的一环。硬盘控制器作为主机和闪速存储器的传输纽带，通过总线与IDE接口和闪速存储器实现数据传递，通过各种控制信号控制对闪速存储器存储区域的读写操作。同时，硬盘控制器可以接受来自主机的控制信号，并通过该信号改变电子硬盘的工作方式。闪速存储器作为电子硬盘的存储介质，主要功能在于长期、稳定和安全地保证数据的储存。


















目录
第一章 绪论 1
第二章 闪速存储器简介 2
2.1 闪速存储器的产生和发展 2
2.2闪速存储器的主要技术类型 2
2.3闪速存储器的结构和功能特点 5
2.4 闪速存储器的工作模式 7
2.5 闪速存储器在大容量存储器领域的应用 7
第三章 设计方案收集和选择 9
3.1 设计思路 9
3.2 方案1简介 9
3.2 方案2简介 13
2.3 方案比较和最终选择 15
第四章 设计步骤 17
4.1 绘制设计原理图 17
4.1.1 Orcad软件简介 17
4.1.2 在Orcad中制作芯片封装 17
(优秀毕业设计:www.2bysj.cn)
4.1.3 放置元件及连线 20
4.1.4 原理图CRC校验及检错 21
4.1.5 创建网表 23
4.2 绘制PCB板图 23
4.2.1 PowerPCB软件简介 23
4.2.2在PowerPCB中制作芯片封装 24
4.2.3 导入原理图网表 27
4.2.4 手动布线 27
4.2.5 覆铜 29
第五章 作品调试及结论 31
5.1 调试步骤 31
5.2  结论 32
5.3 对设计结果的分析和对作品改进方面的考虑 32
谢辞 33
参考文献 34
附录 35