AT89C51单片机开基础上支持MP3播放Flash芯片测试开发板

第一章 绪论1.1 引言随着计算机科学和半导体技术的革命性发展，嵌入式系统已经成为一门十分热门的学科，嵌入式系统以及广泛地渗透到军事科技、科学研究、工程设计、商业文化产品和各类日常生活用品中。如今在国内外的通信、消费类产品等领域，嵌入式的发展突飞猛进。嵌入式系统几乎是无处不在，相关产品小到家电、手机、智能终端、网络设备，大到通讯、汽车、公共交通、工业自动化、医疗仪器等系统设备大量涌现市场，进入普通家庭，成为大众生活中不可或缺的一部分。在 PC 市场开始疲软的今天，嵌入式系统市场却依然保持着迅猛的势头。有数据统计，在发达国家中，平均每个家庭的各种电器设备包含近 200 个大大小小的嵌入式处理器，而平均每部汽车中拥有 35 个嵌入式芯片。根据国际数据公司（IDC）的数据统计，在刚刚过去的2021 年，由嵌入式系统带来的相关工业产值已超过万亿美元，相比 2021 年同期有大约 30%的增长，而且这一增长势头还将继续延续下去，嵌入式系统以及成为 IT 产业的一个较强的增长点。尤其是近年来，iPhone、电纸书、数码相框、云计算、瘦终端等一系列革命性产品和概念的提出，更加促进了嵌入式系统及相关领域的快速发展。嵌入式系统在现代生活中已经是随处可见，在今后的日子中，信息化、智能化、网络化将会随着嵌入式系统的发展而加快步伐，同时又反作用于嵌入式系统的发展，提供给嵌入式系统技术更为广阔的发展空间。............1.2 嵌入式系统概况.1.2.1 嵌入式系统的历史发展嵌入式系统是 控制、监视或者辅助机器和设备运行的装置 ，是软、硬件结合，涵盖附属装置，以应用为中心、软硬件可裁减的、能适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性要求的专用计算机系统中。嵌入式系统是面向应用的，就必须与具体应用相结合才能发挥优势；是面向产品的，就需要结合市场发展和成本考虑；是面向用户的，就应该允许进行合理的合理裁剪利用。嵌入式系统从用户的具体应用需求出发，结合计算机技术、网络技术、半导体技术、电子科学技术等诸多学科的相关技术，以软硬件结合等方式而生的产物。嵌入式系统的设计与开发需要较高的技术，较多元的学科知识，有时资金也需要较为集中，但应用范围十分之广，由创新带来的发展之日益明显。嵌入式的设计从实际应用出发变得尤为重要，根据应用需求设计软硬件的架构以及具体实施方案，在满足功能的条件下优化性能，降低成本和开发周期，加大系统可靠性和可扩展性，在成为产品面向消费者的时候还需考虑外观、用户体验等方面[1]。所以，如今在嵌入式系统的开发中，倾向于开发较为通用软硬件，有较多的扩扎能力或有网络化模块，以此为基础开发具体的系统一来减少重复开发的周期和成本，二来在统一的标准和协议下方便用户使用和监管部门的管理，是目前一个较为提倡的发展模式。.............第二章 嵌入式存储系统与 NOR Flash 概述2.1 嵌入式存储器概述...............2.2 常见的嵌入式系统存储设备除了以上的分类方法外，还可以根据存储器数据掉电后，是否丢失数据分为易失性存储器（Volatile memory）和非易失性存储器(Non-volatile memory)。2.2.1 嵌入式易失性存储器目前比较常见的易失性存储器是 RAM(RandomAccess Memory)随机存取存储器，分为以下两种类型：1.DRAM（Dynamic Random Access Memory）动态随机存取存储器：其原理是利用电容内存储电荷的多少来表示一个二进制位（bit）是 0 还是1，但是由于在实际应用中会有电容漏电的现象，从而导致电位差缺失使数据丢失，因此必须在较短的周期内给电容充电，否则所存储的数据无法在长时间内保存下来。因为这种需要定时刷新电容电荷的特性，这种存储器被称为 动态 存储器。2.SRAM（Static Random Access Memory）静态随机存取存储器：这里的 静态 是相对DRAM 的 动态 来说的，指只要持续通电，里面储存的数据就可以长期保持，无需定期刷新电容里的电荷。.............2.3 NOR Flash 工作原理概述Flash 有读写擦三种操作，其中写(Program)和擦除(Erase)是实现电子注入浮栅和将电子从浮栅上去除。