【正文】 ..... 14 ............................................... 14 第六章 總結(jié) ............................................. 15 參考文獻(xiàn) ................................................ 16 致謝 .................................................... 17 附錄 .................................................... 18 附錄 A:總原理圖 ................................................ 18 附錄 B:元器件清單 .............................................. 19 附錄 C:電路 PCB圖 .............................................. 20 附錄 D： CH375資料 .............................................. 21 1 第一章 緒 論 隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展， USB（ Universal Serial Bus） 存儲設(shè)備的使用已經(jīng)非常普遍， USB 用于將適用 USB 的外圍設(shè)備 (device)連接到主機(jī) (host)，實現(xiàn)二者之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐獠靠偩€結(jié)構(gòu)；是一種快速、靈活的總線接口 [5]。它最大的特點是易于使用，主要是用在中速和低速的外設(shè) 。 隨著 USB 規(guī)范的完善和成熟， USB 外設(shè)的種類不斷豐富，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。在傳統(tǒng)的應(yīng)用中，主要是 PC扮演著主機(jī)的角色。根據(jù) USB 的規(guī)范，可以看到在 USB 的拓樸結(jié)構(gòu)中居于核 心地位的是主機(jī)，每一次的數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機(jī)發(fā)起和控制。但是隨著 單片機(jī) 產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的日益增長， USB 外設(shè)的應(yīng)用范圍也隨之?dāng)U大，為此在 單片機(jī) 系統(tǒng)中實現(xiàn)對 USB 外設(shè)控制也變得日益迫切。因此在一些需要轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)的設(shè)備，儀器上使用 USB 移動存儲設(shè)備接口的芯片便相繼產(chǎn)生了， CH375就是其中之一，它 是一個 USB總線的通用接口芯片，支持 HOST主機(jī)方式和 SLAVE設(shè)備方式 . 如今的 USB 就 像 當(dāng)日的 R232，最終發(fā)展必是業(yè)界的主流外設(shè)接口技術(shù)。 USB 有著其它接口不可替代的優(yōu)勢 . 隨著 USB技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)的移動存儲介質(zhì)普遍采用 U盤或移動硬盤。 如今， USB 技術(shù)已經(jīng)越來越普及和成熟，低成本、高穩(wěn)定性、較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和即插即用的方便性，使其備受硬件廠商的青睞。隨著數(shù)據(jù)采集和 單片機(jī) 用戶對移動存儲的需求越來越大，具有 USB 接口的存儲設(shè)備以其優(yōu)異的性價比和靈活性常用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和交換，所以在 單片機(jī) 系統(tǒng)中實 現(xiàn)對 U 盤或移動硬盤的直接讀寫是非常有價值的。 介紹了一種 USB 總線的通用接口芯片 CH375，并在此基礎(chǔ)上提出了一種外部單片機(jī)讀寫 U盤的基本方法及其硬件連接方法。單片機(jī)只要在原硬件系統(tǒng)中增加 1個 CH375芯片就可以直接調(diào)用 CH375 提供的子程序庫來直接讀取 U 盤中的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了普通單片機(jī)與 U 盤的通訊、方法簡單、便于操作、綜合成本比較低，具有較大的推廣應(yīng)用價值。 2 第二章 總體方案論證與設(shè)計 設(shè)計要求 基于單片機(jī)和 CH375 的 U盤讀寫控制器應(yīng)用了單片機(jī) STC12C5A60AD、 CH375接口電路、串 口電平轉(zhuǎn)換電路、 LED顯示 電路、按鍵控制 等 模 塊 。 整個系統(tǒng)采用 9V 電源供電通過三端穩(wěn)壓電路 7805 輸出 5V 穩(wěn)定的直流電壓供給開發(fā)板使用。該項目 使用電平轉(zhuǎn)換電路 將 單片機(jī)發(fā)出 的 TTL 電平 轉(zhuǎn)換為 RS232 電平 從而使 RS232 接口與 計算機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，單片機(jī)通過 USB 總線的通用接口芯片 CH375 直接對 U 盤進(jìn)行讀寫等操作，并使 LED 顯示模塊做出相應(yīng)的指示。 系統(tǒng)設(shè)計總體方案 MCU的選擇 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超 大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU隨機(jī)存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。 方案一： AT89s51 AT89S51是一個 體積小、 低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi) 含有中斷、定時串口電平轉(zhuǎn)換 RS232 MCU LED 顯示模塊 按鍵輸入模塊 電源模塊 CH375 USB 模塊 圖 系統(tǒng)方框圖 3 /計數(shù)器且 I/O 口數(shù)相對較多，價錢相對也比較便宜，但存儲空間不是非常大，只有4kB的可反復(fù)擦寫程序存儲器 ，而本次的設(shè)計需要大量的存儲空間 。 