基于单片机控制的的USB接口设计毕业设计（论文）word格式

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1、摘 要通用串行总线USB是PC体系中的一套全新的工业标准，它支持单个主机与多个外设同时进行数据交换。论文首先简要介绍USB的体系结构和特点，包括总线优势、协议简介、传输方式等。这部分内容会使用户对USB有一个整体的初步了解。接下来论文会着重介绍一个USB项目的设计过程和技术细节，即MP3的硬件设计。其内容主要包括：采用AT89C51SND1C提供USB控制和MPEG2解码器、存储部分用16M的存储器(K9F2808U0A)存放MP3播放文件；音频转换部分是将数据流转化成声音信号并输出音频信号；前置放大部分是将MIC的信号放大，并将其转换成数字信号（A/D转换）；设计采用通过USB接口进行串口通

2、讯；采用12232的LCD液晶显示屏显示；论文第三章除了详细介绍MP3硬件设计外，还简要设计了相关接口程序和寄存器的技术细节，包括USB的文件存储格式、接口程序以及寄存器的配置等。最后论文对我们初学者具有一定的参考价值，可以尽快掌握USB设备的特点，以及硬件电路设计的注意事项。关键字：微控制器 通用串行总线 接口驱动程序 MP3Based on 51 monolithic integrated circuits USB system designsStudent：Hu Li Teacher: Jiang Cun-boAbstract：The Universal Serial Bus USB i

3、s specified to be an industry standard extension to the PC architecture. USB is a serial cable bus that supports data exchange between a host computer and a wide range of simultaneously accessible peripherals.First, the thesis describes the architecture and features of USB, including the bus attribu

4、tes, the protocol definition, and so on. It tries to give developers and users a snapshot of USB.After that, the thesis will talk about how to develop the USB system, including: device hardware then the thesis describes one development and technique details of one USB project: the development of MP3

5、. I will give you the details of the hardware and it including: make use of AT89C51SND1C which provides the USB control and the MPEG2 decoding, the memory partially (K9F2808U0A) deposits the MP3 document with the 16M memory; The audio frequency transformation part is pasts the data turns into the so

6、und signal and the output audio frequency signal; The pre-amplification part is making the MIC signal enlargement, and transforms it the digital signal (the A/D transformation); The design uses through the USB connection carries on the serial communication; Using the 12232 LCD liquid crystal display

7、 monitor demonstration; the third chapter of the paper besides in detail introduces the MP3 hardware design, but also briefly has designed the correlation interface routine and the register technical detail, including USB document memory form, interface routine as well as register disposition and so

8、 onFinally the thesis is very useful to USB device beginners. These can help them rapidly grasp the main feathers and important place in hardware design.Key words: microcontroller USB interface driver MP3目 次摘 要IABSTRACTII1 引 言11.1 USB技术11.2 设计概述12 USB协议简介22.1 USB技术背景22.2 USB总线优势22.3 本章小结33 USB设备（MP3

9、）的硬件设计43.1 设计具体要求43.2 设计原理43.3 硬件电路设计43.2.1 微控制器53.2.2 电源及USB接口电路63.2.3 存储部分电路73.2.4 前置放大部分83.2.5 D/A转换部分93.2.6 按键部分和LCD显示103.2.7 系统整体原理图及PCB图113.2.8 系统调试143.3 本章小结144 软件驱动程序分析154.1 USB的通信过程154.2 寄存器的配置154.3 按键和显示接口184.4 本章小结195 文件存储格式分析205.1文件分配表205.2文件目录表205.3 本章小结226 结论23致 谢24参考文献25311 引 言1.1 USB

10、技术为了满足用户追求高速度和高通用性的需求，以Intel公司为首于1994年推出了USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）协议的第一个草案，用于低、中速的计算机外设。USB可把多达127个外设同时连到用户的系统上，所有的外设通过协议来共享USB的带宽，其12Mbps的带宽对于键盘，鼠标等低中速外设是完全足够的。在USB2.0中， USB支持的带宽已提升到480Mbps。USB允许外设在主机和其它外设工作时进行连接、配置、使用及移除，即所谓的即插即用。同时USB总线的应用可以清除PC上过多的I/O端口而以一个串行通道取代，使PC与外设之间的连接更容易。现在USB不仅是微机

11、主板上的标准端口，而且还成为了所有微机外设（包括键盘、鼠标、显示器、打印机等）与主机相连的标准协议之一。其主要的优点是速度高、功耗低、支持即插即用和维护方便1。1.2 设计概述（1）题目：基于51单片机的USB系统硬件设计（2）设计内容要求：该设计包括USB系统的软件和硬件设计及通讯协议的分析。我负责的是硬件设计部分。设计一个带USB接口的MP3，该MP3除能播放音频文件外，还具有录音、液晶显示等功能。硬件设计包括MP3的电路设计、显示和按键接口驱动程序以及文件的存储格式等。2 USB协议简介2.1 USB技术背景传统的计算机外部设备一般使用并口或串口与计算机相连。这两种端口已使用多年，物理层

