找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 11300|回复: 11
打印 上一主题 下一主题
收起左侧

[分享]单片机应用----SD卡读写设计

[复制链接]
跳转到指定楼层
楼主
ID:3695 发表于 2008-9-16 16:40 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
前言


长期以来,以Flash Memory为存储体的SD卡因具备体积小、功耗低、可擦写以及非易失性等特点而被广泛应用于消费类电子产品中。特别是近年来,随着价格不断下降且存储容量不断提高,它的应用范围日益增广。当数据采集系统需要长时间地采集、记录海量数据时,选择SD卡作为存储媒质是开发者们一个很好的选择。在电能监测以及无功补偿系统中,要连续记录大量的电压、电流、有功功率、无功功率以及时间等参数,当单片机采集到这些数据时可以利用SD作为存储媒质。本文主要介绍了SD卡在电能监测及无功补偿数据采集系统中的应用方案。


设计方案


应用AT89C52读写SD卡有两点需要注意。首先,需要寻找一个实现AT89C52单片机与SD卡通讯的解决方案;其次,SD卡所能接受的逻辑电平与AT89C52提供的逻辑电平不匹配,需要解决电平匹配问题。


通讯模式


SD卡有两个可选的通讯协议:SD模式和SPI模式。SD模式是SD卡标准的读写方式,但是在选用SD模式时,往往需要选择带有SD卡控制器接口的mcu,或者必须加入额外的SD卡控制单元以支持SD卡的读写。然而,AT89C52单片机没有集成SD卡控制器接口,若选用SD模式通讯就无形中增加了产品的硬件成本。在SD卡数据读写时间要求不是很严格的情况下,选用SPI模式可以说是一种最佳的解决方案。因为在SPI模式下,通过四条线就可以完成所有的数据交换,并且目前市场上很多mcu都集成有现成的SPI接口电路,采用SPI模式对SD卡进行读写操作可大大简化硬件电路的设计。


虽然AT89C52不带SD卡硬件控制器,也没有现成的SPI接口模块,但是可以用软件模拟出SPI总线时序。本文用SPI总线模式读写SD卡。


电平匹配


SD卡的逻辑电平相当于3.3V TTL电平标准,而控制芯片AT89C52的逻辑电平为5V CMOS电平标准。因此,它们之间不能直接相连,否则会有烧毁SD卡的可能。出于对安全工作的考虑,有必要解决电平匹配问题。


要解决这一问题,最根本的就是解决逻辑器件接口的电平兼容问题,原则主要有两条:一为输出电平器件输出高电平的最小电压值,应该大于接收电平器件识别为高电平的最低电压值;另一条为输出电平器件输出低电平的最大电压值,应该小于接收电平器件识别为低电平的最高电压值。


一般来说,通用的电平转换方案是采用类似SN74ALVC4245的专用电平转换芯片,这类芯片不仅可以用作升压和降压,而且允许两边电源不同步。但是,这个方案代价相对昂贵,而且一般的专用电平转换芯片都是同时转换8路、16路或者更多路数的电平,相对本系统仅仅需要转换3路来说是一种资源的浪费。


考虑到SD卡在SPI协议的工作模式下,通讯都是单向的,于是在单片机向SD卡传输数据时采用晶体管加上拉电阻法的方案,基本电路如图1所示。而在SD卡向单片机传输数据时可以直接连接,因为它们之间的电平刚好满足上述的电平兼容原则,既经济又实用。

这个方案需要双电源供电(一个5V电源、一个3.3V电源供电),3.3V电源可以用AMS1117稳压管从5V电源稳压获取。

硬件接口设计


SD卡提供9Pin的引脚接口便于外围电路对其进行操作,9Pin的引脚随工作模式的不同有所差异。在SPI模式下,引脚1(DAT3)作为SPI片选线CS用,引脚2(CMD)用作SPI总线的数据输出线MOSI,而引脚7(DAT0)为数据输入线MISO,引脚5用作时钟线(CLK)。除电源和地,保留引脚可悬空。


本文中控制SD卡的mcu是ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机AT89C52,内含8K字节的可反复擦写的只读程序存储器和256字节的随机存储数据存储器。由于AT89C52只有256字节的数据存储器,而SD卡的数据写入是以块为单位,每块为512字节,所以需要在单片机最小系统上增加一片RAM。本系统中RAM选用存储器芯片HM62256,容量为32K。对RAM进行读写时,锁存器把低8位地址锁存,与P2口的8位地址数据构成16位地址空间,从而可使SD卡一次读写512字节的块操作。系统硬件图如图2所示。



软件设计


SPI工作模式


SD卡在上电初期自动进入SD总线模式,在此模式下向SD卡发送复位命令CMD0。如果SD卡在接收复位命令过程中CS低电平有效,则进入SPI模式,否则工作在SD总线模式。


对于不带SPI串行总线接口的AT89C52单片机来说,用软件来模拟SPI总线操作的具体做法是:将P1.5口(模拟CLK线)的初始状态设置为1,而在允许接收后再置P1.5为0。这样,mcu在输出1位SCK时钟的同时,将使接口芯片串行左移,从而输出1位数据至AT89C52单片机的P1.7(模拟MISO线),此后再置P1.5为1,使单片机从P1.6(模拟MOSI线)输出1位数据(先为高位)至串行接口芯片。至此,模拟1位数据输入输出便完成。此后再置P1.5为0,模拟下1位数据的输入输出,依此循环8次,即可完成1次通过SPI总线传输8位数据的操作。


