目前U盤以其體積小、易攜帶、容量大、使用方便等特點(diǎn)成為最常用的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備之一。但是一直以來(lái)人們對(duì)U盤的使用僅限于U盤與計(jì)算機(jī)之間的通訊。如果要實(shí)現(xiàn)多個(gè)U盤的內(nèi)容相互轉(zhuǎn)儲(chǔ)必須通過(guò)計(jì)算機(jī)問(wèn)接完成，比較麻煩，且無(wú)法滿足人們出門在外需要隨時(shí)隨地轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)的要求。本文針對(duì)這一需求，設(shè)計(jì)了一款以C8051FD40單片機(jī)為核心的U盤轉(zhuǎn)儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)不通過(guò)計(jì)算機(jī)直接完成兩個(gè)U盤之間的數(shù)據(jù)交換，具有體積小、傳輸速度快、操作方便、硬件綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與工作原理

系統(tǒng)由電源模塊、USB接口轉(zhuǎn)儲(chǔ)模塊、控制模塊、鍵盤模塊和液晶顯示模塊等組成，如圖1所示。C8051F040微控制單元外接兩個(gè)CH375 U盤模塊，通過(guò)在單片機(jī)內(nèi)部開(kāi)辟一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，直接調(diào)用子程序庫(kù)，負(fù)責(zé)將一個(gè)U盤中選中的文件數(shù)據(jù)傳送到另一個(gè)U盤中。液晶和外部鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口，通過(guò)鍵盤的上翻、下翻、選擇、復(fù)制等按鍵，選中要轉(zhuǎn)存的文件，并在液晶模塊中顯示文件名、文件大小等相關(guān)信息。人機(jī)交互界面友好、操作簡(jiǎn)便。


圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2 CH375 U盤模塊

采用振南電子開(kāi)發(fā)的CH375 U盤讀寫(xiě)模塊，該模塊體積小巧，僅3.3x2.0 cm2.模塊供電為5 V，配有指示燈，工作時(shí)指示燈被點(diǎn)亮。模塊使用USB主從機(jī)控制器CH375B，采用并行方式驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)U盤的讀寫(xiě)。共需要13根信號(hào)線（5根控制線8根數(shù)據(jù)線）。

通過(guò)該模塊提供的znFAT，一種單片機(jī)上的FAT32文件系統(tǒng)解決方案，能夠輕松地實(shí)現(xiàn)U盤上的各種文件級(jí)的應(yīng)用。主要包括文件扇區(qū)的定位、文件打開(kāi)、信息修改、文件關(guān)閉、文件刪除、文件讀、文件寫(xiě)、磁盤信息查詢等一些對(duì)文件的基本操作。該模塊具有體積小，價(jià)格較低，使用方便的特點(diǎn)。通過(guò)該模塊很容易通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)U盤中的相關(guān)文件的轉(zhuǎn)移。

CH375 U盤讀寫(xiě)模塊與C8051F040單片機(jī)的連接如圖2所示。C8051F040通過(guò)CS選中U盤模塊，U盤模塊則通過(guò)INT以中斷方式與單片機(jī)進(jìn)行通信。DO～D7為CH375 U盤模塊與單片機(jī)的并行通信數(shù)據(jù)線，單片機(jī)通過(guò)AO、RD、WR控制信號(hào)控制CH375U盤模塊。D+、D-為CH375 U盤模塊與USB存儲(chǔ)設(shè)備的串行接口。通過(guò)CH375 U盤模塊可以很容易地實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與USB存儲(chǔ)設(shè)備直接的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)。

圖2 CH375 U盤模塊與C8051FD40接口

1. 3液晶顯示模塊

本系統(tǒng)使用122x32點(diǎn)陣的MGLS12232液晶顯示模塊，模塊內(nèi)置兩塊2.560位的RAM和兩片SED1520控制器，分別由E1、E2兩個(gè)選通信號(hào)控制左右兩半屏的顯示。圖形液晶顯示模塊有兩種連接方式：一種為直接訪問(wèn)方式，另一種為間接控制方式。本系統(tǒng)是采用直接控制方式，該方式將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備直接掛接在單片機(jī)總線上。該模塊體積小、價(jià)格較低且通過(guò)該液晶模塊能夠滿足對(duì)一般文件夾名、文件名和文件信息的顯示。