12、的协议也已经相当成熟。但仍然无法满足目前计算机设备不断提高的速度和使用要求。但USB具有速度高、成本低、功耗低、支持即插即用和使用维护方便等优点。在协议成熟以后，迅速地占领了计算机低、中速外部设备的市场，大有取而代之之势2。2.2 USB总线优势USB总线的主要优势体现在以下几个方面：速度、总线拓扑体系、即插即用、低功耗、标准接口和外设。论文将从这五个方面简要介绍USB协议内容和特点：1) USB的速度在USB1.1规范版本中，USB支持两种总线数据传输率：一种是在全速模式下的12Mbps，另一种是低速模式下的1.5Mbps。引入低速模式主要是为了降低对速度要求不高的设备的成本，比如鼠标、键盘

13、等。在USB2.0版本中，USB支持了一种新的总线数据传输率；在高速模式下的480Mbps。这个速度较全速和低速设备而言是一个飞跃。2) USB的总线拓扑体系整个USB总线拓扑体系由三个元素组成：主机、集线器和设备。在目前的PC应用中，PC就是主机和根集线器，用户可以将外设或附加的与之相连，这些附加的Hub可以连接其他的外设以及下层Hub。在USB1.1规范版本中，USB在一个拓扑网络中支持最多4个Hub层以及127个外设4。3) USB的即插即用USB采用四线电缆来传输信号与电源。USB的结构使USB设备在插上时，首先接触的是信号线，然后才是电源线；而在向外拔时，由于电源线较短，所以首先被切

14、断，而后才是数据线。这对整个系统及USB设备都没有影响，所以可以热插拔。即插即用这一特点在使用上极其方便，这是USB最吸引用户的地方。4) USB的低功耗USB协议规定：如果总线供电设备在3ms内没有进行总线操作，则设备自动进入挂起状态。而挂起的设备从总线上吸收的电流必须小于500A。实际上协议规定的500A，包括了主机端15K的电缆终端匹配电阻的电流（通常为220A），所以对于使用总线电源的设备而言，进入挂起状态通常便意味着设备的总电流功耗不会超过280A，这个功耗值是很低的。5) USB的标准接口和外设USB协议体系中的外设都是非常标准的，从底层的物理和电气特性，到上层的软件协议、数据通讯

15、，都有明确的定义。USB将设备和主机都看作不同的对象，而这些对象又是由不同的模块和子模块组成的。就这样USB根据设备和主机各部分的功能和实现的不同，将整个USB系统划分成了很多的层次和模块2。2.3 本章小结本章简单介绍了USB的基本结构和原理，初步了解了USB接口。要深入学习还必须仔细阅读USB规范。这一规范从总体上描述了USB的结构和原理，而对于每一类USB设备（包括HID设备音频设备等等），还相应制定了描述这类设备的USB规范。3 USB设备（MP3）的硬件设计3.1 设计具体要求（1）、系统具有USB接口。（2）、存储容量为128M字节。（3）、音频D/A转换，输出音频模拟信号并可播放

16、音频文件。（4）、可显示文字、数字、简单图形等。（5）、四个按键分别控制播放、停止、前进和后退。（6）、具有录音功能。3.2 设计原理VCCD+D-GND图3-1 USB电缆内部结构Figure 3-1 USB Cable StructureUSB的工作原理：一根USB线由两条是数据线和两条电源线组成。向里看时，它们其中外侧的两条比较长，那是数据线；而里面两条相对短一些的为电源线。当把USB设备插上主机时，首先接触的是信号线，然后才是电源线。而向外拔时，则由于电源线较短，所以首先被切断，而后才是数据线。这样操作对整个系统及USB设备都没有影响，所以可以热插拔。一般的USB接口提供四个引脚与CP

17、U相连接3，其内部结构如图3-2所示：MP3的工作原理：该MP3首先将MP3歌曲文件通过USB接口从内存中取出并读取存储器上的信号到解码芯片对信号进行解码通过数模转换器将解出来的数字信号转换成模拟信号再把转换后的模拟音频放大经低通滤波后到耳机输出口，输出后就是可以听到音乐。3.3 硬件电路设计系统设计框图如图3-2：图3-2 系统框图Figure 3-2 System diagram系统设计方案：系统硬件的核心是微控制器AT89C51SND1C，整个系统是由AT89C51SND1C、K9F2808U0C(FLASH芯片)和音频转换（D/A）部分、USB串行通讯接口、外部控制、电源部分和前置放大

18、部分组成。 主控部分：因为AT89C51SND1C提供USB控制和集成MPEG2解码器，故选用它作为系统控制核心； 存储部分：作为MP3播放文件的存储器(K9F2808U0A)； 音频转换部分：将数据流转化成声音信号(UDA1330BTS)； 前置放大部分：将MIC的信号放大，并将其转化成数字信号（A/D转换）； 通讯系统：通过USB接口进行串口通讯；显示部分：采用12232的LCD液晶显示屏；电源部分：为MP3提供所需要的电能；同时辅助微控制器工作的还有一个晶体振荡电路。3.2.1 微控制器就MP3的控制来说，许多单片机都能胜任。但不同单片机具有不同的特点，比较之下，我选用ATMEL公司的A