而 Flash 的读(Read)操作是正确的将浮栅上的电子数转换成最终数据。2.3.1 NOR Flash 的写对于 NOR Flash 来说，写操作采用热电子注入的方式，如图 2.3 所示，加在 Drain 上的电压加速电子向 Drain 方向运动，成为热电子，而 Gate 上的电压帮助热电子穿过浮栅下的绝缘层(Tunneling Oxide，简称 Tox)，进入浮栅。当电压降低后，浮栅的中的电子由于四周都是绝缘层，则无法跑出浮栅。那么 Flash Cell 的 Vt 也就随之改变了。...........第三章 平台硬件设计....................................173.1 平台硬件电路设计 .................... 173.2 PCB 设计 ............ 243.3 开关和按键功能介绍 ......................... 293.4 小结 .............. 30第四章 开发板软件概述......................................314.1 软件方案概述......................................... 314.2 主控程序...................................... 324.3UART 通讯相关代码简介 ...................................... 344.4 Flash 操作程序简介........................................ 354.5 USB 配置代码简介 ................................. 374.6MP3 相关代码简介 ...................................... 394.7开发工具............................... 414.8小结 ........................43第五章 开发板调试与芯片测试5.1 开发板调试5.1.1 硬件调试硬件调试是在脱机现实下进行的，分为静态调试和动态调试。一、静态调试按照电原理图将硬件部分焊接与 PCB 板上，进行通电前检查。首先检查各器件的管脚焊接位置是否与 PCB 定义吻合，以及型号、数量有无错误；然后需要检查电源的正负极是否连接正确，然后检查各个设备的管脚是否存在短路、断路、错接等现象。接着使用万用表检查导线连接状况，检查每一条导线电阻阻值是否几乎为零，发现问题及时排除，如无问题则可以上电检查。上电检查瞬间需要重点观察各器件有无冒烟、燃烧、异味、炸裂、过热、变黑等异常现象，如有异常立即切断电源并重复通电前检查，如果没有异常可以用万用表仔细检查电路中与电源电压是否与设计相符，相连的各个器件引脚上电情况是否符合预期，有无虚焊或短接的情况。.............第六章 总结与展望6.1 总结经过一年多时间的课题研究和相关项目经验的积累，完成了嵌入式系统开发板的设计和调试，对项目流片成功的 Flash IP 进行读写擦的功能测试，并能实现多媒体功能为以后的应用做铺垫。在对嵌入式系统理论进行学习分析的基础上，结合项目产品和单位软硬件资源，提出基于 AT89C51 单片机芯片开发一款能实现 MP3 播放功能的 Flash 芯片测试开发板。硬件部分由主控、电源、时钟、音频、存储电路构成；硬件电路设计过程中，首先完成电路原理设计，之后进行了采购元器件，然后是 PCB 板的设计和加工，接着焊接元器件，检查调试无误后进行软件设计，软件部分采用模块化设计思路进行设计。无论硬件还是软件的设计开发都需要根据 NOR Flash 存储器芯片的硬件结构和工作过程，结合项目实际需求情况，基于实现存储芯片功能测试和为今后 Flash IP 的应用打好基础的目的。完成软、硬件设计后就是进行调试，调试的过程即是查漏补缺同时也是对之前设计的一个回顾和总结，调试中遇到的种种问题都可以让以后的设计更熟练，让下一次的设计更完善。存储芯片的功能测试更进一步深化了解 Flash 的工作过程，而性能测试可以加深对 Flash 芯片设计过程中的理解。.............参考文献（略）