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光驱改装CD播放机(上篇)
 作者：温正伟 原载:无线电杂志
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源码文件说明
demo.c C源码文件
demo.Uv2 keil项目文件
demo.hex 编译好的单片机HEX文件
CD播放机经过了多年的发展已是很普及的音响器材了，光盘也成为电脑媒体的重要载体之一，在多数的电脑爱好者手中很多都会有二台或更多的光驱，也许你和我一样新买了支持DVD光盘的光驱，旧的CDROM读盘能力下降，很少再使用了，丢弃了也可惜。在这一期里借着介绍IDE接口的机会我们来尝试把CDROM改装成CD播放机，旧光驱也可以有新用途，当然这里介绍的改装不是指利用CDROM本身所带的播放键（大部分CDROM没有播放键）去改装，而是通过单片机对光驱的ATAPI接口进行对光驱的控制，从而学习一些IDE/ATAPI接口的相关知识和单片机的应用认识。
一、电路原理及编程思路
IDE 是 Integrated Drive Electronics 的缩写，是由 Compaq 和
Western Digital 公司开发，AT架构的计算机出现后，新版的 IDE 命名为 ATA 即 AT
bus Attachment，但在更多的时候人们会习惯叫回旧名"IDE"，这种接口一直被应用在硬盘的连接上。而ATAPI则是在ATA上扩展出来的，ATAPI是AT
Attachment Packet Interface的缩写，意思是AT计算机上附加设备的信息包接口。支持ATAPI的IDE接口可以像连接硬盘一样连接ATAPI设备。目前几乎所有的IDE接口都支持ATAPI，它被广泛应用于光驱，ZIP驱动器等设备上。所说的这三种设备界面都是使用如图1和图2所示的40PIN连接件。像图1的连接件是用于主机板和IDE设备上，是40PIN的针式接头，主板上有两个这样的接口，可以用于连接4个IDE设备。图2则是用于连接主机和IDE设备的40芯IDE线缆，现在也有80芯线缆用于连接更新版的高速ATA。图3则是IDE接口连接件的引脚号定义图。
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| 图1：光驱后面板的接口 |
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| 图2：连接电缆 |
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| 图3：引脚号定义图 |
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元件名
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数 量
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说 明
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| AT89C51 |
1
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可以用AT89C52,AT89S51等代换 |
| 8.2K电阻 |
1
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| 3K电阻 |
1
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| 10K排阻 |
1
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8位 |
| LED发光管 |
1
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| 30pF瓷片电容 |
2
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| 10uF电解电容 |
1
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| 11.0592M晶振 |
1
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可以用6－12M |
| 40Pin插针式插座 |
1
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| 40芯IDE连接线 |
1
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电脑的硬盘或光驱连线 |
| 小型按钮 |
5
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| +12V +5V开关电源 |
1
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要求+5V+12V都要有1.5A以上电流 |
表一 制作元件表
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Pin
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Name
|
Dir
|
Description
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|
Pin
|
Name
|
Dir
|
Description
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| 1 |
/RESET |
输入 |
复位 |
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21 |
DMARQ |
输出 |
DMQ请求 |
| 2 |
GND |
/ |
地 |
|
22 |
GND |
/ |
地 |
| 3 |
DD7 |
输入/输出 |
Data
7 |
|
23 |
/DIOW |
输入 |
写控制 |
| 4 |
DD8 |
输入/输出 |
Data
8 |
|
24 |
GND |