19、T89C51单片机。因为AT89C51提供USB控制和集成MPEG2解码器，这就解决了接口控制和解码的难题。它为许多嵌入式控制系统提供了灵活、低成本的解决方案。这些特点是选用该芯片的主要原因。89C51的性能特点请参考芯片资料5。AT89C51SND1C单片机是ATMEL公司专门针对开发MP3而设计的，它的主要特点是内部集成了MPEG2解码器和USB通讯接口，内含64k的内部程序存储器，支持在系统编辑ISP功能，通过USB或者串行口对芯片进行编程操作，内部数据存储器为2056字节。它最高支持20MHz的工作频率，工作电压为3.3V，内部集成的MPEG-2解码功能支持48，44.1，32，24及

20、16HZ的采样序列，可直接与DAC音频转换芯片连接，支持USB1.1协议全速引擎，并提供相应的键盘中断、IDE/ATATPI/MMC及ISP接口。设计主要相关特殊功能寄存器有：MP3解码器的控制寄存器共有11个，其中包括MP3CLK(MP3时钟分频寄存器)、MP3CON（MP3控制寄存器）、MP3VOL(MP3左声道音量控制寄存器)、MP3BAS(MP3重低音控制寄存器)等；USB控制寄存器共有15个，其中包括：UEPINT(USB端点中断寄存器)、UEPREST(USB端点FIFO复位寄存器)、USBCON(USB控制寄存器)、UEPIEN(USB端点中断使能寄存器)等和音频接口控制寄存器包

21、括：AUDCON0（音频接口控制寄存器0）、AUDCON1（音频接口控制器1）、AUDSTA（音频接口状态寄存器）、AUDDAT（音频接口数据寄存器）和AUDCLK（音频时钟分频寄存器），详见第四章。其典型应用如图3-4所示5： 图3-4 典型应用Figure 3-4 Model application3.2.2 电源及USB接口电路其电路如图3-5所示：图3-5电源及USB接口电路Figure3-5 Power and USB interface circuitMP3属于高速信息传输数码产品，能否有一个良好的电源对MP3使用的稳定性来说至关重要，因此一般采用芯片降压的供电方案。如图3-5所示

22、，设计中选用的芯片为AS1117。它输入电压为4.7510V,最大输出电流为800mA，转换后输出电压为3.3V，是比较理想的USB电平转换芯片。为了方便我也可以在AS1117的3脚输出端接上电池提供电源。电路中C1起到滤波作用；R2是限流电阻用以保护LED；发光二极管LED监控电源电路是否正常。对USB接口来说，USB接口的实现则是通过51SND1自带的USB1.1协议通讯端口，它不需要使用USB接口转换芯片，设计中通过两个27欧姆的电阻后直接接入89C51SND的第21、22脚，这两个电阻的阻值是官方站对其所开发的芯片提供的，最好使用精度高的电阻。否则，会因为电阻分压不当而导致计算机无法识

23、别89C51SND1C芯片。另外需要注意的是D+与3.3V之间的电阻R1，阻值范围必须是1.5K5%。从而拉高USB的D+端口电位，以告知计算机有新的硬件接入，否则设备将无法被PC或HUB识别6。3.2.3 存储部分电路MP3是常用FLASH芯片存储，因其具有体积小、存储容量大且速度快、耗电少等特点。因此如图3-6所示7:图3-6存储电路Figure 3-6 Memory circuit本设计存储部分选用三星公司的K9F2808系列芯片。它拥有16M的存贮量。它的结构是由65536层组成，每层有528个字节即528个列。每一个存贮块由32层组成。一个528字节的数据寄存器连接到存储区域。它在数

24、据写入和数据读出的时候使数据在I/O缓冲区与存储区之间传递。读操作在层的基础上进行，擦写操作在块的基础上进行。K9F2808闪存共有2048个块，即有2048个擦写单元，每单元有16KB的存储量。K9F2808闪存采用8位I/O线复用方式；执行528个字节页的编程仅需200s；在一个16K字节的模块上完成擦除操作需要2ms，读出一页数据的时间是每字节50ns。它为固体大容量存储器提供了有效的解决方案。如果需要加大存储器的容量可以换用三星公司与此芯片同一系列的存储芯片（K9F1208YCB为64M、K9F1G08为128M），它们的引脚和工作方式完全相同，只是容量不同。3.2.4 前置放大部分其

