專利名稱：Usb電子盤的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子數據存儲裝置，尤其涉及一種帶USB接口(計算機通用串行總線接口)的便攜式微型外接電子存儲器，即USB電子盤。可以與計算機等數據處理主機配合用于保存、備份及交換數據、文件等。
背景技術：
軟盤作為計算機的外接存儲器以其小巧、便攜為特色起初確實受到使用者的青睞。近十多年來，計算機技術突飛猛進，而軟盤技術卻一直變化不大。因此軟盤容量小、速度慢、易損壞等缺點漸漸暴露出來，并在實際工作中給使用者帶來極大不便，使用者也越來越少。這種變化并非說明人們不再需要象軟盤這樣的便攜式小型外接存儲器，恰恰相反，而是目前的軟盤與計算機性能和能力相比技術上脫節，造成自身處于被動局面。
為了克服上述軟盤的缺陷，中國專利于2000年11月8日公告過一件名稱為“用于數據處理系統的快閃電子式外存儲裝置”，專利號為99240761.3，公告號為CN2405269Y的實用新型專利。該專利以小型外接電子存儲器為主題提出了一種無驅動器、無外接電源、體積小、容量大、存儲速度快、可能即插即用，而且不易損壞的技術方案。具體為1、由微處理器、USB接口控制器、USB插座和休眠及喚醒電路組成的存儲控制電路；2、存儲介質為快閃存儲器(Flash Memory)；3、微處理器分別與USB接口控制器、休眠及喚醒電路、快閃存儲器連接；4、USB接口控制器分別與USB插座、休眠及喚醒電路、快閃存儲器連接。該快閃電子式外存儲裝置由驅動程序和固化在微處理器中的固件驅動，驅動程序使用前安裝在主機上。上述技術方案為電子式存儲器與現有技術的磁存儲軟盤相比無論從體積、容量、速度、可靠性幾方面均有較大突破，尤其是與主機連接不在需要體積大且笨重的專用驅動器，這種外接存儲技術的革新對計算機小型化、便攜式的發展具有重要意義。但以上技術方案尚存在以下不足1、在硬件結構方面，微處理器(MCU)和USB接口控制器采用兩塊集成電路芯片，不僅設計復雜，成本高，而且集成度相對較低，芯片數量多2、在軟件方面，未能采用Windows等操作系統的標準驅動程序，第一次使用前都需要在主機上安裝驅動程序，未做到真正意義上的即插即用。
發明內容
本實用新型目的是提供一種硬件結構簡潔，芯片數量少，可靠性高，而且使用更方便的便攜式微型外接電子存儲器。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種USB電子盤，其電路包括USB連接器、USB控制器、微處理器、快閃存儲器(Flash Memory)以及電源電路。在硬件結構上，所述USB控制器和微處理器采用自帶USB控制器的單片機芯片并構成獨立硬件單元，該單片機芯片分別與快閃存儲芯片和USB連接器連接，USB連接器通過總線電纜通往主機。
上述技術方案中，所述“微處理器”與“單片機”在概念上有區別，微處理器主要從功能的角度來理解中央處理器，有統稱的概念，不強調它的具體硬件構架，系列、型號等因素；而單片機則是從具體硬件構架角度出發(硬件為一塊芯片)來描述它的功能。所述“自帶USB控制器的單片機芯片”有三層含意其一它是一塊在空間上構成一體的集成電路芯片；其二它是單片機；其三這種單片機自帶USB控制器。所述“獨立硬件單元”是指在硬件結構上它是一塊集成電路芯片。對于本實用新型來說上述概念具有重要意義，因為它不僅關系到整個電路的結構設計，而且還涉及到特定的連接關系。換句話說，它可以反映一種電路結構設計的特點、質量和可靠性等體現新穎性和創造性的構思問題，比如電路結構設計是否簡潔可靠，是否具有經濟性和實用性等。
上述技術方案中，所述自帶USB控制器的單片機芯片可以采用ST92163系列芯片，USB連接器的Data+腳連接到ST92163系列芯片的50腳，Data-腳連接到ST92163系列芯片的51腳，ST92163系列芯片使用PORT0，PORT1，PORT3，PORT5，PORT6中任意兩個端口與快閃存儲器連接，其中一個端口連接到快閃存儲器的數據線，另一個端口連接到快閃存儲器的控制線，并分別用電阻或排阻上拉到3.3V。USB連接器的Data+腳和Data-腳是指USB連接器中的兩個差分信號腳。所述“ST92163系列芯片”的含意具體包括下列3種型號1、ST92163，ROM型；2、ST92T163，OTP型；3、ST92E163，EPROM型。
