目前U盤以其體積小、易攜帶,、容量大,、使用方便等特點成為最常用的移動存儲設備之一。但是一直以來人們對U盤的使用僅限于U盤與計算機之間的通訊,。如果要實現(xiàn)多個U盤的內容相互轉儲必須通過計算機問接完成,，比較麻煩，且無法滿足人們出門在外需要隨時隨地轉儲數(shù)據(jù)的要求,。本文針對這一需求,，設計了一款以C8051FD40單片機為核心的U盤轉儲器，實現(xiàn)不通過計算機直接完成兩個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,。
1 系統(tǒng)硬件設計
1.1 系統(tǒng)總體結構與工作原理
系統(tǒng)由電源模塊,、USB接口轉儲模塊,、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CH375 U盤模塊，通過在單片機內部開辟一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，直接調用子程序庫,，負責將一個U盤中選中的文件數(shù)據(jù)傳送到另一個U盤中。液晶和外部鍵盤實現(xiàn)人機接口,，通過鍵盤的上翻,、下翻、選擇,、復制等按鍵,，選中要轉存的文件，并在液晶模塊中顯示文件名,、文件大小等相關信息,。人機交互界面友好、操作簡便,。
圖1 系統(tǒng)結構框圖
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,，工作時指示燈被點亮。模塊使用USB主從機控制器CH375B,，采用并行方式驅動,，可以實現(xiàn)U盤的讀寫。共需要13根信號線（5根控制線8根數(shù)據(jù)線）,。
通過該模塊提供的znFAT,，一種單片機上的FAT32文件系統(tǒng)解決方案，能夠輕松地實現(xiàn)U盤上的各種文件級的應用,。主要包括文件扇區(qū)的定位,、文件打開、信息修改,、文件關閉,、文件刪除、文件讀,、文件寫,、磁盤信息查詢等一些對文件的基本操作。該模塊具有體積小,，價格較低,，使用方便的特點。通過該模塊很容易通過單片機實現(xiàn)對兩個U盤中的相關文件的轉移,。
CH375 U盤讀寫模塊與C8051F040單片機的連接如圖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進行通信,。DO～D7為CH375 U盤模塊與單片機的并行通信數(shù)據(jù)線,，單片機通過AO、RD,、WR控制信號控制CH375U盤模塊,。D+、D-為CH375 U盤模塊與 USB存儲設備的串行接口,。通過CH375 U盤模塊可以很容易地實現(xiàn)單片機與USB存儲設備直接的數(shù)據(jù)轉儲,。
圖2 CH375 U盤讀寫模塊與C8051F040單片機的連接
1. 3 液晶顯示模塊
本系統(tǒng)使用122x32點陣的MGLS12232液晶顯示模塊，模塊內置兩塊2.560位的RAM和兩片SED1520控制器,，分別由E1,、E2兩個選通信號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器或I／O設備直接掛接在單片機總線上。該模塊體積小,、價格較低且通過該液晶模塊能夠滿足對一般文件夾名,、文件名和文件信息的顯示。
1.4 鍵盤模塊
鍵盤模塊是3x3矩陣式鍵盤結構,，采用Button按鍵,，分別定義了上電、復位,、上翻,、下翻、選擇,、復制,、粘貼等按鍵，以最少的按鍵實現(xiàn)文件轉儲的各種操作,。
1.5 C8051F040單片機控制模塊
C8051F040單片機控制模塊是本系統(tǒng)的核心控制模塊,。該單片機具有豐富的片內資源和強大的控制功能：與8051完全兼容，最大系統(tǒng)時鐘頻率為24 MHz,，70％指令的執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期,。豐富的中斷源，擴展的中斷系統(tǒng)向CIP-51提供20個中斷源,，一個中斷驅動的系統(tǒng)需要較少的MCU干預,，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,。通用串行總線（USB）功能控制器,，有8個靈活的端點管道,，集成收發(fā)器和1K FIFO RAM,；片內存儲較大，CIP-51的SFR地址空間可包含多達256個SFR頁,，通過SFR分頁,，CIP-51MCU可以控制大量用于控制和配置片內外設所需的SFR。串口資源豐富,，具有兩個增強型全雙工UART,、一個增強型SPI總線和SMBus／I2C。每種串行總線都完全用硬件實現(xiàn),，都能向CIP-51產(chǎn)生中斷,，因此需要很少的CPU干預。這些串總線不“共享”定時器,、中斷或端口I／O等資源,，可以使用任何一個或同時使用多個,。
