SD卡是一種微型、低功耗、可移動的Flash多功能存儲卡，該卡向上兼容MMC卡，并增加了智能保護(hù)機(jī)制，以有效地防止盜版，同時具有更快的傳輸速率及更高的存儲容量，可廣泛用于便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。本文首先介紹了STC12C5A60S2單片機(jī)在SPI協(xié)議下與SD卡的硬件接口電路，然后簡要闡述了SPI總線模式以及軟件模擬的SPI總線數(shù)據(jù)通訊，最后給出了實(shí)現(xiàn)SD卡的初始化和讀寫操作的軟件流程。
1 STC單片機(jī)
STCl2C5A60S2／AD／PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘／機(jī)器周期(IT)的單片機(jī)，這是一種高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代805l單片機(jī)，它的指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度比8051快8～12倍．工作電壓為5．5～3．3 V (5 V單片機(jī))，工作頻率范圍為O～35 MHz。該單片機(jī)內(nèi)部集成有MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A／D轉(zhuǎn)換(250 K／S)，片上還集成有1280字節(jié)RAM，I／O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20 mA，無需專用編程器和仿真器數(shù)秒內(nèi)即可通過串口(P3．0／P3．1)下載用戶程序，由于其帶有通用全雙工異步串行口(UART)，因此，特別適合電機(jī)控制，而且干擾較強(qiáng)的場合。
2 硬件電路設(shè)計
本SD卡讀寫系統(tǒng)中的接口電路采用的STCl2C5A60S2單片機(jī)控制，并通過軟件編程實(shí)現(xiàn)SPI模式的數(shù)據(jù)傳輸(包括串行時鐘、數(shù)據(jù)的輸入和輸出)。在SPI模式下。單片機(jī)與SD卡的連接主要有四根線(包括時鐘線，兩根數(shù)據(jù)傳輸線和一根片選線)，其接口硬件連接電路如圖1所示。
圖2所示是基于STCl2C5A60S2單片機(jī)的SD卡讀寫電路設(shè)計原理圖，其中包括STC12C5A60S2單片機(jī)的晶振電路和復(fù)位電路SD卡連接電路、和SD卡套插座連接電路。
3 通訊模式的選擇
通常，SD卡有兩種總線模式，即SD總線模式和SPI總線模式。其中SD總線模式采用四條數(shù)據(jù)線并行傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率高，但是傳輸協(xié)議復(fù)雜，只有少數(shù)單片機(jī)才提供有此接口，而用軟件方法模擬SD總線又比較繁瑣，會降低SD卡的數(shù)據(jù)傳輸速率；而SPI總線模式只有一條數(shù)據(jù)傳輸線。傳輸協(xié)議簡單，易于實(shí)現(xiàn)，雖然數(shù)據(jù)傳輸速率較低，但絕大多數(shù)中高檔單片機(jī)都提供有SPI總線，同時由于其易于用軟件方法來模擬。因此，本設(shè)計采用SPI總線模式。
SPI總線技術(shù)是MOTOROIA公司推出的一種同步串行總線接口，是目前單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的幾種串行擴(kuò)展接口之一。 SPI總線主要通過三根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括同步時鐘線SCK、主機(jī)輸入／從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出／從機(jī)輸人數(shù)據(jù)線MOSI。另外，它還有一條低電平有效的從機(jī)片選線CS，片選信號以及同步時鐘脈沖由主機(jī)提供。SPI總線模式的數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸?shù)模鳈C(jī)與SD卡的各種通信都由主機(jī)控制。
4 軟件設(shè)計
4．1 SD卡的初始化
SD卡從上電到對SD卡進(jìn)行正確的讀寫操作，往往都需要一個上電初始化的過程。SD卡上電后，主機(jī)必須先向SD卡發(fā)送74個時鐘周期，以完成SD卡的上電過程。通常SD卡上電后會自動進(jìn)入SD總線模式，并在SD總線模式下向SD卡發(fā)送復(fù)位命令(CMD0)。因此，主機(jī)在對SD卡進(jìn)行任何操作前，都必須先要拉低SD卡的片選信號CS(card select)，以使SD卡進(jìn)入SPI總線模式，然后再由主機(jī)向SD卡發(fā)送命令。SD卡可以響應(yīng)主機(jī)發(fā)來的各種應(yīng)答信號，同時向主機(jī)發(fā)送一個特殊的數(shù)據(jù)響應(yīng)標(biāo)志。若主機(jī)讀到的應(yīng)答信號為01，即表明SD卡已進(jìn)人SPI模式，此時，主機(jī)即可不斷地向SD卡發(fā)送命令字(CMDl)并讀取SD卡的應(yīng)答信號，直到應(yīng)答信號為00，表明SD卡已完成初始化過程，并準(zhǔn)備好接受下一命令。此后，系統(tǒng)便可讀取SD卡的各寄存器，以進(jìn)行讀寫等操作。SD卡初始化流程如圖3所示。下面是SD卡初始化的程序代碼：
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4．2 SD卡的讀寫
SD卡的數(shù)據(jù)傳輸主要通過塊讀寫來實(shí)現(xiàn)。塊長度默認(rèn)為512 KB。當(dāng)RAM中已存放由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳來的512 KB數(shù)據(jù)時，單片機(jī)便向SD卡寫入此塊數(shù)據(jù)。塊讀取時，可發(fā)送命令CMDl7，接收到的應(yīng)答信號為0x00。這樣就可以直接接收數(shù)據(jù)了，接收到的數(shù)據(jù)的第1個字節(jié)為數(shù)據(jù)令牌0xfe，后面的為接收到的數(shù)據(jù)，當(dāng)輸出口變?yōu)楦唠娖綍r。表明讀取操作完成。SD卡的讀操作與寫操作相同，故此不再贅述。圖4所示是SD卡的讀寫軟件流程圖。其具體程序代碼如下：
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5 結(jié)束語
該SD卡與STCl2C5A60S2單片機(jī)的接口電路已在實(shí)際的試驗板上驗證成功，并已證明可以正確實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，故可對SD卡上的文件進(jìn)行各種操作。