25、电路如图3-7所示7图3-7前置放大电路Figure 3-7 Preamplifier circuitAT89C51SND1芯片提供了外部录音功能。在程序的支持下，通过外部设备MIC及其模数转换芯片向其送入音频信息，AT89C51SND1将其转化成WAV文件后保存在存储器中，通过MP3放音功能可将其音频信息读出。如图3-7所示，设计中实现MIC到CPU转换的是通过MAX4468(增益带宽涌流器)实现的,它的主要功能是将MIC的信号放大，并将其转化成数字信息，通过CPU将数字信息储存在存储器中，从而实现MP3的录音功能。由于话筒提供的信号只有几十毫瓦，故要加前置放大器MAX4468。其技术指标：

26、2.4V5V的电源供电，提供600KHZ的增益带宽，闲置状态电流为24uA。设计中放大电路的Au=45（设定），负载电阻为100K，Vout=Vcc/2=2.5V。MAX4468内部是由一级同相比例运算电路构成。则1+R21/R20=45，取R21=560K，R20=12K。电阻R18，R19为放大电路偏置电阻，取R18=R19=470K（典型参数为100K）。耦合电容C25与C29取100nF，C26取10nF，C27取220nF，以保证低频响应。其他元器件的参数选择为：C28=100pF，R16=R17=2.2K。3.2.5 D/A转换部分其电路如图3-8所示8图3-8 D/A转换电路Fi

27、gure 3-8 D/A Covert circuitAT89C51SND1支持PCM和I2S两种音频结构，音频数据流可以来自MP3解码的输出，也可以来自MCU直接的音频输出。根据设计要求选用UDA1330ATS来实现D/A转换输出音频信号给耳机。其技术指标：2.7V5.5的电源供电，支持1655KHZ的抽样频率，集成数字滤波提供DAC，支持I2S总线数据格式等。电路中整个音频部分和51内核是通过5个寄存器来进行数据和控制信息的交流。如图3-8所示，让音频数据的第一位送入D/A转换器UDA1330ATS的时候就会产生一个时钟信号。将MP3解码器中送出的数据送入MP3缓冲器，MP3的解码数据缓存

28、和解码器通过一个握手信号进行通讯，通过音频AUDCON1寄存器中的第六位（DERQEN）来决定是否需要数据。3.2.6 按键部分和LCD显示根据MP3的实际需要对按键和显示分别进行如下设计8： 1)、按键：外部中断按键采用简单的独立式键盘结构。四个按键分别控制播放、停止、前进和后退。每个按键的电路是独立的，占用一条数据线。当其中任意按键按下时，对应数据线的电平变为低电平，读入单片机就是逻辑0，表示键闭合；若无键闭合，则所有数据线的电平都是高电平。在此需要注意消除键抖动。上拉电阻采用典型参数，即R24=R25=R26=R27=5.1K。2)、显示：设计中的显示部分是选用内置SED1520驱动控制

29、器的12232点阵图形液晶显示模块。它具有低成本、低功耗、高集成化的特点。该显示模块内集成了两块SED1520，每块SED1520横向有61点、纵向有16点，所以两块横向有122点、纵向有32点。SED1520显示驱动控制器集成电路分别控制液晶显示器的左、右半屏点阵图形的显示，在该模块内有一个12232点阵图形液晶显示器和一个偏置（BIAS）电路。其工作原理是：偏置（BIAS）电路提供了模块内部显示用的驱动电压V1V5，它通过把用户提供给该模块的工作电源电压转换为5路液晶显示驱动电压，在外接微处理器的支持下，通过模块内两个SED1520集成电路的驱动与控制功能，实现用户利用微处理器下达的显示指

30、令和相应操作的功能，在12232点阵图形液晶显示器上显示出需要显示的内容。微处理器通过对并行接口输出状态的编程操作，完成对液晶显示模块所需时序的操作和数据的传输。在电路中模块的数据总线接到89C51的P4口，控制信号A0接至INT0，CSS1接至WR，CSS2接至RD，第9脚接至T1，使能信号端（E）接至T0，CL接至INT1。这是间接控制方式，电路中电位器R28=10K（确定调节范围，为典型参数）用于调节显示对比度。3.2.7 系统整体原理图及PCB图系统整体原理图如图3-10所示10。设计中应特别注意直流电源和数字电源的区别：在电路中有DVDD（数字电源）和AVDD（模拟电源）两种电源，这

31、是为了让芯片工作于一个稳定的环境里，而为其设计的专用电源DVDD。原则上，数字电源与模拟电源没有什么大的区别，但模拟电源工作的环境中，可能会出现大的压降或其他影响整个电源的情况。为保证系统的稳定性，通常在设计时，将数字电源和模拟电源分开接，最后用一跳线（LC电路）将两个电源接在一起，这样可以避免模拟电源对数字电源的影响，以保证系统的稳定性。在设计印制电路板时主要考虑的是减小信号之间的交叉干扰、电源干扰，降低噪声对电路的影响，提高整个系统的可靠性。设计的电路板上，主要是晶体振荡电路对噪声比较敏感，因此在设计这部分电路时，特别注意使晶振、电阻、电容等相关器件与微控制器尽可能靠近，在布线时使这部分电