該模塊的功能是：通過在單片機內部開辟一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)緩存兩個U盤之間要轉移的文件數(shù)據(jù)，并通過兩個CH375 U盤模塊控制U盤文件的打開,、讀取,、寫入和關閉，實現(xiàn)文件數(shù)據(jù)的轉移工作,。該控制單元還可以將外圍鍵盤發(fā)來的中斷信息進行處理,，以實現(xiàn)文件的選擇等對單片機的控制。通過控制一個MGLS12232液晶顯示模塊來顯示一些相關的文件信息,。
2 系統(tǒng)軟件設計
2.1 外設控制方式
本系統(tǒng)采用CH375 U盤模塊,，該模塊附帶znFAT，單片機上的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，通過單片機主程序調用比較容易實現(xiàn)文件名,、文件信息的液晶顯示,，以及文件的選擇與轉移操作。
由于C8051F040單片機的中斷資源豐富,，并且中斷具有以下優(yōu)點：
1）分時操作,。CPU可以分時為多個I／O設備服務，提高了計算機的利用率,。
2）實時響應,。CPU能夠及時處理應用系統(tǒng)的隨機事件，系統(tǒng)的實時性大大增強,。
3）可靠性高,。CPU具有處理設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)的所有外設鍵盤均采用中斷控制方式，文件轉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 文件轉儲方案
首先在C8051F040單片機內部開辟一個緩沖區(qū)，當需要轉存文件時,，首先選中一個U盤中的文件,，當單擊復制及粘貼按鍵后，會通過中斷自動調用相關的程序,，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)存儲到另一個U盤相應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C8051F040單片機內部開辟的緩沖區(qū)進行初始化，并使液晶屏顯示初始界面,，之后進入等待U盤插入的狀態(tài),，當?shù)却欢螘r間后，若沒用U盤插入,，則顯示“請插入U盤”的提示信息,。當U盤個數(shù)為一個或兩個時，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單片機等待鍵盤操作,，根據(jù)鍵盤輸入的編碼調用相應的中斷程序,，處理完后，繼續(xù)等待鍵盤的中斷信號,。
圖3 系統(tǒng)總流程圖
3 聯(lián)機調試
在USB轉儲器的兩個USB接口分別接甲,、乙兩個U盤，液晶顯示屏能夠顯示甲U盤里的文件,，通過手動操作轉儲器上的鍵盤按鈕可以選擇甲U盤里的文件,，并可將其轉移到乙U盤里。在這次USB轉儲器的制作過程中比較難的是對設備端的程序進行調試,。由于USB協(xié)議有嚴格要求,，這就使程序必須在有效的時間內對某些請求或者狀態(tài)進行，否則USB將無法正常工作,。因此在調試過程中,，較多的借助串口輸出程序輸出的一些信息來輔助調試，定位問題所在,。
調試工作主要分為兩步,，首先是要能顯示U盤里面的文件，借助PC調試軟件（從網(wǎng)上下載的Bus Hound）將設備端的USB協(xié)議調通,，然后加上U盤寫入U盤顯示程序,，在液晶屏里可以看到U盤里的文件名；第二步是轉儲,，在單片機里寫入轉儲程序進行調試。通過鍵盤按鈕選擇可以實現(xiàn)轉儲文件,。
4 結束語
目前市場上雖有單片機讀寫U盤的功能模塊,，但只能夠實現(xiàn)簡單的讀功能，還不能夠實現(xiàn)兩個U盤之間的直接相互傳輸和顯示,。本文設計的U盤轉儲器經(jīng)實驗表明具有很強的實用性和可操作性,，人們可以在戶外不借助計算機很方便地完成一個U盤到另外一個U盤的文件轉儲,。由于采用USB接口傳輸速度非常快,，完全能夠滿足普通用戶的需要,。系統(tǒng)采用STM封裝，具有外形小巧,、方便佩戴等優(yōu)點,，是一款廉價實用的電子產(chǎn)品。本系統(tǒng)目前的不足是能管理的USB存儲設備只有兩個,，這是本系統(tǒng)將來需要進一步完善的地方,。