從ST92163系列芯片的端口中選擇兩個空閑的信號腳分別與LED發光二極管連接構成狀態指示電路。所述單片機芯片的時鐘電路由電阻R5、電容C3、電容C5和晶振Y1組成，時鐘電路連接到ST92163系列芯片[U1]的22腳和24腳。所述單片機的復位電路由電阻R4和電容C4組成，復位電路連接到ST92163系列芯片[U1]的35腳。
上述技術方案中，所述快閃存儲芯片[U2]可以采用如下各種型號之一SAMSUNG的K9F2808、K9F5608、K9K1208、K9F1208、K9K1D08；TOSHIBA的TC58128FT、TC58256FT、TC58512FT；SANDISK的SDTNE-256、SDTNE-512，寫保護開關[K1]的一端與快閃存儲芯片[U2]的19腳(即WP端)連接，另一端接地。
上述技術方案中，所述USB連接器是一種計算機通用串行總線，其標準由英特爾、微軟、康柏等國際大公司制定，目的上為了使個人電腦的使用變得更簡單、更容易和更快捷，用來代替現有的串口、并口和鍵盤插口。現在所有奔騰II及以上的電腦(包括兼容機)均帶有USB接口，USB已經成為新的個人電腦行業標準，目前大部分電腦都可以直接支持。本實用新型USB連接器符合USB1.1規范，可以將之插于任何一個具有USB接口的設備。
上述技術方案中，所述電源電路是一個電源模塊，用于將USB總線上的5V電壓在供應單片機芯片同時，通過電壓轉換器轉換為3.3V供應快閃存儲器和其它電路。具體為USB連接器中的電源腳通過磁珠后，一路連接到單片機芯片，另一路經電壓轉換器連接到快閃存儲器。
本實用新型USB電子盤在軟件方面是由驅動程序(Driver)和固化在單片機芯片中的固件(Firmware)驅動的。驅動方法是利用主機操作系統，如Windows2000，自帶的驅動程序，并采用與之相符的規范編寫固件，最終實現不要安裝驅動程序的目的。而上述現有技術的方法是單獨編寫一個驅動程序，通過固件與之銜接，因此在第一次使用前必須在主機上安裝驅動程序。
本實用新型工作原理是電子盤上電啟動后，首先對單片機進行初始化，配置端口類型，并開始讀取快閃存儲器資訊，然后通過USB總線與系統進行溝通。此時操作系統開始對電子盤進行配置，并顯示盤符。電子盤進入循環等待狀態，等待系統提出請求。USB電子盤整個設備的狀態可以通過兩個LED指示燈(發光二極管)顯示，并分別使用兩種前面顏色，即一個為綠色，另一個為紅色。啟動初始化時它們為交替閃爍，完成初始化后為常亮，在讀寫或刪除操作時為閃爍。兩個指示燈分別擺放在電子盤的正反面，這樣設計是為了避免因位置的不同而無法看到設備工作狀態。
本實用新型USB電子盤與現有技術對比情況如下1、現有技術由微處理器、USB介面控制器、USB器插座、休眠及喚醒電路組成的存儲控制電路。而本實用新型由微處理器(集成USB介面控制器)、USB插座組成，沒有獨立的USB介面控制器、休眠及喚醒電路組成的存儲控制電路。
2、現有技術微處理器分別與USB介面控制器、休眠及喚醒電路、快閃存儲器連接。而本實用新型微處理器直接與快閃存儲器連接。
3、現有技術USB介面控制器分別與匯流排插座、休眠及喚醒電路、快閃存儲器連接。而本實用新型USB介面控制器集成在微處理器中，無獨立部件。
4、現有技術USB插座通過匯流排電纜與主機連接。本實用新型與之相同，但這是USB的標準。
5、現有技術快閃存儲器是由驅動程序和固化在微處理器中的固件驅動的。而本實用新型與之相同，但是驅動程序和固化在微處理器中的固件驅動實現方法不同，采用的規范也不同。
6、現有技術微處理器中含有微處理晶片和兩個型號為4053的多路類比開關晶片，其中晶片的某些腳具有特定的連接關系。而本實用新型只有微處理芯片，沒有多路類比開關晶片，并且微處理芯片與現有技術的微處理晶片是完全不同的芯片，其型號、廠商、內部架構均不同。