本文的实现程序把SPI总线读写功能集成在一起,传递的val变量既是向SPI写的数据,也是从SPI读取的数据。具体程序如下:(程序是在Keil uVision2的编译环境下编写)


  sbit CS="P3"^5;


  sbit CLK= P1^5;


  sbit DataI="P1"^7;


  sbit DataO="P1"^6;


  #define SD_Disable() CS="1" //片选关


  #define SD_Enable() CS="0" //片选开


  unsigned char SPI_TransferByte(unsigned char val)


  {


  unsigned char BitCounter;


  for(BitCounter=8; BiCounter!=0; BitCounter--)


  { CLK="0";


  DataI=0; // write


  if(val&0x80) DataI="1";


  val<<=1;


  CLK=1;


  if(DataO)val|=1; // read


  }


  CLK=0;


  return val;


  }


SD卡的初始化


对SD卡进行操作首先要对SD卡进行初始化,初始化的过程中设置SD卡工作在SPI模式,其流程图如图3所示。


在复位成功之后可以通过CMD55和ACMD41判断当前电压是否在工作范围内。主机还可以继续通过CMD10读取SD卡的CID寄存器,通过CMD16设置数据Block长度,通过CMD9读取卡的CSD寄存器。从CSD寄存器中,主机可获知卡容量,支持的命令集等重要参数。SD卡初始化的C语言程序如下:


  unsigned char SD_Init(void)


  { unsigned char retry,temp;


  unsigned char i;


  for (i=0;i<0x0f;i++)


  { SPI_TransferByte(0xff); //延迟74个以上的时钟


  }


  SD_Enable(); //开片选


  SPI_TransferByte(SD_RESET); //发送复位命令


  SPI_TransferByte(0x00);


  SPI_TransferByte(0x00);


  SPI_TransferByte(0x00);


  SPI_TransferByte(0x00);


  SPI_TransferByte(0x95);


  SPI_TransferByte(0xff);


  SPI_TransferByte(0xff);


  retry=0;


  do{ temp="Write"_Command_SD(SD_INIT,0);


  //发送初始化命令


  retry++;


  if(retry==100) //重试100次


  {SD_Disable(); //关片选


  return(INIT_CMD1_ERROR);


  //如果重试100次失败返回错误号


  }


  }while(temp!=0);


  SD_Disable(); //关片选


  return(TRUE); //返回成功


  }


数据块的读写


完成SD卡的初始化之后即可进行它的读写操作。SD卡的读写操作都是通过发送SD卡命令完成的。SPI总线模式支持单块(CMD24)和多块(CMD25)写操作,多块操作是指从指定位置开始写下去,直到SD卡收到一个停止命令CMD12才停止。单块写操作的数据块长度只能是512字节。单块写入时,命令为CMD24,当应答为0时说明可以写入数据,大小为512字节。SD卡对每个发送给自己的数据块都通过一个应答命令确认,它为1个字节长,当低5位为00101时,表明数据块被正确写入SD卡。


在需要读取SD卡中数据的时候,读SD卡的命令字为CMD17,接收正确的第一个响应命令字节为0xFE,随后是512个字节的用户数据块,最后为2个字节的CRC验证码。


可见,读写SD卡的操作都是在初始化后基于SD卡命令和响应完成操作的,写、读SD卡的程序流程图如图4和图5所示。


结束语


实验结果表明单片机使用12MHz的晶体振荡器时,读写速度和功耗都基本令人满意,可以应用于对读写速度要求不高的情况下。本文详细阐述了用AT89C52单片机对SD卡进行操作的过程,提出了一种不带SD卡控制器,mcu读写SD卡的方法,实现了SD卡在电能监测及无功补偿数据采集系统中的用途。


[此贴子已经被作者于2008-9-17 11:44:59编辑过]
分享到:  QQ好友和群QQ好友和群 QQ空间QQ空间 腾讯微博腾讯微博 腾讯朋友腾讯朋友
收藏收藏 分享淘帖 顶1 踩
回复

使用道具 举报

沙发
ID:5858 发表于 2008-10-12 21:15 | 只看该作者
太深奥了
回复

使用道具 举报

板凳
ID:4353 发表于 2008-11-2 21:24 | 只看该作者

高手

回复

使用道具 举报

地板
ID:6728 发表于 2008-11-11 15:55 | 只看该作者
回复

使用道具 举报

5#
ID:9213 发表于 2009-3-6 13:00 | 只看该作者
不错
回复

使用道具 举报

6#
ID:9120 发表于 2009-3-14 23:35 | 只看该作者

高手

回复

使用道具 举报

7#
ID:70371 发表于 2014-12-12 16:30 | 只看该作者
回复

使用道具 举报

8#
ID:134543 发表于 2016-8-5 17:08 | 只看该作者
牛叉,看不太懂
回复

使用道具 举报

9#
ID:185293 发表于 2017-4-1 10:37 | 只看该作者
所以硬件图呢楼主
回复

使用道具 举报

10#
ID:202675 发表于 2017-5-19 20:58 | 只看该作者
我们现在用的就是这种
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

手机版|小黑屋|51黑电子论坛 |51黑电子论坛6群 QQ 管理员QQ:125739409;技术交流QQ群281945664

Powered by 单片机教程网

快速回复 返回顶部 返回列表