/ |
地 |
| 5 |
DD6 |
输入/输出 |
Data
6 |
|
25 |
/DIOR |
输入 |
读控制 |
| 6 |
DD9 |
输入/输出 |
Data
9 |
|
26 |
GND |
/ |
地 |
| 7 |
DD5 |
输入/输出 |
Data
5 |
|
27 |
IORDY |
输出 |
IO就绪指示 |
| 8 |
DD10 |
输入/输出 |
Data
10 |
|
28 |
CSEL |
/ |
装置编号 |
| 9 |
DD4 |
输入/输出 |
Data
4 |
|
29 |
/DMACK |
/ |
输入 |
| 10 |
DD11 |
输入/输出 |
Data
11 |
|
30 |
GND |
/ |
地 |
| 11 |
DD3 |
输入/输出 |
Data
3 |
|
31 |
IRQR |
输出 |
中断请求 |
| 12 |
DD12 |
输入/输出 |
Data
12 |
|
32 |
NC |
/ |
保留 |
| 13 |
DD2 |
输入/输出 |
Data
2 |
|
33 |
DA1 |
输入 |
寄存器地址A1 |
| 14 |
DD13 |
输入/输出 |
Data
13 |
|
34 |
/PDIAG |
/ |
自诊断标识 |
| 15 |
DD1 |
输入/输出 |
Data
1 |
|
35 |
DA0 |
输入 |
寄存器地址A0 |
| 16 |
DD14 |
输入/输出 |
Data
14 |
|
36 |
DA2 |
输入 |
寄存器地址A2 |
| 17 |
DD0 |
输入/输出 |
Data
0 |
|
37 |
/CS0 |
输入 |
寄存器选择 |
| 18 |
DD15 |
输入/输出 |
Data
15 |
|
38 |
/CS1 |
输入 |
寄存器选择 |
| 19 |
GND |
/ |
地 |
|
39 |
/DASP |
输入 |
装置活动指示 |
| 20 |
KEY |
/ |
Key |
|
40 |
GND |
/ |
地 |
＊注：在引脚名前有"/"的引脚为低电平有效
表2 ATAPI接口的引脚定义说明
图4是电路原理图，表1是元件列表，本实例中使用51单片机做为控制芯片，用它的P1，P2口组成16位的数据输入输出口，连接IDE的D0－D15数据线。P0口用于连接IDE的读写控制、复位和寄存器控制，由于P0口的驱动力比较低，所以用10K的排阻对其上拉。晶振没有什么特别的要求，这里可以选用11.0592M或12M，加上上电复位电路组成典型的单片机最小系统。P3口则用于播放，前进，后退，停止和开关托盘控制按键的输入，P3.7接一个发光二极管是用于显示光驱是否装载了CD光盘或是否出错了，出错或没有光盘时该LED会点亮。电路连接无误后烧录编译好的HEX文件到51芯片上，就可以正常工作了。本文提供的源码只实现这几种功能，在这个基础上可以加上LED数码管或LCD显示曲目时间等信息，也可以加入遥控接收等功能。
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| 图4：原理图(点击看大图) |
图5是笔者用于实验和调试的电路实物照片。调试时使用自制兼容F－MON51的仿真器和KEIL集成开发环境连接可以方便的进行单步和断点调试，同时也可以查看名RAM和变量的值，这样的查看对于类似这样的制作是很关键的，因为在发送或读取设备的寄存器后，通常设备会有一些状态值返回，程序则要求根据这些值做相应的处理，如果是直接烧片调试则会使得程序的调试过程变得非常的困难。光驱需要的电流比较大，一般要一点几安培的电流，且要用到+5V和+12V两个电压，在制作时可以使用开关电源模块或使用旧电脑上的AT电源（也是开关电源），如果用普通的电压器加7805、7812则不能满足要求。还有一点值得注意的是IDE连接电缆的红色线为一号线，其它则顺序排列到40号，同时要把光驱后面板上的跳线设置为主盘（MASTER）。
像其它电脑接口或单片机应用制作一样，本实例的难点在于单片机控制程序的编写。ATAPI协议是在ATA协议发展出来的，它的控制命令和返回的数据格式十分繁复，用于光驱时对于不同形式的光盘，控制命令的使用方式也不太一样，本文是把光驱改为CD播放器，所以编程的着重点在于CD音频光盘的控制命令如何发送到光驱上的ATAPI接口。ATAPI有许多寄存器，操作这些不同的寄存器便可以实现相应的功能，如读状态寄存器应先设置好CS和DA选定要操作的是状态寄存器，把DIOW拉低，这时就可以读ATAPI的数据线DD了，得到当前的设备状态，再把DIOW拉高完成读取，在本文的源码中可以参看void
ReadStatus(void)函数。在发送控制命令时，可以分为二类，分别为ATA Command（ATA命令）和ATAPI
Packet Command（ATAPI信息包命令），前者只要先选择要操作的是命令寄存器，再向数据口发一命令字节就可以实现所要的功能，如先选择命令寄存器再发送A1H到数据口，就可以执行识别光驱的自检命令，命令完成后读数据口可以得到光驱的相关信息，如型号、序列号等，源码中可以参看void
InitCDROM(void)中的相关语句。后者的使用则相对复杂一些，发送信息包时，先要向传输字节计数寄存器写要发送的字节数，再送A0H信息命令字到命令寄存器通知设备要发送信息包，最后则是向数据寄存器发送信息包。一般信息包为12个字节，第一个字节为命令字，代表不此信息包的功能，其后的是参数，程序实现可以参看void
SendPacket(unsigned char SkipDRQ)函数。对于常用的寄存器和信息包命令的具体介绍可以看下篇。
大家也许知道，CDROM播放CD时有一系列的动作，先是上电复位、光盘托盘打开、放入光盘托盘关闭、读取曲目播放。同样使用单片机对光驱进行CD播放控制时也应要有这样的顺序，在本文源码中的主程序中先是调用初始化函数，对光驱进行复位和识别，初始化成功后就会调用读取TOC函数读取曲目和相关值。然后就是对按钮进行判断，做出相应的控制。图6是播放CD时的基本顺序图。
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| 图5：实验电路 |
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| 图6：CD播放基本顺序(点击看大图) |
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