1.4鍵盤模塊

鍵盤模塊是3x3矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)，采用Button按鍵，分別定義了上電、復(fù)位、上翻、下翻、選擇、復(fù)制、粘貼等按鍵，以最少的按鍵實(shí)現(xiàn)文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)的各種操作。

1.5 C8051F040單片機(jī)控制模塊

C8051F040單片機(jī)控制模塊是本系統(tǒng)的核心控制模塊。該單片機(jī)具有豐富的片內(nèi)資源和強(qiáng)大的控制功能：與8051完全兼容，最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為24 MHz，70％指令的執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。豐富的中斷源，擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向CIP-51提供20個(gè)中斷源，一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的MCU干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率，這么多的中斷源完全能滿足本系統(tǒng)的所有外設(shè)。通用串行總線（USB）功能控制器，有8個(gè)靈活的端點(diǎn)管道，集成收發(fā)器和1K FIFO RAM；片內(nèi)存儲(chǔ)較大，CIP-51的SFR地址空間可包含多達(dá)256個(gè)SFR頁(yè)，通過(guò)SFR分頁(yè)，CIP-51MCU可以控制大量用于控制和配置片內(nèi)外設(shè)所需的SFR.串口資源豐富，具有兩個(gè)增強(qiáng)型全雙工UART、一個(gè)增強(qiáng)型SPI總線和SMBus/I2C.每種串行總線都完全用硬件實(shí)現(xiàn)，都能向CIP-51產(chǎn)生中斷，因此需要很少的CPU干預(yù)。這些串總線不“共享”定時(shí)器、中斷或端口I/O等資源，可以使用任何一個(gè)或同時(shí)使用多個(gè)。

該模塊的功能是：通過(guò)在單片機(jī)內(nèi)部開(kāi)辟一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)緩存兩個(gè)U盤之間要轉(zhuǎn)移的文件數(shù)據(jù)，并通過(guò)兩個(gè)CH375 U盤模塊控制U盤文件的打開(kāi)、讀取、寫(xiě)入和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移工作。該控制單元還可以將外圍鍵盤發(fā)來(lái)的中斷信息進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)文件的選擇等對(duì)單片機(jī)的控制。通過(guò)控制一個(gè)MGLS12232液晶顯示模塊來(lái)顯示一些相關(guān)的文件信息。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1外設(shè)控制方式

本系統(tǒng)采用CH375 U盤模塊，該模塊附帶znFAT，單片機(jī)上的FAT32文件系統(tǒng)解決方案。從而減少了繁雜的Fat32文件系統(tǒng)方面的編程，由于CH375 U盤模塊配帶文件系統(tǒng)及文件操作子程序，通過(guò)單片機(jī)主程序調(diào)用比較容易實(shí)現(xiàn)文件名、文件信息的液晶顯示，以及文件的選擇與轉(zhuǎn)移操作。

由于C8051F040單片機(jī)的中斷資源豐富，并且中斷具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）分時(shí)操作。CPU可以分時(shí)為多個(gè)I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計(jì)算機(jī)的利用率。

2）實(shí)時(shí)響應(yīng)。CPU能夠及時(shí)處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機(jī)事件，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大大增強(qiáng)。

3）可靠性高。CPU具有處理設(shè)備故障及掉電等突發(fā)事件的能力，從而使系統(tǒng)的可靠性提高。

綜上所述，本系統(tǒng)的所有外設(shè)鍵盤均采用中斷控制方式，文件轉(zhuǎn)移也用中斷方式控制。這樣C8051F040的系統(tǒng)資源利用效率有了很大的提高。

