基于A(yíng)T89C52單片機的SD卡的讀寫(xiě)設計

前言

　　長(cháng)期以來(lái)，以Flash Memory為存儲體的SD卡因具備體積小、功耗低、可擦寫(xiě)以及非易失性等特點(diǎn)而被廣泛應用于消費類(lèi)電子產(chǎn)品中。特別是近年來(lái)，隨著(zhù)價(jià)格不斷下降且存儲容量不斷提高，它的應用范圍日益增廣。當數據采集系統需要長(cháng)時(shí)間地采集、記錄海量數據時(shí)，選擇SD卡作為存儲媒質(zhì)是開(kāi)發(fā)者們一個(gè)很好的選擇。在電能監測以及無(wú)功補償系統中，要連續記錄大量的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率以及時(shí)間等參數，當單片機采集到這些數據時(shí)可以利用SD作為存儲媒質(zhì)。本文主要介紹了SD卡在電能監測及無(wú)功補償數據采集系統中的應用方案。

　　設計方案

　　應用AT89C52讀寫(xiě)SD卡有兩點(diǎn)需要注意。首先，需要尋找一個(gè)實(shí)現AT89C52單片機與SD卡通訊的解決方案；其次，SD卡所能接受的邏輯電平與AT89C52提供的邏輯電平不匹配，需要解決電平匹配問(wèn)題。

　　通訊模式

　　SD卡有兩個(gè)可選的通訊協(xié)議：SD模式和SPI模式。SD模式是SD卡標準的讀寫(xiě)方式，但是在選用SD模式時(shí)，往往需要選擇帶有SD卡控制器接口的MCU，或者必須加入額外的SD卡控制單元以支持SD卡的讀寫(xiě)。然而，AT89C52單片機沒(méi)有集成SD卡控制器接口，若選用SD模式通訊就無(wú)形中增加了產(chǎn)品的硬件成本。在SD卡數據讀寫(xiě)時(shí)間要求不是很?chē)栏竦那闆r下，選用SPI模式可以說(shuō)是一種最佳的解決方案。因為在SPI模式下，通過(guò)四條線(xiàn)就可以完成所有的數據交換，并且目前市場(chǎng)上很多MCU都集成有現成的SPI接口電路，采用SPI模式對SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作可大大簡(jiǎn)化硬件電路的設計。

　　雖然AT89C52不帶SD卡硬件控制器，也沒(méi)有現成的SPI接口模塊，但是可以用軟件模擬出SPI總線(xiàn)時(shí)序。本文用SPI總線(xiàn)模式讀寫(xiě)SD卡。

　　電平匹配

　　SD卡的邏輯電平相當于3.3V TTL電平標準，而控制芯片AT89C52的邏輯電平為5V CMOS電平標準。因此，它們之間不能直接相連，否則會(huì )有燒毀SD卡的可能。出于對安全工作的考慮，有必要解決電平匹配問(wèn)題。

　　要解決這一問(wèn)題，最根本的就是解決邏輯器件接口的電平兼容問(wèn)題，原則主要有兩條：一為輸出電平器件輸出高電平的最小電壓值，應該大于接收電平器件識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，應該小于接收電平器件識別為低電平的最高電壓值。

　　一般來(lái)說(shuō)，通用的電平轉換方案是采用類(lèi)似SN74ALVC4245的專(zhuān)用電平轉換芯片，這類(lèi)芯片不僅可以用作升壓和降壓，而且允許兩邊電源不同步。但是，這個(gè)方案代價(jià)相對昂貴，而且一般的專(zhuān)用電平轉換芯片都是同時(shí)轉換8路、16路或者更多路數的電平，相對本系統僅僅需要轉換3路來(lái)說(shuō)是一種資源的浪費。

　　考慮到SD卡在SPI協(xié)議的工作模式下，通訊都是單向的，于是在單片機向SD卡傳輸數據時(shí)采用晶體管加上拉電阻法的方案，基本電路如圖1所示。而在SD卡向單片機傳輸數據時(shí)可以直接連接，因為它們之間的電平剛好滿(mǎn)足上述的電平兼容原則，既經(jīng)濟又實(shí)用。

　　這個(gè)方案需要雙電源供電（一個(gè)5V電源、一個(gè)3.3V電源供電），3.3V電源可以用AMS1117穩壓管從5V電源穩壓獲取。