基于AT89S52和FAT16的SD卡读写系统设计

ByGrith4

摘要：采用SD卡的SPI通信模式,用单片机编程模拟SPI总线时序,实现AT89S52对SD卡的读写。利用晶体
6 p* n9 C2 R8 z# J+ P# F  s管加下拉电阻的方法实现SD卡与AT89S52的电平匹配。介绍了SD卡接口规范,SD卡SPI接口时的指
令与响应时序。详细介绍了FAT16文件系统的文件组织与存储原理,以及SD卡指令结构。研究了软
件模拟SPI接口时序的编程实现,给出了软件模拟SPI接口的汇编代码,以及单片机读写SD卡和读写
; A, i; F" W% i5 x: E3 W8 PFAT16文件系统的软件流程。
关键词：FAT16 SD卡 SPI AT89S52  51 单片机
引言
% }4 ^! H# @; m. `) ^长期以来,闪存卡(SD卡、MMC卡等)因其体积小、
% P+ w4 N+ g* `功耗低、容量大和非易失性等特点,在嵌入式存储领域的
' k. N" c& X( a# |8 d应用越来越广泛。特别是近年来，随着闪存技术的发展，
7 o( ?! t7 c3 Z+ n闪存卡价格不断下降且存储容量不断提高。当数据采集
系统需要长时间地采集和记录海量数据时,应用SD卡作
' ]* U; E  G, g- E为存储介质是很好的选择,例如电能检测、温度湿度检测、
病人心肺数据记录等。FAT16 文件系统是Microsoft公
司在其MS-DOS操作系统中采用的文件系统,具有出色
的文件管理性能，能被当前大多数操作系统识别。因此，
将SD卡与FAT16文件系统相结合是嵌人式数据存储、
记录系统的理想方案,可以将采集记录的数据直接在PC
上读取和处理。本文研究和设计了基于AT89S52单片机
和FAT16文件系统的SD卡读写系统。
% N) d3 b8 p! @! J1系统方案介绍
本系统采用MCS- 51架构的AT89S52单片机。
AT89S52是- -种低成本;低功耗、高性能的CMOS8位微
* s% p+ r( B" e* v, E控制器,具有8 KB在系统可编程Flash存储器。应用
AT89S52读写SD卡,首先要确定它们之间的通信方案。
SD卡有2种可选的通信协议:SD模式和SPI模式。SD
模式是SD卡的标准读写方式,选用此模式需要选择带
& X4 ~; v1 U- ?9 ?; _3 S+ nSD卡控制接口的mcu或者额外的SD卡控制单元;SPI
6 j2 y6 g6 E1 `& ?( z: Y% m8 R; J模式通过SPI总线完成SD卡与主控制器的通信。
' y4 g, O4 J7 K  e% L7 m% dAT89S52没有集成SD卡控制器,为了不增加额外的SD
% L9 O4 }& w: ^卡控制单元硬件成本,本设计方案采用SD卡的SPI通信

; v3 Q, J) {5 `, N" p" y模式。虽然AT89S52也没有集成SPI接口模块,但可以
用软件的方式模拟SPI接口时序。
; _9 \1 a. i4 z8 G$ P+ W; n4 U另外-一个要解决的问题是SD卡与AT89S52的电平
匹配。SD卡的逻辑电平相当于3.3 V的TTL电平标准，
AT89S52的逻辑电平为5 V CMOS电平。
% ~" E$ p0 W& S5 y3 ]- h5 r* h解决电平匹配问题的原则有2条:一为输出电平器件
输出的高电平的最小值,应该大于接收电平器件识别为高
5 W+ h; R/ }/ [  E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
7 }2 o1 [- G9 t电压值。
考虑到SD卡在SPI工作模式下,数据的传输都是单向
的,这样可以在单片机向SD卡传输数据时采用晶体管加
下拉电阻的方法,基本电路如图1所示。而在SD卡向单片
0 E1 C, p, t( P; A; T/ Q机传输数据时可以采用直接连接,因为它们之间的电平刚
% `$ ]: y4 h/ P% U9 A9 }好满足上述的电平兼容原则,既经济又实用。这个方案儒
4 A! S3 T% s/ i6 m+ S, `要双电源供电,1个5 V电源,1个3.3 V电源。
' o" r; L1 @& q! A, m2AT89S52与SD卡接口电路设计
2.1
SD卡接口规范1]
' }. U* Z( N" Q4 TSD卡工作在2.7~3.6V电压下,图2是普通SD卡
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一盆绿箩

闪存卡(SD卡、MMC卡等)因其体积小、功耗低、容量大和非易失性等特点,在嵌入式存储领域的应用越来越广泛