51单片机与SD卡接口设计

单片机,毕业论文

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５１单片机与ＳＤ卡接口设计

５１单片机与ＳＤ卡接１３设计

ＩｎｔｅｒｆａｃｅＤｅｓｉｇｎｆｏｒＳＤＭｅｍｏｒｙＣａｒｄ

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５１

Ｓｉｎｇｌｅ－ＣｈｉｐＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ

姚放吾曹木莲卢昭材丁福舜（南京邮电大学计算机学院，江苏南京２１０００３）

摘要

介绍５１单片机与ＳＤ卡的接口设计原理，以及ＦＡＴ３２文件系统的设计和应用程序控制ＳＤ卡读写操作的实现。关键词：单片机，Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ，ＦＡＴ３２

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ＦＮｒ３２ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌＳＤｃａｒｄｒｅａｄ－ｗｒｉｔｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ

ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ，Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ，ＦＡＴ３２

近年来，ＳＤ存储卡在嵌入式产品中的应用越来越广泛，但ＳＤ卡接口一般仅集成在３２位ＡＲＭ处理器中，一般５１单片机则由于资源限制没有该接口。因此，如何解决５１单片机应用系统存取ＳＤ卡大容量数据就显得很有实际意义。本课题使用Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ作为单片机与ＳＤ卡的接口芯片，采用４线并行方式取代ＳＰＩ串行方式读写数据，使ＳＤ卡的访问速度得到明显提高，并且设计了ＦＡＴ３２文件系统，提高了ＳＤ卡的存储效率和兼容性，因此特别适用于需要大容量存储功能的嵌入式仪表和设备中。

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硬件设计

ＳＤ卡接口芯片简介

单片机与ＳＤ卡接口使用了华邦公司的Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ芯片。

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圈１ＳＤ卡软件框架结构

芯片的主要特性包括８／１６位ＣＰＵ总线接口、最高时钟率２５ＭＨｚ、支持ＳＤ卡１线或４线数据传输、支持ＤＭＡ和中断传输模式。由于该芯片内部集成了ＳＤ卡操作的全部时序，因此用户只需通过初始化参数配置，然后给相应的寄存器写入控制命令，就可方便的控制ＳＤ卡的读写操作。每次命令操作结果的状态，可以通过查询内部的状态寄存器获知，以决定下一步的操作。Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ工作电压为３．３Ｖ，且采用４８脚ＬＱＰＦ小型封装，所以特别适用于要求体积小、功耗低的嵌入式应用场合。１．２接口电路设计

电路中的Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ使用８位数据总线与单片机连接，它与处理器的接Ｅｌ采用异步模式（ＸＴＹＰ２引脚接地），芯片还支持另一种同步模式（ＸＴＹＰ２引脚接高电平）。在８位总线下，Ｄ１５用作Ａ０，与Ａ１一Ａ３共同作用选择内部寄存器。ＳＤｌ－ＳＤ６引脚与ＳＤ卡的４根数据线，１根命令线和１根时钟线相连。Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ的５个ＧＰＩＯ引脚，一个用于ＳＤ卡是否插入的检测，一个用于控制ＭＯＳ管的导通从而控制ＳＤ卡电源的接通与断开，两个分别控制两个发光二极管，可用来指示卡是否插入和对卡的写保护指示，一个检测写保护。３２ＫＢＳＲＡＭ用于文件缓冲区，ＭＡ×３２３２是ＲＳ一２３２接口，用于和ＨＯＳＴ机通信。２软件设计

软件设计主要包括三部分：对ＳＤ卡进行底层多块读写的驱动程序设计，中间层ＦＡＴ３２文件系统设计，以及跟上位机（ＨＯＳＴ）依据传输协议的通信程序设计。整体软件框架结构如图１所示。２．１底层ＳＤ卡驱动程序