7、現有技術USB介面控制器中含有特定的型號的晶片、晶振、電容C1～C2、C7～C8、電阻R1～R3、R10、發光二極管，其中晶振與電容串聯形成閉合回路，晶振兩端則分別接晶片的22和23腳，晶片的25、26腳分別經電阻R2、R1接通USB插座的2、3腳。而本實用新型由于硬件實現方式不同因此電路連接也不同，晶振的頻率也不同，狀態指示使用兩個發光二極管，并且是連接在微處理器上，與之完全不同。
8、現有技術第一次使用前需要在主機上安裝驅動程序，而本實用新型在Windows ME和Windows2000系統下不需要在主機上安裝驅動程序。
由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點1、由于本實用新型硬件設計簡潔，元器件數量明顯少于同類產品，實現降低原料成本，同時也降低生產成本。
2、本實用新型軟件層采用操作系統的標準指令集，與操作系統整合性好，并且在Windows ME和Windows2000中不用安裝驅動程序，真正實現了即插即用。
3、本實用新型由于設計的簡潔化，軟件的一體化，在于同類產品對比中，綜合性能高于同類產品。
附圖1為本實用新型硬件結構框架圖；附圖2為本實用新型軟件原理方框圖；附圖3為本實用新型固件軟件流程圖(即Firmware的軟件流程)；附圖4為本實用新型驅動程序軟件流程圖(即Driver的軟件流程)；附圖5為本實用新型實施例電路原理圖附圖6為本實用新型實施例零部件裝配圖。
以上附圖中[U1]、自帶USB控制器的單片機芯片；[U2]、快閃存儲芯片；[U4]、LDO電壓轉換器；[L1]、磁珠(Bead)；[JP1]、USB連接器；[K1]、寫保護開關；[1]、底座；[2]、導光柱；[3]、寫保護開關K1；[4]、電路板；[5]、上蓋；[6]、帽。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例參見附圖6，一種USB電子盤，由電路板[4]、底座[1]、上蓋[5]、帽[6]、導光柱[2]、寫保護開關K1和發光二極管組成。上蓋[5]、底座[1]和帽[6]構成殼體，電路板[4]固定在底座[1]上，上蓋[5]蓋在電路板[4]上，其邊緣與底座[1]邊緣結合，電路板[4]上的USB連接器從上蓋[5]與底座[1]的一端伸出，帽[6]套在USB連接器上，并與上蓋[5]、底座[1]吻合，拔掉帽[6]則露出USB連接器插座。
參見附圖1和附圖5，其電路由USB連接器[JP1]、USB控制器、微處理器、快閃存儲器(Flash Memory)和電源電路組成。
在硬件結構上，USB控制器和微處理器采用自帶USB控制器的單片機芯片并構成獨立硬件單元，所述自帶USB控制器的單片機芯片為ST92163，ROM型芯片[U1]，USB連接器[JP1]的Data+腳連接到ST92163，ROM型芯片[U1]的50腳，Data-腳連接到ST92163，ROM型芯片[U1]的51腳，ST92163，ROM型芯片[U1]使用PORT0，PORT1，PORT3，PORT5，PORT6中任意兩個端口與快閃存儲器連接，其中一個端口連接到快閃存儲器的數據線，另一個端口連接到快閃存儲器的控制線，并分別用電阻或排阻上拉到3.3V。具體為USB連接器[JP1]中的DP0、DM0差分信號通過電阻R2、R3連接到單片機芯片[U1]的50、51腳。ST92163，ROM型芯片[U1]使用PORT0，PORT1端口與快閃存儲芯片[U2]的數據線和控制線連接，并分別用排阻RP1、RP2、RP3、RP4上拉到3.3V。ST92163，ROM型芯片[U1]使用PORT3端口中的兩個空閑的信號腳P3.0、P3.1分別經電阻R6、LED發光二極管D1和電阻R7、LED發光二極管D2連接到VCC3構成狀態指示電路。單片機芯片[U1]的時鐘電路由電阻R5、電容C3、電容C5和晶振Y1組成，時鐘電路連接到ST92163，ROM型芯片[U1]的22腳和24腳，為ST92163，ROM型芯片[U1]提供8MHZ工作時鐘。單片機的復位電路由電阻R4和電容C4組成，復位電路連接到ST92163，ROM型芯片[U1]的35腳。
