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)必須通過計(jì)算機(jī)問接完成，比較麻煩，且無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，通過在單片機(jī)內(nèi)部開辟一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，直接調(diào)用子程序庫，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
　　采用振南電子開發(fā)的CH375 U盤讀寫模塊，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。共需要13根信號(hào)線（5根控制線8根數(shù)據(jù)線）。
　　通過該模塊提供的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、信息修改、文件關(guān)閉、文件刪除、文件讀、文件寫、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)。通過該模塊很容易通過單片機(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盤讀寫模塊與C8051F040單片機(jī)的連接如圖2所示。C8051F040通過CS選中U盤模塊，U盤模塊則通過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，通過SFR分頁，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：通過在單片機(jī)內(nèi)部開辟一個(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)，并通過兩個(gè)CH375 U盤模塊控制U盤文件的打開、讀取、寫入和關(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。通過控制一個(gè)MGLS12232液晶顯示模塊來顯示一些相關(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)通過中斷自動(dòng)調(diào)用相關(guān)的程序，想將該文件打開，并讀取文件的數(shù)據(jù)與開辟的緩沖區(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)。