【導(dǎo)讀】設(shè)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這部分內(nèi)容會使用戶對USB有一個(gè)整體的初步了解。接下來論文會著重介紹一個(gè)USB項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程和技術(shù)細(xì)節(jié)，即MP3的硬件設(shè)計(jì)。寄存器的技術(shù)細(xì)節(jié)，包括USB的文件存儲格式、接口程序以及寄存器的配置等。及硬件電路設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

　　

【正文】 le(!PLOCK)； //等待 PLL 鎖定 18 } void USB_initial(void) { UEPNUM=0x00； //端點(diǎn)使能 USBCON=0x80； USBIEN=0x00； //不允許 USB 中斷 USBCLK=0x03； UEPCONX=0x80； UEPRST=0x07； //端點(diǎn) FIFO 復(fù)位 USBADDR=0x80； //設(shè)置地址 0 } void MP3_decoder_initial(void) //MP3 解碼器初始化 { MP3CON=0x3F； MP3CLK=0x07； //MP3 解碼時(shí)鐘為 32MHz MP3_decoder_disen()； //使 MP3 解碼器 停止 并 等待 } void DAC_initial(void) //DAC 初始化 { AUDCON0=0x72； // 256Fs AUDCON1=0x00； } 按鍵和顯示接口 1)按鍵：設(shè) S1 閉合將 20H 單元的內(nèi) 容加 1， S2 閉合將 20H 單元內(nèi)容減 1， S3 閉合將 21H 單元清 0， S4 閉合將 21H 單元置 FFH，如果同時(shí)有兩個(gè)以上的按鍵閉合，將不做任何操作。程序流程圖如圖 41 所示，按鍵程序清單見附錄 2。 2)顯示：要在液晶顯示屏上顯示出漢字，可以按照 42 所示的流程來設(shè)計(jì) 122 32點(diǎn)陣液晶顯示模塊顯示漢字的軟件，更改數(shù)據(jù) RAM 中要顯示的數(shù)據(jù)后，就可以改變所要顯示的內(nèi)容。顯示程序清單見附錄 3。 19 N N Y Y N Y Y 圖 41按鍵流程圖 圖 42顯示流程圖 Figure 41 Key flow Figure 42 Display flow 本章小結(jié) 在 本 章中首先對 USB 的通信過程進(jìn)行了簡要的分析，然后詳細(xì)介紹并設(shè)計(jì)與 MP3相關(guān)的寄存器：鎖相時(shí)鐘寄存器、 USB 控制寄存器和 MP3 解碼寄存器。 最后是設(shè)計(jì)顯示和按鍵接口程序并給出了流程圖。 開始 置 P1 口為輸入方式 有 鍵 閉合？ 延時(shí) 10ms 消除抖動(dòng) 有鍵閉合？ S1 鍵閉合？ S2 鍵閉合？ S3 鍵閉合？合？ S4 鍵閉合？ 20H 單元加 1 20H 單元減 1 20H 單元清 0 20H 單 元 置0FFH 設(shè)置復(fù)位功能碼0E2H 設(shè)置顯示開關(guān)編碼0AFH 設(shè)置頁地址（ X=0）編碼 =0B8H 設(shè)置列地址（ Y=0）編碼 =00HH 寫顯示數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) =XXH 改變頁碼？ 設(shè)置頁地址X=X+1 20 5 文件存儲格式分析 在 FAT 文件系統(tǒng)中，文件的存儲依照 FAT 表制定 的簇鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。同時(shí)，F(xiàn)AT 文件系統(tǒng)將組織數(shù)據(jù)時(shí)使用的目錄也抽象為文件，以簡化對數(shù)據(jù)的管理。 FAT 表實(shí)際上是一個(gè)數(shù) 據(jù)表，以 2 個(gè) 字節(jié)為單位，這個(gè)單位稱為 FAT 記錄項(xiàng)，通常情況其第 2 個(gè) 記錄項(xiàng) (前 4 個(gè) 字節(jié) )用作介質(zhì)描述。從第三個(gè)記錄項(xiàng)開始記錄除根目錄外的其他文件及文件夾的簇鏈情況。根據(jù)簇的表現(xiàn)情況 FAT 用相應(yīng)的取值來描述 。 每個(gè)簇用一個(gè)字表示 16 位，可尋址 65535 簇。 XX ,ff, ff, ff , yy , yy ,yy , yy , yy , yy , yy , yy ， … ， yy , yy , yy , yy 磁盤類型 簇項(xiàng) 2 簇項(xiàng) 3 簇項(xiàng) N 簇項(xiàng)含義 如圖 51所示 [6]： FAT16記錄項(xiàng)的取值含義（ 16進(jìn)制） FAT16記錄項(xiàng)的取值 對應(yīng)簇的表現(xiàn)情況 0000 未分配的簇 0002~FFEF 已分配的簇 FFF0~FFF6 系統(tǒng)保留 FFF7 壞簇 FFF8~FFFF 文件結(jié)束簇 圖 51簇項(xiàng)含義 一個(gè)文件它存放的第一個(gè)簇，由文件目錄表的文件目錄項(xiàng)給出，而此后的存放簇則由 FAT 給出。