ＳＤ卡有两种总线协议，ＳＤＢｕｓ协议和ＳＰＩ协议。现在绝大部分微控制器都集成ＳＰＩ接Ｅｌ，所以利用这种方式与ＳＤ卡

通信相对简单方便，但ＳＰＩ协议在数据交换时只允许１位数据串行传输，所以速度受到限制。在ＳＤＢｕｓ协议下，允许１线到４线数据传输，因而提高了传输速度。但ＳＤ总线时序要求严格，如果用软件模拟不仅复杂烦琐，而且可靠性也不高，Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ支持ＳＤＢｕｓ方式的４线数据传输，并且根据所收到的命令能自动产生相应的ＳＤＢｕｓ时序，从而方便用户的使用，提高了系统的性能。

与ＳＤ卡通信的命令（ＣＭＤ）和数据（ＤＡＴＡ）由一个起始位同步，由一个结束位终止。发给ＳＤ卡的命令采用６字节的格式。命令由主机通过ＣＭＤ线串行发给ＳＤ卡，标志ＳＤ卡的行为动作，部分命令要求卡返回一个应答信号，应答信号同样是通过ＣＭＤ线由卡传送给主机的。当主机发送给卡的命令要求有数据交换时，ＤＡＴ０～３线将进行相应的数据传输。

在访问ＳＤ卡的过程中，所有的操作都由主机发起，主机发起的命令（ＣＭＤ）有两种类型：广播命令和点对点命令。广播命令对系统中所有的卡都有效，只有被选定的卡才能接受点对点命令。主机对ＳＤ卡的操作都是经过以下两种模式：卡识别模式和数据传输模式。

卡识别模式：在这个模式中，主机复位系统中所有卡，得到卡的工作电压、系统分配给卡的地址（ＲＣＡ）等信息。这些操作对系统中所有的卡都有效，且所有的数据传输都是通过ＣＭＤ线进行的。系统初始化包括：Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ的初始化和ＳＤ卡的初始化。

Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ的初始化：①设置ＣＰＵ访问Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ的总线宽度为８位，且Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ工作在模式１；②进行软件复位；③设置系统时钟，使系统工作于低速状态；④检测是否有卡插

入．如果没有则关闭卡电源，如果有，则进行下一步卡的初始化。

万方数据　

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《工业控制计算机）２００８年２１卷第９期

ＳＤ卡的初始化：①Ｗ８６Ｌ３８８Ｄ中断允许设置；②利用

ＡＣＭＤ４１命令获取卡操作条件寄存器ＯＣＲ的内容（使用ＡＣＭＤ４１命令之前先使用ＣＭＤ５５命令），获取此卡工作允许的

电压范围；③利用ＣＭＤ２命令获取卡识别寄存器ＣＩＤ的内容，

获取卡的厂商ＩＤ、卡的名称、卡的版本等信息；（多利用ＣＭＤ３

命令获取系统分配给卡的地址ＲＣＡ；⑤设置系统时钟，使系统

工作于高速状态；（９如果系统中有多张ＳＤ卡，利用ＣＭＤ７命令选定其中一张卡进行下一步的操作。

数据传输模式：在这个模式中，可以对ＳＤ卡进行读、写和擦除等操作，包括：单块的读操作，单块的写操作，多块的读操作，多块的写操作。２．２文件系统的实现

考虑到目前ＳＤ卡容量都较大，因此文件系统采用ＦＡＴ３２格式设计。

（１）获取指定逻辑盘信息

调用底层驱动程序从第０块开始．每次读取一个扇区（５１２字节），如果发现最后结束标志的两个字节是５５ＡＡ，并且第４４６（从Ｏ开始计数）个字节的值是ＯＸ８０，则表示此扇区是主引导扇区（ＭＢＲ）。读出主引导扇区后，根据主引导扇区的第４５４～４５７（从０开始编号）的连续四个字节的值（小端模式存储），就可以根据这个数值找到系统分区引导记录ＢＰＢ扇区的地址了。在实际操作ＳＤ卡的过程中，发现用这种方法有时读不出个别ＳＤ卡的容量和类型信息，具体原因不明。所以修改的算法如下：从零号扇区开始每次读取一个扇区进行搜索 …… 此处隐藏：4927字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……