基于單片機(jī)和FAT16的SD卡讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言
長(zhǎng)期以來，閃存卡(SD卡、MMC卡等)因其體積小、功耗低、容量大和非易失性等特點(diǎn)，在嵌入式存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。特別是近年來，隨著閃存技術(shù)的發(fā)展，閃存卡價(jià)格不斷下降且存儲(chǔ)容量不斷提高。當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間地采集和記錄海量數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)是很好的選擇，例如電能檢測(cè)、溫度濕度檢測(cè)、病人心肺數(shù)據(jù)記錄等。FAT16文件系統(tǒng)是。Microsoft公司在其MS-DOS 操作系統(tǒng)中采用的文件系統(tǒng)，具有出色的文件管理性能，能被當(dāng)前大多數(shù)操作系統(tǒng)識(shí)別。因此，將SD卡與FAT16文件系統(tǒng)相結(jié)合是嵌入式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記錄系統(tǒng)的理想方案，可以將采集記錄的數(shù)據(jù)直接在PC上讀取和處理。本文研究和設(shè)計(jì)了基于AT89S52單片機(jī)和FAT16文件系統(tǒng)的SD卡讀寫系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)方案介紹
本系統(tǒng)采用MCS-51架構(gòu)的AT89S52單片機(jī)。AT89S52是一種低成本、低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有8 KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。應(yīng)用AT89S52讀寫SD卡，首先要確定它們之間的通信方案。SD卡有2種可選的通信協(xié)議：SD模式和SPI模式。 SD模式是SD卡的標(biāo)準(zhǔn)讀寫方式，選用此模式需要選擇帶SD卡控制接口的MCU或者額外的SD卡控制單元；SPI模式通過SPI總線完成SD卡與主控制器的通信。AT89S52沒有集成SD卡控制器，為了不增加額外的SD卡控制單元硬件成本，本設(shè)計(jì)方案采用SD卡的SPI通信模式。雖然AT89S52也沒有集成SPI接口模塊，但可以用軟件的方式模擬SPI接口時(shí)序。
另外一個(gè)要解決的問題是SD卡與AT89S52的電平匹配。SD卡的邏輯電平相當(dāng)于3．3 V的TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，AT89S52的邏輯電平為5 V CMOS電平。
解決電平匹配問題的原則有2條：一為輸出電平器件輸出的高電平的最小值，應(yīng)該大于接收電平器件識(shí)別為高電平的最低電壓值；另一條為輸出電平器件輸出低電平的最大電壓值，應(yīng)該小于接收電平器件識(shí)別為低電平的最高電壓值。
考慮到SsD卡在SPI工作模式下，數(shù)據(jù)的傳輸都是單向的，這樣可以在單片機(jī)向SD卡傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采用晶體管加下拉電阻的方法，基本電路如圖1所示。而在 SD卡向單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)可以采用直接連接，因?yàn)樗鼈冎g的電平剛好滿足上述的電平兼容原則，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。這個(gè)方案需要雙電源供電，1個(gè)5 V電源，1個(gè)3．3 V電源。