《基于51mcu的sd卡读写设计》.pdf

AT89C52 SD AT89C52 SD 基于AATT8899CC5522单片机的SSDD卡的读写设计 前言 长期以来，以FlashMemory 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3.3VTTL 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