方案二： STC12C5A60AD STC12C5A60AD 單片機(jī)是高速 / 低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。且 I/O 口數(shù)比 AT89S51 多。價錢雖然比較昂貴，但存儲空間非常大，可以到達(dá) 60K。而本次的設(shè)計正需要此容量的空間。 由于 AT89s51程序存儲空間只有 4KB，不能滿足此項目的要求， 比較這兩種我們選用 STC12C5A60AD CH375工作方式方案選擇 USB 總線的通用接口芯片 CH375 具有 8 位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以 方便地掛接到單片機(jī) /DSP/MCU/MPU 等控制器的系統(tǒng)總線上。單片機(jī)只要在原硬件系統(tǒng)中增加 1 個 CH375 芯片就可以直接調(diào)用 CH375 提供的子程序庫來直接讀取 U盤中的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了普通單片機(jī)與 U 盤的通訊。 CH375 芯片可以工作于 USBHOST 主機(jī)方式或者 USB 設(shè)備方式。 方案一：并口方式 CH375 的 TXD引腳通過 1KΩ左右的下拉電阻接地或者直接接地，從而使 CH375 工作于并口方式。 CH375 芯片具有通用的被動并行接口，可以直接連接多種單片機(jī)、 DSP、MCU等。在普通的 MCS51系列單片機(jī) 的典型應(yīng)用電路中， CH375 芯片可以通過 8 位被動并行接口的 D7～ D0、 RD、 WR、 CS、 A0 直接掛接到單片機(jī) U2 的系統(tǒng) 總線上。 方案二：串口方式 如果 CH375 芯片的 TXD 引腳懸空或者沒有通過下拉電阻接地，那么 CH375 工作于串口方式。在串口方式下， CH375只需要與單片機(jī) /DSP/MCU 連接 3 個信號線， TXD 引腳、 RXD 引腳以及 INT引腳，其它引腳都可以懸空。除了連接線較少之外，其它外圍電路與并口方式基本相同。 為了提高單片機(jī)對 U盤的讀寫速率，選用 CH375工作于主機(jī)方式 下的并口方式 電源模塊是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可缺少的部分，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)4 定、安全工作的前提。直流電源芯片按原理分為線性電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩種。 方案一： 采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路獲得直流穩(wěn)壓電源。該電路由比較放大電路、穩(wěn)壓管、三極管、限流電阻及兩個取樣電路組成，此電路由主回電路式起調(diào)整作用的 BJTT與負(fù)載串聯(lián)而得名的。但它的輸出電源不可能絕對穩(wěn)定的，只能是基本穩(wěn)定，且負(fù)載電流較大時，調(diào)整管的集電極損耗大，電源效率低，有時還要配有龐大的散熱裝置。 方案二： 本設(shè)計用到 的電源為 5V，屬于中小功率穩(wěn)壓電源， 所以可以采用三端穩(wěn)壓芯片LM7805。用其設(shè)計的是線性穩(wěn)壓電路，具有結(jié)構(gòu)簡單、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、文波電壓小等優(yōu)點，但是，在負(fù)載電流較大且輸出電壓較低時，其自身的功耗很大。但如果給本系統(tǒng)供電，完全滿足要求 。 為了獲得更加穩(wěn)定的電源，選用線性穩(wěn)壓。 5 第三 章 系統(tǒng)電路設(shè)計與分析 單片機(jī)最小系統(tǒng) STC12C5A60S2 系列單片機(jī) 簡介 STC12C5A60S2系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖 所 示。 STC12C5A60S2單片機(jī)中中 包含中央 處理器 (CPU)、程序存儲器 (Flash)、數(shù)據(jù)存儲器 (SRAM)、定時 /計數(shù)器、 UART串口、串口 I/O接口、高速 A/D轉(zhuǎn)換、 SPI接口、 PCA、看門狗及片內(nèi) R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。 STC12C5A60S2系列單片機(jī)幾乎 包含 了數(shù)據(jù)采集和控制中 所 需的 所 有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。 圖 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)的內(nèi)部框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)由 MCU、時鐘電路、復(fù)位電路和電源模塊組成。 MCU：單片機(jī) — 連接到 CH375 的 8位雙向數(shù)據(jù)總線 D0— D7， 25 腳至 31 腳接到顯示電路， 5腳至 8 腳接到按鍵控制電路。 時鐘電路 ： STC12C5A60AD使用 ，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量 為 30P。 單片機(jī)6 晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機(jī)運行速度就越快，單片 機(jī) 的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時鐘頻率。 復(fù)位電路 ： 復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。 復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機(jī)的兩個機(jī)器周期。 （ 1）上電復(fù)位 ： 此 單片 機(jī) 為高電平復(fù)位，在復(fù)位引腳 RST 上連接一個電容 C8到 VCC，再連接一個電阻 R29 到 GND，由此形成一個 RC 充放電回路保證單片機(jī)在上電時 RST 腳上有足夠時間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的 值 為 10K 和 10uF。 （ 2）按鍵復(fù)位 ：在復(fù)位電容 C8上并聯(lián)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān) Srst按下時電容 C8被放電、RST也被拉到高電平，而且由于