基于STCl2C5A60S2单片机的SD卡读写

摘要：分析了基于STC单片机的SD卡的读写操作，给出了一种基于高速、低功耗、超强抗干扰的新一代STCl2C5A60S2系列IT单片机的SD卡读写方法。该方法利用串行外围接口总线与SD卡相连，从而实现了对SD卡的数据读写。
关键词：SD卡读写；STCl2C5A613S2；单片机；串行接口总线；外围设备

O 引言
    SD卡是一种微型、低功耗、可移动的Flash多功能存储卡，该卡向上兼容MMC卡，并增加了智能保护机制，以有效地防止盗版，同时具有更快的传输速率及更高的存储容量，可广泛用于便携式消费类电子产品中。本文首先介绍了STC12C5A60S2单片机在SPI协议下与SD卡的硬件接口电路，然后简要阐述了SPI总线模式以及软件模拟的SPI总线数据通讯，最后给出了实现SD卡的初始化和读写操作的软件流程。

1 STC单片机
    STCl2C5A60S2／AD／PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟／机器周期(IT)的单片机，这是一种高速、低功耗、超强抗干扰的新一代805l单片机，它的指令代码完全兼容传统8051，但速度比8051快8～12倍．工作电压为5．5～3．3 V (5 V单片机)，工作频率范围为O～35 MHz。该单片机内部集成有MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A／D转换(250 K／S)，片上还集成有1280字节RAM，I／O口驱动能力均可达到20 mA，无需专用编程器和仿真器数秒内即可通过串口(P3．0／P3．1)下载用户程序，由于其带有通用全双工异步串行口(UART)，因此，特别适合电机控制，而且干扰较强的场合。

2 硬件电路设计
    本SD卡读写系统中的接口电路采用的STCl2C5A60S2单片机控制，并通过软件编程实现SPI模式的数据传输(包括串行时钟、数据的输入和输出)。在SPI模式下。单片机与SD卡的连接主要有四根线(包括时钟线，两根数据传输线和一根片选线)，其接口硬件连接电路如图1所示。

    图2所示是基于STCl2C5A60S2单片机的SD卡读写电路设计原理图，其中包括STC12C5A60S2单片机的晶振电路和复位电路SD卡连接电路、和SD卡套插座连接电路。

3 通讯模式的选择
    通常，SD卡有两种总线模式，即SD总线模式和SPI总线模式。其中SD总线模式采用四条数据线并行传输数据，数据传输速率高，但是传输协议复杂，只有少数单片机才提供有此接口，而用软件方法模拟SD总线又比较繁琐，会降低SD卡的数据传输速率；而SPI总线模式只有一条数据传输线。传输协议简单，易于实现，虽然数据传输速率较低，但绝大多数中高档单片机都提供有SPI总线，同时由于其易于用软件方法来模拟。因此，本设计采用SPI总线模式。
    SPI总线技术是MOTOROIA公司推出的一种同步串行总线接口，是目前单片机应用系统中最常用的几种串行扩展接口之一。 SPI总线主要通过三根线进行数据传输，包括同步时钟线SCK、主机输入／从机输出数据线MISO、主机输出／从机输人数据线MOSI。另外，它还有一条低电平有效的从机片选线CS，片选信号以及同步时钟脉冲由主机提供。SPI总线模式的数据是以字节为单位进行传输的，主机与SD卡的各种通信都由主机控制。

4 软件设计
4．1 SD卡的初始化
    SD卡从上电到对SD卡进行正确的读写操作，往往都需要一个上电初始化的过程。SD卡上电后，主机必须先向SD卡发送74个时钟周期，以完成SD卡的上电过程。通常SD卡上电后会自动进入SD总线模式，并在SD总线模式下向SD卡发送复位命令(CMD0)。因此，主机在对SD卡进行任何操作前，都必须先要拉低SD卡的片选信号CS(card select)，以使SD卡进入SPI总线模式，然后再由主机向SD卡发送命令。SD卡可以响应主机发来的各种应答信号，同时向主机发送一个特殊的数据响应标志。若主机读到的应答信号为01，即表明SD卡已进人SPI模式，此时，主机即可不断地向SD卡发送命令字(CMDl)并读取SD卡的应答信号，直到应答信号为00，表明SD卡已完成初始化过程，并准备好接受下一命令。此后，系统便可读取SD卡的各寄存器，以进行读写等操作。SD卡初始化流程如图3所示。下面是SD卡初始化的程序代码：
    

4．2 SD卡的读写
    SD卡的数据传输主要通过块读写来实现。块长度默认为512 KB。当RAM中已存放由模数转换模块传来的512 KB数据时，单片机便向SD卡写入此块数据。块读取时，可发送命令CMDl7，接收到的应答信号为0x00。这样就可以直接接收数据了，接收到的数据的第1个字节为数据令牌0xfe，后面的为接收到的数据，当输出口变为高电平时。表明读取操作完成。SD卡的读操作与写操作相同，故此不再赘述。图4所示是SD卡的读写软件流程图。其具体程序代码如下：
      
    5 结束语
    该SD卡与STCl2C5A60S2单片机的接口电路已在实际的试验板上验证成功，并已证明可以正确实现数据通讯，故可对SD卡上的文件进行各种操作。