2.2文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)方案

首先在C8051F040單片機(jī)內(nèi)部開(kāi)辟一個(gè)緩沖區(qū)，當(dāng)需要轉(zhuǎn)存文件時(shí)，首先選中一個(gè)U盤中的文件，當(dāng)單擊復(fù)制及粘貼按鍵后，會(huì)通過(guò)中斷自動(dòng)調(diào)用相關(guān)的程序，想將該文件打開(kāi)，并讀取文件的數(shù)據(jù)與開(kāi)辟的緩沖區(qū)中，然后把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到另一個(gè)U盤相應(yīng)目錄下的新建的同名文件中。

系統(tǒng)總流程圖如圖3所示。系統(tǒng)上電后，對(duì)C8051F040單片機(jī)內(nèi)部開(kāi)辟的緩沖區(qū)進(jìn)行初始化，并使液晶屏顯示初始界面，之后進(jìn)入等待U盤插入的狀態(tài)，當(dāng)?shù)却欢螘r(shí)間后，若沒(méi)用U盤插入，則顯示“請(qǐng)插入U(xiǎn)盤”的提示信息。當(dāng)U盤個(gè)數(shù)為一個(gè)或兩個(gè)時(shí)，開(kāi)始讀取U盤信息，并在液晶屏上顯示基本的U盤信息。之后，C8051F040單片機(jī)等待鍵盤操作，根據(jù)鍵盤輸入的編碼調(diào)用相應(yīng)的中斷程序，處理完后，繼續(xù)等待鍵盤的中斷信號(hào)。


圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

3聯(lián)機(jī)調(diào)試

在USB轉(zhuǎn)儲(chǔ)器的兩個(gè)USB接口分別接甲、乙兩個(gè)U盤，液晶顯示屏能夠顯示甲U盤里的文件，通過(guò)手動(dòng)操作轉(zhuǎn)儲(chǔ)器上的鍵盤按鈕可以選擇甲U盤里的文件，并可將其轉(zhuǎn)移到乙U盤里。在這次USB轉(zhuǎn)儲(chǔ)器的制作過(guò)程中比較難的是對(duì)設(shè)備端的程序進(jìn)行調(diào)試。由于USB協(xié)議有嚴(yán)格要求，這就使程序必須在有效的時(shí)間內(nèi)對(duì)某些請(qǐng)求或者狀態(tài)進(jìn)行，否則USB將無(wú)法正常工作。因此在調(diào)試過(guò)程中，較多的借助串口輸出程序輸出的一些信息來(lái)輔助調(diào)試，定位問(wèn)題所在。

調(diào)試工作主要分為兩步，首先是要能顯示U盤里面的文件，借助PC調(diào)試軟件（從網(wǎng)上下載的Bus Hound）將設(shè)備端的USB協(xié)議調(diào)通，然后加上U盤寫(xiě)入U(xiǎn)盤顯示程序，在液晶屏里可以看到U盤里的文件名；第二步是轉(zhuǎn)儲(chǔ)，在單片機(jī)里寫(xiě)入轉(zhuǎn)儲(chǔ)程序進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)鍵盤按鈕選擇可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件。

4結(jié)束語(yǔ)

目前市場(chǎng)上雖有單片機(jī)讀寫(xiě)U盤的功能模塊，但只能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的讀功能，還不能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)U盤之間的直接相互傳輸和顯示。本文設(shè)計(jì)的U盤轉(zhuǎn)儲(chǔ)器經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性，人們可以在戶外不借助計(jì)算機(jī)很方便地完成一個(gè)U盤到另外一個(gè)U盤的文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)。由于采用USB接口傳輸速度非?？欤耆軌驖M足普通用戶的需要。系統(tǒng)采用STM封裝，具有外形小巧、方便佩戴等優(yōu)點(diǎn)，是一款廉價(jià)實(shí)用的電子產(chǎn)品。本系統(tǒng)目前的不足是能管理的USB存儲(chǔ)設(shè)備只有兩個(gè)，這是本系統(tǒng)將來(lái)需要進(jìn)一步完善的地方。