數(shù)據(jù)取得第一個(gè)扇區(qū)組（簇）對應(yīng)的簇號為 2，其后的簇號為 3，以此類推一直往下排列，例如： 第 4 簇中存放的數(shù)據(jù)是 0x0006，這又是一個(gè) 文件或文件夾的首簇。其內(nèi)容為第 6 簇，就是說接下來的簇位于第 6 簇 ， FAT 表指引我們到達(dá) FAT 表的第 6 簇指向，上面寫的數(shù)據(jù)是 0x0007，就是說接下來的簇位于第 7 簇 ， FAT 表指引我們到達(dá) FAT 表的第 7 簇指向 …… 直到根據(jù) FAT 鏈讀取到扇區(qū)相對偏移 0x1A~0x1B，也就是第 13 簇 ， 上面寫的數(shù)據(jù)是 0x000E，也就是指向第 14 簇 ， 14 簇的內(nèi)容為 FFFF ，意 即此文件已至尾 簇 。這是其結(jié)束標(biāo)記，而不是下一個(gè) 簇 號。 文件目錄表是緊跟在 FAT2（文件備份）后面的。它存放的是文件的基本信息，包括 文件名、屬性、建立時(shí)間，在磁盤中存放的首簇號等。每個(gè)文件的目錄信息占用 32個(gè)字節(jié)。 不管目錄文件所占空間為多少簇，一簇為多少字節(jié)。系統(tǒng)都會以 32 個(gè)字節(jié)為 21 單位進(jìn)行目錄文件所占簇的分配。這 32 個(gè)字節(jié)以確定的偏移來定義本目錄下的一個(gè)文件或文件夾的屬性，實(shí)際上是一個(gè)簡單的二維表。 這 32 個(gè)字節(jié)的各字節(jié)偏移定義如 圖 52 所示 [6]： FAT16目錄項(xiàng) 32個(gè)字母的表示定義 字節(jié)偏移（ 16 進(jìn)制） 字節(jié)數(shù) 定義 0x0~0x7 8 文件名 0x8~0xA 3 擴(kuò)展名 0xB 1 屬性字節(jié) 00000000（讀寫） 00000001（只讀） 00000010（隱藏） 00000100（系統(tǒng)） 00001000（卷標(biāo)） 00010000（子目錄） 00100000（歸檔） 0xC~0x15 10 系統(tǒng)保留 0x16~0x17 2 文件的最近修改時(shí)間 0x18~0x19 2 文件的最近修改日期 0x1A~0x1B 2 表示文件的首簇號 0x1C~0x1F 4 表示文件的長度 圖 52目錄項(xiàng)定義 Figure 52 Catalogue define (1)對于短文件名，系統(tǒng)將文件名分成兩部分進(jìn)行存儲，即主文件名 +擴(kuò)展名。0x0~0x7 字節(jié)記錄文件的主文件名， 0x8~0xA 記錄文件的擴(kuò)展名，取文件名中的 ASCII碼值。不記錄主文件名與擴(kuò)展名之間的 .主 文件名不足 8 個(gè)字符以空白符 (20H)填充，擴(kuò)展名不足 3 個(gè)字符同樣以空白符 (20H)填充。 0x0 偏移處的取值若為 00H，表明目錄項(xiàng)為空；若為 E5H，表明目錄項(xiàng)曾被使用，但對應(yīng)的文件或文件夾已被刪除。 (這也是誤刪除后恢復(fù)的理論依據(jù) ) 。文件名中的第一個(gè)字符若為 “.”或 “..”表示這個(gè) 簇 記錄的是一個(gè)子目錄的 目錄項(xiàng) 。 “.”代表當(dāng)前目錄 ； “..”代表上級目錄 (這和 dos 或 windows 中的使用意思是一樣的，如果磁盤數(shù)據(jù)被破壞，就可以通過這兩個(gè)目錄項(xiàng)的具體參數(shù)推算磁盤的數(shù)據(jù)區(qū)的起始位置，猜測簇的大小等，故比較重要的 )。 (2)0xB 的屬性字段：可以看作系統(tǒng)將 0xB 的一個(gè)字節(jié)分成 8 位，用其中的一位代表某種屬性的有或無。這樣，一個(gè)字節(jié)中的 8 位每位取不同的值就能反映各個(gè)屬性的不同取值了。 例 如 00000101 就表示這是個(gè)文件，屬性是只讀、系統(tǒng)。 (3)0xC~0x15 在原 FAT16 的定義中是保留未用的。在高版本的 WINDOWS 系統(tǒng)中有時(shí)也用它來記錄修改時(shí)間和最近訪問時(shí)間。其字段的意義和 FAT32 的定義是相同的 。 (4)0x16~0x17 中的時(shí)間 =小時(shí) *2048+分鐘 *32+秒 /2。得出的結(jié)果換算成 16進(jìn)制填入 即可。也就是： 0x16 字節(jié)的 0~4 位是以 2秒為單位的量值； 0x16 字節(jié)的 5~7 位和 0x17 字節(jié)的 0~2 22 位是分鐘； 0x17 字節(jié)的 3~7 位是小時(shí)。 (5)0x18~0x19 中的日期 =(年份 1980)*512+月份 *32+日。得出的結(jié)果換算成 16進(jìn)制填入即可。也就是： 0x18 字節(jié) 0~4 位是日期數(shù)； 0x18 字節(jié) 5~7 位和 0x19 字節(jié) 0 位是月份； 0x19 字節(jié)的 1~7 位為年號 。 (6)0x1A~0x1B存放文件或目錄的表示文件的首簇號，系統(tǒng)根據(jù)掌握的首簇號在 FAT表中找到入口，然后再跟蹤簇鏈直至簇尾，同時(shí)用 0x1C~0x1F 處字節(jié)判定有效性。就可以完全無誤的讀取文件目錄了。 (7)0X1C—— 0X1F：文件實(shí)際長度的字節(jié)數(shù)，用二進(jìn)制表示，低位在前，高位在后。FAT16 依據(jù)文件名對目錄項(xiàng)的定義，加上對簇的編號和鏈接，就可以達(dá)到完全的文件讀取 了。 本章小結(jié) 在該章 中首先分析了在 FAT文件系統(tǒng)中 文件的分配結(jié)構(gòu)，即文件分配 表。接著分析文件的具體存儲格式，并對每個(gè)目錄項(xiàng)進(jìn)行了解釋。 23 6 結(jié)論 在本次設(shè)計(jì)中，以 ATMEL 公司的 8 位單片機(jī) AT89C51 為核心，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)包括 Flash 存儲器、 USB 接口、 LCD 顯示、前置放大、 D/A 轉(zhuǎn)換等可以滿足 USB 設(shè)備應(yīng)用的硬件要求。由于使用了 89C51 單片機(jī)控制，簡化了 MP3 的硬件結(jié)構(gòu)。其性能好、操作簡便、減少了功耗、存儲容量可擴(kuò)展等，適應(yīng)當(dāng)前 MP3 的發(fā)展趨勢。 該系統(tǒng)由于各方面的原因，只是做出了硬件電路，在理論上可行。但還存在功能比較單一、容量明顯不夠及成本較高等缺點(diǎn)。另外系統(tǒng)的調(diào)試及 接口驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步的提高與完善。如果能提高其容量、增加實(shí)現(xiàn)錄音、 FM 收音及播放多種格式的文件等，將更加完美。 24 致 謝 非常慶幸自己能夠 系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電子、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的知識。除了自己的努力外，自己在學(xué)業(yè)和思想上的點(diǎn)滴進(jìn)步更多地受益于老師和學(xué)長的熱情幫助。在此，我首先要感謝我的導(dǎo)師 。他 處處替學(xué)生著想，耐心指導(dǎo)和引領(lǐng)我進(jìn)行設(shè)計(jì)分析； 從論文選題、 內(nèi)容組織 、電路制作 等方面 ,花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力 ,這令我深為感動(dòng) ，在此 表示衷心的感謝！ 25 參考文獻(xiàn) [1] USB Class Definition for Communications Devices, .[Z] [2] USB官方網(wǎng)： [Z]. [3] 張念淮，江浩 .USB總線接口開發(fā)指南 [M].北京：國防工業(yè)出版社， 2020 [4] 周立功等 .PDIUSB12USB 固件編程與驅(qū)動(dòng)開發(fā) [M].北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 ，2020 [5] Atmel 8bit Microcontroller [Z]， [6] 許雷，張群瞻 . 單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M].北京：冶金工業(yè)出版社， 2020 [7] Atmel Microcontroller [Z] ： 62－ 108. [8] 汪德彪，郭杰等 .MCS51 單片機(jī)原理 與接口技術(shù) [M].北京：電子工業(yè)出版社 ,2020 [9] 李宏，張家田 .液晶顯示器件應(yīng)用技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [10] 博創(chuàng)科技 ,MP3 播放器與 U盤設(shè)計(jì) [M]. 北京 清華大學(xué)出版社 .2020 [11] 電子資料庫： [Z] 26 附錄 按鍵子程序程序清單如下： ORG 0030H KB： MOV P1， 0FFH ； 置 P1口為輸入口 MOV A， P1 ； 讀鍵狀態(tài) CPL A ANL A， 0FH ； 屏蔽高四位 JZ KB ； 無鍵閉合則返回 LCALL D10ms ； 延時(shí)去抖動(dòng) MOV A， P1 ； 再讀鍵狀態(tài) CPL