基于AT89C52单片机的SD卡的读写设计

2010-04-19 20:10:06来源: 中电网

      前言

  长期以来,以Flash Memory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3.3V TTL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。系统硬件图如图2所示。

  

  

[1] [2] [3] [4]

关键字:SD卡  单片机  读写速度  电平转换  稳压管  SCK

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0419/article_2474.html
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