32、路的信号线不能其他任何信号线交叉。此外还采用了一些常规的降低噪声和干扰影响的手段，包括尽量增加地线和电源线的宽度（40mil），使用去耦电容以及尽量减小元器件引脚长度等。图3-11 PCB图图3-10 整体原理图3.2.8 系统调试调试步骤：首先是电源部分的调试，用一个万用表测输出电压值VCC（3.3V），正常范围是3.253.35V，如果再偏低或者偏高，则要进一步查找问题，看是否输入电压纹波很大，换一个纹波较小的电源，（冗余设计中，AS1117电压调节器的输入电压要求是比较准确的5V，不然偏差较大）然后是核心CPU（AT89C51SND1）的焊接和调试。要注意是在焊VCC和VSS的时候不要有

33、短路。CPU焊接完成后，上电检测工作电压在3.3V左右就可以进行下一步的调试，即接上晶振和两个偏置电容、复位电容。上电后，先检查晶振是否起振，用示波器测晶振引脚的波形是标准的振荡波形就正确。再测其中任一脚的电压，只要能稳定在1.5V左右就表示起振。如果电源没起振，就要检查CPU的X1，X2引脚是否脱焊和偏置电容是否正确（一般10pf30pf）。接下来就是检查复位，由于芯片内部含下拉复位电阻，所以只需外接一个极性电容即可，经过调试，其容值可取2.2uF22uF,只要充电时间不要慢到CPU不能正常工作就可以。用万用表在一上电瞬间用表笔测RST1引脚的电压，其真实复位过程是复位电压从3V到0V线性下

34、降，由于万用表采集速率的问题。往往只能从1.5V左右开始采集，故测量得到的12V的复位电压都是正常的。最后是USB部分的调试检查USB设备能否被PC识别。我在设计中严格按照USB的规定推荐值，所以不存在大问题。主要是USB的软件驱动程序的调试，这部分由软件部分完成。其他部分由于篇幅所限不再详述。3.3 本章小结设计中系统的介绍了关于ATMEL公司生产的89C51SND1芯片开发MP3功能的方法。但对于89C51SND1来说，实现MP3只是它强大功能的一部分。本章还具体介绍设计的其它单元电路，并在最后给出了系统的具体调试过程。4 软件驱动程序分析我在这部分的任务是分析USB通讯过程和寄存器配置、

35、重点解决按键和显示部分的接口子程序，以备软件部分调用。4.1 USB的通信过程由于设计中USB是当作存储设备用，故USB的通信采用控制传输；总线访问方式。控制传输用于支持介于主机与装置之间的配置、命令或状态的通讯。可分为23个阶段：设定阶段、数据阶段以及状态阶段。在数据阶段中，数据传输是以设定阶段中所拟定的方向作数据传输，而在状态阶段中，装置将传回交互握手信息给主机。每一个USB装置需要将端点0作为控制传输的端点，每当装置第一次连接到主机时，控制传输就可用来交换信息，设定装置的地址或是读取装置的描述原语要求。控制传输只能通过消息管道来实现，所以传输前必须对传输的数据进行分组。建立分组具有一个U

36、SB确立的结构，包括了实现主机和一个设备之间通信所需的最小指令集。USB规定，对全速率设备而言所允许的最大控制数据负载仅可以是8、16、32或64字节，而低速设备则限制为8个字节。每次总线操作，接收者将发送者的序列位(被译码成数据包PID的一位，即Data0或Data1)与本身的相比较。如果数据不能接收，则必须发送NAK。如果数据可以被接收，并且两者的序列位匹配，则该数据被接收并且发送ACK，同时，接收者的序列位被触发。如果数据可以被接收，但两者的序列位不匹配，则接收者只发出ACK而不进行其它操作。对于发送者来说，在接收到NAK时或在规定时间内没有接收到ACK，则将上一次的数据重发4。4.2

37、寄存器的配置本节将重点设计涉及USB接口的寄存器，另外还将设计与MP3解码有关的寄存器。由于篇幅所限将不对每个寄存器设置7。所涉及的主要控制寄存器及配置如下。1)、锁相环和系统时钟控制寄存器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0WDX2T1X2T0X2X2根据资料查知AT89C51SND1C的该类寄存器包括4个：.CKCON(时钟控制寄存器)其寄存器地址为08FH。其格式如下：设计中CKCON命令字为0x01，作用是设置时钟工作方式。D7为保留位，由于这些位读到的信号是不确定的，所以置0；D6是监视器(看门狗)时钟控制位置0。D5D3位为保留位置0；D2是计时器1时钟控制位，设计采用外

38、部的时钟信号作为计时器1的输入此位置0。D1是计时器0时钟控制位，外部的时钟信号作为计时器0的输入此位置0。D0是系统时钟控制位，设计选择每个机器周期为6个时钟片段(X2模式)则置1。.PLLCON(锁相环控制寄存器)寄存器地址为E9H，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0R1R0PLLRESPLLENPLOCK设计中PLLCON命令字为0XC8，功能是使PLL复位。D7-D6是系统时钟因子R的最低两位置为1。D5-D4是保留位置0；D3是PLL复位置1，D2是保留位置0。D1是PLL使能位，置0不允许PLL使能。D0是PLL锁定控制位置0，PLL没有锁定时使硬件清0。.

