【正文】 ................................... 2 USB 技術(shù)背景 ........................................................ 2 USB 總線優(yōu)勢 ........................................................ 2 本章小結(jié) ............................................................ 3 3 USB 設(shè)備（ MP3）的硬件設(shè)計 .......................................... 4 設(shè)計具體要求 ........................................................ 4 設(shè)計原理 ............................................................ 4 硬件電路設(shè)計 ........................................................ 4 微控制器 ........................................................ 5 電源及 USB 接口電路 .............................................. 6 存儲部分電路 .................................................... 7 前置放大部分 .................................................... 8 D/A 轉(zhuǎn)換部分 .................................................... 9 按鍵部分和 LCD 顯示 ............................................. 10 系統(tǒng)整體原理圖及 PCB 圖 ......................................... 10 系統(tǒng)調(diào)試 ....................................................... 14 本章小結(jié) ........................................................... 14 4 軟件驅(qū)動程序分析 ................................................ 15 USB 的通信過程 ..................................................... 15 寄存器的配置 ....................................................... 15 按鍵和 顯示接口 ..................................................... 18 本章小結(jié) ........................................................... 19 5 文件存儲格式分析 ................................................ 20 IV 文件分配表 ......................................................... 20 文件目錄表 ......................................................... 20 本章小結(jié) ........................................................... 22 6 結(jié)論 ............................................................ 23 致 謝 ............................................................ 24 參考文獻 .......................................................... 25 1 1 引 言 USB 技術(shù) 為了滿足用戶追求高速度和高通用性的需求，以 Intel 公司為首于 1994 年推出了 USB（ Universal Serial Bus，通用串行總線）協(xié)議的第一個草案，用于低、中速的計算機外設(shè)。在 中， USB支持的帶寬已提升到 480Mbps。同時 USB 總線的應(yīng)用可以清除 PC 上過多的 I/O 端口而以一個串行通道取代，使 PC 與外設(shè)之間的連接更容易。其主要的優(yōu)點是速度高、功耗低、支 持即插即用 和 維護方便 [1]。我負責(zé)的是硬件設(shè)計部分。硬件設(shè)計包括 MP3 的電路設(shè)計、顯示和按鍵接口驅(qū)動程序以及文件的存儲格式等。這兩種端口已使用多年，物理層的協(xié)議也已經(jīng)相當成熟。但 USB 具有速度高、成本低、功耗低、支持即插即用和使用維護方便等優(yōu)點。 USB 總線優(yōu)勢 USB 總線的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：速度、總線拓撲體系、即插即用、低功耗、標準接口和外設(shè)。引入低速模式主要是為了降低對速度要求不高的設(shè)備的成本，比如鼠標、鍵盤等。這個速度較全速和低速設(shè)備而言是一個飛躍。在目前的 PC 應(yīng)用中， PC 就是主機和根集線器，用戶可以將外設(shè)或附加的與之相連，這些附加的 Hub 可以連接其他的外設(shè)以及下層 Hub。 3) USB 的即插即用 USB 采用四線電纜來傳輸信號與電源。這對整個系統(tǒng)及 USB 設(shè)備都沒有影響，所以可以熱插拔。 4) USB 的低功耗 USB 協(xié)議規(guī)定：如果總線供電設(shè)備在 3ms 內(nèi)沒有進行總線操作，則設(shè)備自動進入掛起狀態(tài)。實際上協(xié)議規(guī)定的500μA， 包括了主機端 15KΩ的電纜終端匹配電阻的電流（通常為 220μA），所以對于使用總線電源的設(shè)備而言，進入掛起狀態(tài)通常便意味著設(shè)備的總電流功耗不會超過280μA，這個功耗值是很低的。 USB 將設(shè)備和主機都看作不同的對象，而這些對象又是由不同的模塊和子模塊組成的。 本章小結(jié) 本 章簡單 介紹了 USB 的基本結(jié)構(gòu)和原理 ， 初步了解 了 USB 接口 。這一規(guī)范從總體上描述了 USB 的結(jié)構(gòu)和原理，而對于每一類USB 設(shè)備（包括 HID 設(shè)備音頻設(shè)備等等），還相應(yīng)制定了描述這類設(shè)備的 USB 規(guī)范。 （ 2）、存儲容量為 128M 字節(jié)。 （ 4）、可顯示文字、數(shù)字、簡單圖形等。 （ 6）、具有 錄音功能。向里看時，它們其中外側(cè)的兩條比較長，那是數(shù)據(jù)線；而里面兩條相對短一些的為電源線 。而向外拔時， 則 由于電源線較短，所以首先被切斷，而后才是數(shù)據(jù)線。 一般的 USB接口提供四個引腳與 CPU相連接 [3]，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 32所示： MP3的工作原理：該 MP3首先將 MP3歌曲文件通過 USB接口從內(nèi)存中取出并讀 取存儲器上的信號 → 到解碼芯片對信號進行解碼 → 通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將解出來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號 → 再把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大 → 經(jīng) 低通濾波后到耳機輸出口，輸出后就是可以聽到音樂。 主控部分：因為 AT89C51SND1C 提供 USB 控制和 集成 MPEG2 解碼器 ，故選用它作為系統(tǒng)控制核心； 存儲部分：作為 MP3 播放文件的存儲器 (K9F2808U0A)； 音頻轉(zhuǎn) 換 部分：將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成聲音信號 (UDA1330BTS)； 前置放大部分：將 MIC 的信號放大，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號（ A/D 轉(zhuǎn)換）； 通訊系統(tǒng)：通過 USB 接口進行串口通訊； 顯示部分：采用 122 32 的 LCD 液晶顯示屏； 電源部分：為 MP3 提供所需要的電能； 同時輔助微控制器工作的還有一個晶體振蕩電路。但不同單片機具有不同的 特點，比較之下，我選用 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機。 它為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活、低成本的解決方案。 89C51 的性能特點請參考芯片資料 [5]。它最高支持 20MHz 的工作頻率，工作電壓為 ，內(nèi)部集成的 MPEG2解碼功能支持 48， 32， 24 及 16HZ的采樣序列，可直接與 DAC 音頻轉(zhuǎn)換芯片連接，支持 協(xié)議全速引擎，并提供相應(yīng)的鍵盤中斷、 IDE/ATATPI/MMC 及 ISP接口。 其典型應(yīng)用如圖 34 所示 [5]： 電源及 USB 接口電路 其電路如圖 35所示 ： 圖 34 典型應(yīng)用 Figure 34 Model application 7 R21K12J1P O W E R R11 .5 KR327V i n1GND2V o ut3U1 A S 11 1 71234J2U S BL E DV C CR427電池C11 00 0 u fD+D接入 C PU MP3 屬于高速信息傳輸數(shù)碼產(chǎn)品，能否有一個良好的電源對 MP3 使用的穩(wěn)定性來說至關(guān)重要，因此一般采用芯片降壓的供電方案。它輸入電壓為 ～ 10V,最大輸出電流為 800mA，轉(zhuǎn)換后輸出電壓為 ，是比較理想的 USB 電平轉(zhuǎn)換芯片。電路中 C1 起到濾波作用； R2 是限流電阻用以保護 LED；發(fā)光二極管 LED監(jiān)控電源電路是否正常。否則，會因為電阻分壓不當而導(dǎo)致計算機無法識別 89C51SND1C芯片。從而拉高 USB 的 D+端口電位，以告知計算機有新的硬件接入，否則設(shè)備將無法被 PC 或HUB 識別 [6]。因此如圖 36所示 [7]: 圖 35電源及 USB接口電路 Figure35 Power and USB interface circuit 8 I O 029I O 130I O 231I O 332V S S36VDD37I O 441I O 542I O 643I O 744W P M19W E N18A L E17C L E16V S S13V C C12C E N9R E N8R S Y / B7U2K 9 F 2 8 0 8R8 1KV C C數(shù)據(jù)存儲 1 6 MV C CDD0DD1DD2DD3DD4DD5DD6DD7DD8DD9W E NREA R S Tv c c 本 設(shè)計存儲部分選用三星公司的 K9F2808 系列芯片 。它的結(jié)構(gòu)是由 65536 層組成，每層有 528 個字節(jié)即 528 個列。一個 528 字節(jié)的數(shù)據(jù)寄存器連接到存儲區(qū)域 。讀操作在層的基礎(chǔ)上進行，擦寫操作在塊的基礎(chǔ)上進行。 K9F2808閃存采用 8位 I/O線復(fù)用方式 ；執(zhí)行 528 個字節(jié)頁的編程僅需 200μs；在一個 16K 字節(jié)的模塊上完成擦除操作需要 2ms， 讀出一頁數(shù)據(jù)的時間是每字節(jié) 50ns。如果需要加大存儲器的容量可以換用三星公司與此芯片同一系列的存儲芯片（ K9F1208YCB 為 64M、 K9F1G08 為 128M），它們的引腳和工作方式完全相同，只是容量不同。在程序的支持下，通過外部設(shè)備 MIC 及其模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片向其送入音頻信息， AT89C51SND1 將其轉(zhuǎn)化成 WAV 文件后保存在存儲器中，通過 MP3 放音功能可將其音頻信息讀出。 由于話筒提供的信號 只有 幾十毫瓦 ，故要加前置放大器 MAX4468。設(shè)計中放大電路的 Au=45（設(shè)定），負載電阻為 100KΩ， Vout=Vcc/2=。則 1+R21/R20=45，取 R21=560KΩ， R20=12KΩ。耦合電容 C25與 C29 取 100nF， C26 取 10nF， C27 取 220nF，以保證低頻響應(yīng)。 D/A 轉(zhuǎn)換部分 其電路如圖 38所示 [8] J5BCK1WS2D A T A I3A P P L 011VDDD4V S S D5S Y S C L K6A P P L 110A P P S E L7A P P L 29A P P L 38V R E F12VDDA13VOL14V S S A15VOR16U D A 1 3 3 0U3 U D A 1 3 3 0R91 0 KR 1 11KR81 0 KR 1 01KV C CC21100nFC 1 9 4 7 U FC 2 04 7 U F+C2247UFC 2 31 0 0 n FR 1 51 0 KR1410KR 1 21 0 0R 1 31 0 0C 2 41 0 0 n FAVDDL D 5L D 4D S E LD C L KDO