基于单片机的存储设备转储器设计
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2020-08-05
15:35:31
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基于单片机的存储设备转储器设计基于单片机的存储设备转储器设计
如果要实现多个U盘的内容相互转储必须通过计算机问接完成，比较麻烦，且无法满足人们出门在外需要随时随
地转储数据的要求。本文针对这一需求，设计了一款以C8051FD40单片机为核心的U盘转储器，实现不通过计
算机直接完成两个U盘之间的数据交换，具有体积小、传输速度快、操作方便、硬件综合成本低等优点。
1 系统硬件设计
1.1 系统总体结构与工作原理
系统由电源模块、USB接口转储模块、控制模块、键盘模块和液晶显示模块等组成，如图1所示。C8051F040微控制单元外接
两个CH375 U盘模块，通过在单片机内部开辟一个数据缓冲区，直接调用子程序库，负责将一个U盘中选中的文件数据传送到
另一个U盘中。液晶和外部键盘实现人机接口，通过键盘的上翻、下翻、选择、复制等按键，选中要转存的文件，并在液晶模
块中显示文件名、文件大小等相关信息。人机交互界面友好、操作简便。
1.2 CH375 U盘模块
采用振南电子开发的CH375 U盘读写模块，该模块体积小巧，仅3.3x2.0 cm2。模块供电为5 V，配有指示灯，工作时指示灯
被点亮。模块使用USB主从机控制器CH375B，采用并行方式驱动，可以实现U盘的读写。共需要13根信号线(5根控制线8根
数据线)。
通过该模块提供的znFAT，一种单片机上的FAT32文件系统解决方案，能够轻松地实现U盘上的各种文件级的应用。主要包括
文件扇区的定位、文件打开、信息修改、文件关闭、文件删除、文件读、文件写、磁盘信息查询等一些对文件的基本操作。该
模块具有体积小，价格较低，使用方便的特点。通过该模块很容易通过单片机实现对两个U盘中的相关文件的转移。
CH375 U盘读写模块与C8051F040单片机的连接如图2所示。C8051F040通过CS选中U盘模块，U盘模块则通过INT以中断方
式与单片机进行通信。DO～D7为CH375 U盘模块与单片机的并行通信数据线，单片机通过AO、RD、WR控制信号控制
CH375U盘模块。D+、D-为CH375 U盘模块与 USB存储设备的串行接口。通过CH375 U盘模块可以很容易地实现单片机与
USB存储设备直接的数据转储。
1. 3 液晶显示模块
本系统使用122x32点阵的MGLS12232液晶显示模块，模块内置两块2.560位的RAM和两片SED1520控制器，分别由E1、E2
两个选通信号控制左右两半屏的显示。图形液晶显示模块有两种连接方式：一种为直接访问方式，另一种为间接控制方式。本
系统是采用直接控制方式，该方式将液晶显示模块的接口作为存储器或I/O设备直接挂接在单片机总线上。该模块体积小、价
格较低且通过该液晶模块能够满足对一般文件夹名、文件名和文件信息的显示。
1.4 键盘模块
键盘模块是3x3矩阵式键盘结构，采用Button按键，分别定义了上电、复位、上翻、下翻、选择、复制、粘贴等按键，以最少
的按键实现文件转储的各种操作。
1.5 C8051F040单片机控制模块
C8051F040单片机控制模块是本系统的核心控制模块。该单片机具有丰富的片内资源和强大的控制功能：与8051完全兼容，
最大系统时钟频率为24 MHz，70%指令的执行时间为1或2个系统时钟周期。丰富的中断源，扩展的中断系统向CIP-51提供20
个中断源，一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，因而有更高的执行效率，这么多的中断源完全能满足本系统的所有外
设。通用串行总线(USB)功能控制器，有8个灵活的端点管道，集成收发器和1K FIFO RAM;片内存储较大，CIP-51的SFR地址
空间可包含多达256个SFR页，通过SFR分页，CIP-51MCU可以控制大量用于控制和配置片内外设所需的SFR。串口资源丰
富，具有两个增强型全双工UART、一个增强型SPI总线和SMBus/I2C。每种串行总线都完全用硬件实现，都能向CIP-51产生
中断，因此需要很少的CPU干预。这些串总线不“共享”定时器、中断或端口I/O等资源，可以使用任何一个或同时使用多个。
该模块的功能是：通过在单片机内部开辟一个数据缓冲区缓存两个U盘之间要转移的文件数据，并通过两个CH375 U盘模块控
制U盘文件的打开、读取、写入和关闭，实现文件数据的转移工作。该控制单元还可以将外围键盘发来的中断信息进行处理，
以实现文件的选择等对单片机的控制。通过控制一个MGLS12232液晶显示模块来显示一些相关的文件信息。
2 系统软件设计
2.1 外设控制方式
本系统采用CH375 U盘模块，该模块附带znFAT，单片机上的FAT32文件系统解决方案。从而减少了繁杂的Fat32文件系统方
面的编程，由于CH375 U盘模块配带文件系统及文件操作子程序，通过单片机主程序调用比较容易实现文件名、文件信息的
液晶显示，以及文件的选择与转移操作。
由于C8051F040单片机的中断资源丰富，并且中断具有以下优点：
1)分时操作。CPU可以分时为多个I/O设备服务，提高了计算机的利用率。
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