39、PLLRDIV(分频因子R寄存器)的命令字为0x02和PLLNDIV(分频因子N寄存器) 的命令字为0x00，这两个寄存器的作用是确定PLL的时钟信号。具体设置见参考文献7。2)、USB控制寄存器USBCON(USB控制寄存器)寄存器地址为BCH，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0USBESUSPCLKSDRMWUPUPRSMRMWUPECONFGFADDEN 设计中USBCON命令字为0X80，其功能是设置USB的工作方式。D7是USB使能位置1，使能USB控制器。D6是USB时钟挂起位，置0使能对应的输入。D5是发送远程唤醒位。D4保留置0。D3是上行数据流继续标志

40、位，只读。当SDRMWUP位被置位，而且RMWUPE位使能后，硬件置此位。上行数据流发送结束后，硬件清除此位。D2是远程唤醒使能位。置位后，使能发送向主机的上行数据流请求。D1是配置位，在接到一个非0值的SETCONFIGURATION的请求后，此位应被系统固件置位。当接收到0值的配置请求或当系统硬件复位或在总线上监测到USB复位时，此位清0。D0是功能地址使能位，当系统硬件复位或在总线上接收到USB复位时，此位置0。USBADDR(USB地址寄存器)的地址为0C6H，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0FEN UADD6 UADD5UADD4UADD3UADD2UADD

41、1 UADD0 设计中USBADDR命令字为0X80，其功能是设置USB的地址。D7功能使能位，置1使此寄存器功能使能。当接收到一个USB复位并且进行后面的设备配置时，设备固件应把此位置1。D6-D0是USB地址位。这里存储主机为连接的USB设备配置的地址。由于每一个刚插入的USB设备的默认地址为0，并通过这个地址与主机通信，实现配置过程，所以主机最多可连接127个USB设备。USBIEN是中断使能位，其命令字为0x00，作用是不允许USB中断；USBCLK是USB的时钟寄存器，其命令字为0x03，作用是提供USB时钟信号；UEPCONX是端点X控制寄存器，其命令字为0x80，功能是设置对应端

42、点的传输类型；UEPRST是端点FIFO复位寄存器，其命令字是0x07，作用是使端点FIFO复位。3)、MP3解码寄存器MP3CON（MP3控制寄存器）地址为AAH，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0MPENMPBBSTCRCENMSKANCMSKREQMSKLAYMSKSYNMSKCRC 设计中MP3CON命令字为0X3F，其功能是设置MP3解码器的工作方式。D7是MP3解码使能位。D6是重低音触发位，使该位置1表示其具有触发声音效果。D5是CRC校验使能位，将该位置1处理包含CRC错误的帧。D4是MPANC屏蔽标志位，将其置1不允许MPANC产生MP3中断。D3是M

43、PREQ屏蔽标志位，将其置1不允许MPREQ产生MP3中断。D2是ERRLAY屏蔽标志位，将其置1不允许ERRLAY产生MP3中断。D1是ERRSYN屏蔽标志位，将其置0允许ERRSYN产生MP3中断。D0是ERRCRC屏蔽标志位，将其置0允许ERRCRC产生MP3中断。MP3CLK(MP3时钟分频寄存器)其寄存器地址为EBH。D7D5位为保留位置0；D4D0是MP3解码时钟分频位，其命令字为0X07，功能是提供MP3时钟信号。4)、音频接口寄存器共有5个功能寄存器分别是：音频接口控制寄存器AUDCON0、音频接口控制器AUDCON1、音频接口状态寄存器AUDSTA、音频接口数据寄存器AUDD

44、AT和音频时钟分频寄存器AUDCLK。 5)、设计中寄存器的具体配置如下：void PLL_initial(void) /PLL初始化PLLRDIV=0x02； /使用16M晶振，产生192M频率PLLNDIV=0x00；PLLCON=0xC8； /复位PLLCKCON=0x01；while(!PLOCK)； /等待PLL锁定void USB_initial(void)UEPNUM=0x00； /端点使能USBCON=0x80；USBIEN=0x00； /不允许USB中断USBCLK=0x03；UEPCONX=0x80；UEPRST=0x07； /端点FIFO复位USBADDR=0x80； /

45、设置地址0void MP3_decoder_initial(void) /MP3解码器初始化MP3CON=0x3F；MP3CLK=0x07； /MP3解码时钟为32MHzMP3_decoder_disen()； /使MP3解码器停止并等待void DAC_initial(void) /DAC初始化AUDCON0=0x72； / 256FsAUDCON1=0x00；4.3 按键和显示接口1)按键：设S1闭合将20H单元的内容加1，S2闭合将20H单元内容减1，S3闭合将21H单元清0，S4闭合将21H单元置FFH，如果同时有两个以上的按键闭合，将不做任何操作。程序流程图如图4-1所示，按键程序清