所述快閃存儲器采用SAMSUNG的K9F2808型號，存儲量為16M，封裝形式為TSOP148的快閃存儲芯片[U2]，寫保護開關[K1]的一端與快閃存儲芯片[U2]的19腳(即WP端)連接，另一端接地。快閃存儲芯片[U2]共用地址線和數據線，具體方法是比如128M的快閃存儲芯片需要27根地址線，現在用8根，分4個周期進行輸入，在操作前要告訴快閃存儲器將進行什么操作，如當指令代碼為80時表示讀設備IO，當指令代碼為50時表示寫操作。這樣雖然存取速度受到一定影響，但可以節省地址線。
所述電源電路為USB連接器中的電源腳通過磁珠[L1]后，一路連接到單片機芯片[U1]的21和56腳，另一路連接到LDO電壓轉換器(LD1117S33)[U4]的3腳，LDO電壓轉換器輸出2腳3.3V第一路連接到快閃存儲芯片TSOPI48[U2]的12腳和37腳，第二路連接到上述排阻RP1、RP2、RP3、RP4進行上拉，第三路連接到上述狀態指示電路。
權利要求1.一種USB電子盤，其電路包括USB連接器[JP1]、USB控制器、微處理器、快閃存儲器(Flash Memory)以及電源電路，其特征在于在硬件結構上，USB控制器和微處理器采用自帶USB控制器的單片機芯片[U1]并構成獨立硬件單元，該單片機芯片[U1]分別與快閃存儲芯片[U2]和USB連接器[JP1]連接，USB連接器[JP1]通過總線電纜通往主機。
2.根據權利要求1所述的電子盤，其特征在于所述自帶USB控制器的單片機芯片為ST92163系列芯片[U1]，USB連接器[JP1]的Data+腳連接到ST92163系列芯片[U1]的50腳，Data-腳連接到ST92163系列芯片[U1]的51腳，ST92163系列芯片[U1]使用PORT0，PORT1，PORT3，PORT5，PORT6中任意兩個端口與快閃存儲器連接，其中一個端口連接到快閃存儲芯片[U2]的數據線，另一個端口連接到快閃存儲芯片[U2]的控制線，并分別用電阻或排阻上拉到3.3V。
3.根據權利要求1所述的電子盤，其特征在于所述快閃存儲芯片[U2]可以采用如下各種型號之一SAMSUNG的K9F2808、K9F5608、K9K1208、K9F1208、K9K1D08；TOSHIBA的TC58128FT、TC58256FT、TC58512FT.SANDISK的SDTNE-256、SDTNE-512，寫保護開關[K1]的一端與快閃存儲芯片[U2]的19腳連接，另一端接地。
4.根據權利要求1所述的電子盤，其特征在于所述電源電路為USB連接器[JP1]中的電源腳通過磁珠[L1]后，一路連接到單片機芯片[U1]，另一路經電壓轉換器[U4]連接到快閃存儲芯片[U2]。
5.根據權利要求2所述的電子盤，其特征在于從ST92163系列芯片[U1]的端口中選擇兩個空閑的信號腳分別與LED發光二極管D1、D2連接構成狀態指示電路。
6.根據權利要求2所述的電子盤，其特征在于所述單片機芯片[U1]的時鐘電路由電阻R5、電容C3、電容C5和晶振Y1組成，時鐘電路連接到ST92163系列芯片[U1]的22腳和24腳。
7.根據權利要求2所述的電子盤，其特征在于所述單片機的復位電路由電阻R4和電容C4組成，復位電路連接到ST92163系列芯片[U1]的35腳。
專利摘要一種USB電子盤,其電路包括USB連接器、USB控制器、微處理器、快閃存儲器(Flash Memory)以及電源電路,其特征在于:在硬件結構上,USB控制器和微處理器采用自帶USB控制器的單片機芯片并構成獨立硬件單元,該單片機芯片分別與快閃存儲芯片和USB連接器連接,USB連接器通過總線電纜通往主機。其特點是硬件設計簡潔,集成度高,元器件數量明顯少于同類產品;而軟件層采用操作系統的標準指令集,與操作系統整合性好,尤其在Windows ME和Windows2000系統中不用安裝驅動程序,真正實現了即插即用。由于設計的簡潔化,軟件的一體化,綜合性能高于同類產品。
文檔編號G06F12/00GK2489388SQ0124470
公開日2002年5月1日 申請日期2001年7月4日 優先權日2001年7月4日
發明者李興中, 孟祥軍, 吳三友 申請人:羅禮電腦(蘇州)有限公司