46、单见附录2。2)显示：要在液晶显示屏上显示出汉字，可以按照4-2所示的流程来设计12232点阵液晶显示模块显示汉字的软件，更改数据RAM中要显示的数据后，就可以改变所要显示的内容。显示程序清单见附录3。开始设置复位功能码0E2H 置P1口为输入方式设置显示开关编码0AFH有键闭合？ N 延时10ms消除抖动设置页地址（X=0）编码=0B8H 有键闭合？设置列地址（Y=0）编码=00HHS1键闭合？ N 20H单元加1 写显示数据数据=XXH 20H单元减1S2键闭合？ Y改变页码？20H单元清0S3键闭合？合？ Y N 设置页地址X=X+1 Y 20H单元置0FFHS4键闭合？ Y 图 4-1

47、按键流程图 图4-2显示流程图Figure 4-1 Key flow Figure 4-2 Display flow4.4 本章小结在本章中首先对USB的通信过程进行了简要的分析，然后详细介绍并设计与MP3相关的寄存器：锁相时钟寄存器、USB控制寄存器和MP3解码寄存器。最后是设计显示和按键接口程序并给出了流程图。5 文件存储格式分析5.1文件分配表在FAT文件系统中，文件的存储依照FAT表制定的簇链式数据结构来进行。同时，FAT文件系统将组织数据时使用的目录也抽象为文件，以简化对数据的管理。FAT表实际上是一个数据表，以2个字节为单位，这个单位称为FAT记录项，通常情况其第1、2个记录项(前

48、4个字节)用作介质描述。从第三个记录项开始记录除根目录外的其他文件及文件夹的簇链情况。根据簇的表现情况FAT用相应的取值来描述。每个簇用一个字表示16位，可寻址65535簇。XX ,ff, ff, ff , yy , yy ,yy , yy , yy , yy , yy , yy ， ，yy , yy , yy , yy磁盘类型 簇项 2 簇项 3 簇项 N簇项含义如图5-1所示6：FAT16记录项的取值含义（16进制）FAT16记录项的取值对应簇的表现情况0000未分配的簇0002FFEF已分配的簇FFF0FFF6系统保留FFF7坏簇FFF8FFFF文件结束簇图5-1簇项含义一个文件它存放的

49、第一个簇，由文件目录表的文件目录项给出，而此后的存放簇则由FAT给出。数据取得第一个扇区组（簇）对应的簇号为2，其后的簇号为3，以此类推一直往下排列，例如：第4簇中存放的数据是0x0006，这又是一个文件或文件夹的首簇。其内容为第6簇，就是说接下来的簇位于第6簇，FAT表指引我们到达FAT表的第 6簇指向，上面写的数据是0x0007，就是说接下来的簇位于第7簇，FAT表指引我们到达FAT表的第7簇指向 直到根据FAT链读取到扇区相对偏移0x1A0x1B，也就是第13簇，上面写的数据是0x000E，也就是指向第14簇，14簇的内容为FFFF ，意即此文件已至尾簇。这是其结束标记，而不是下一个簇号

50、。5.2文件目录表文件目录表是紧跟在FAT2（文件备份）后面的。它存放的是文件的基本信息，包括文件名、属性、建立时间，在磁盘中存放的首簇号等。每个文件的目录信息占用32个字节。不管目录文件所占空间为多少簇，一簇为多少字节。系统都会以32个字节为单位进行目录文件所占簇的分配。这32个字节以确定的偏移来定义本目录下的一个文件或文件夹的属性，实际上是一个简单的二维表。 这32个字节的各字节偏移定义如图5-2所示6：FAT16目录项32个字母的表示定义字节偏移（16进制）字节数定义0x00x78文件名0x80xA3扩展名0xB1属性字节00000000（读写）00000001（只读）00000010（

51、隐藏）00000100（系统）00001000（卷标）00010000（子目录）00100000（归档）0xC0x1510系统保留0x160x172文件的最近修改时间0x180x192文件的最近修改日期0x1A0x1B2表示文件的首簇号0x1C0x1F4表示文件的长度图5-2目录项定义Figure 5-2 Catalogue define(1)对于短文件名，系统将文件名分成两部分进行存储，即主文件名+扩展名。0x00x7字节记录文件的主文件名，0x80xA 记录文件的扩展名，取文件名中的ASCII码值。不记录主文件名与扩展名之间的.主文件名不足8个字符以空白符(20H)填充，扩展名不足3个字符

52、同样以空白符(20H)填充。0x0偏移处的取值若为00H，表明目录项为空；若为E5H，表明目录项曾被使用，但对应的文件或文件夹已被删除。(这也是误删除后恢复的理论依据 ) 。文件名中的第一个字符若为“.”或“.”表示这个簇记录的是一个子目录的目录项。“.”代表当前目录；“.”代表上级目录(这和dos或windows中的使用意思是一样的，如果磁盘数据被破坏，就可以通过这两个目录项的具体参数推算磁盘的数据区的起始位置，猜测簇的大小等，故比较重要的)。 (2)0xB的属性字段：可以看作系统将0xB的一个字节分成8位，用其中的一位代表某种属性的有或无。这样，一个字节中的8位每位取不同的值就能反映各个属

53、性的不同取值了。例如 00000101就表示这是个文件，属性是只读、系统。 (3)0xC0x15在原FAT16的定义中是保留未用的。在高版本的WINDOWS系统中有时也用它来记录修改时间和最近访问时间。其字段的意义和FAT32的定义是相同的。(4)0x160x17中的时间=小时*2048+分钟*32+秒/2。得出的结果换算成16进制填入即可。也就是：0x16字节的04位是以2秒为单位的量值；0x16字节的57位和0x17字节的02位是分钟；0x17字节的37位是小时。(5)0x180x19中的日期=(年份-1980)*512+月份*32+日。得出的结果换算成16进制填入即可。也就是：0x18字

54、节04位是日期数；0x18字节57位和0x19字节0位是月份；0x19字节的17位为年号。(6)0x1A0x1B存放文件或目录的表示文件的首簇号，系统根据掌握的首簇号在FAT表中找到入口，然后再跟踪簇链直至簇尾，同时用0x1C0x1F处字节判定有效性。就可以完全无误的读取文件目录了。 (7)0X1C0X1F：文件实际长度的字节数，用二进制表示，低位在前，高位在后。FAT16依据文件名对目录项的定义，加上对簇的编号和链接，就可以达到完全的文件读取了。5.3 本章小结在该章中首先分析了在FAT文件系统中文件的分配结构，即文件分配表。接着分析文件的具体存储格式，并对每个目录项进行了解释。6 结论在本

55、次设计中，以ATMEL公司的8位单片机AT89C51为核心，所设计的系统包括Flash存储器、USB接口、LCD显示、前置放大、D/A转换等可以满足USB设备应用的硬件要求。由于使用了89C51单片机控制，简化了MP3的硬件结构。其性能好、操作简便、减少了功耗、存储容量可扩展等，适应当前MP3的发展趋势。该系统由于各方面的原因，只是做出了硬件电路，在理论上可行。但还存在功能比较单一、容量明显不够及成本较高等缺点。另外系统的调试及接口驱动的设计有待进一步的提高与完善。如果能提高其容量、增加实现录音、FM收音及播放多种格式的文件等，将更加完美。致 谢非常庆幸自己能够系统地学习电子、通信技术以及计算

56、机网络方面的知识。除了自己的努力外，自己在学业和思想上的点滴进步更多地受益于老师和学长的热情帮助。在此，我首先要感谢我的导师。他处处替学生着想，耐心指导和引领我进行设计分析； 从论文选题、内容组织、电路制作等方面,花费了大量的时间和精力,这令我深为感动，在此表示衷心的感谢！参考文献1 USB Class Definition for Communications Devices, Version0.9.Z2 USB官方网：http:/www.usb.org/developers Z.3 张念淮，江浩.USB总线接口开发指南M.北京：国防工业出版社，20014 周立功等.PDIUSB12USB固

57、件编程与驱动开发M.北京：北京航空航天大学出版社，20025 Atmel Corporation.AT89C51 8bit Microcontroller Z，1997.126 许雷，张群瞻. 单片机原理与应用M.北京：冶金工业出版社，20037 Atmel Corporation.AT89C51 Microcontroller Z 1997.12 ：62108.8 汪德彪，郭杰等.MCS-51单片机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社,2003 9 李宏，张家田.液晶显示器件应用技术M.北京：机械工业出版社，200410 博创科技,MP3播放器与U盘设计M. 北京清华大学出版社.20041

58、1 电子资料库： Z 附录1、按键子程序程序清单如下： ORG 0030HKB：MOV P1，#0FFH ；置P1口为输入口 MOV A，P1 ；读键状态CPL AANL A，#0FH ；屏蔽高四位JZ KB ；无键闭合则返回LCALL D10ms ；延时去抖动MOV A，P1 ；再读键状态CPL AANL A，#0FHJZ KB ；无键闭合则返回CJNE A，#01H，KB1INC 20H ；S1键闭合，20H单元加1 SJMP KBKB1：CJNE A，#02H，KB2DEC 20H ；S2键闭合，20H单元减1SJMP KBKB2：CJNE A，#04H，KB3MOV 21H，#00H ；S3键闭合，21H单元清0SJMP KBKB3：CJNE A，#08H，KB MOV 21H，#0FFH ；S4键闭合，21H单元置0FFHSJMP KB ；若有两键以上闭合则返回ENDD10ms：MOV R7，#14H ；10ms延时子程序DLY：MOV R6，#0F8H DLY1：DJNZ R6，DLY1 DJNZ R7，DLYRET2、显示子程序： #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define a0 p32#define c1 p33#define e p34#define r_w p35u