SD卡在单片机上的应用以及SD卡引脚 电路图及工作原理介绍

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流SD卡在单片机上的应用以及SD卡引脚 电路图及工作原理介绍.精品文档.SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点，那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来，将使系统变得更加出色。这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研究。对于SD卡的硬件结构，在官方的文档上有很详细的介绍，如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写

2、，最核心的是它的时序，笔者在经过了实际的测试后，使用51单片机成功实现了对SD卡的扇区读写，并对其读写速度进行了评估。下面先来讲解SD卡的读写时序。1） SD卡的引脚定义： SD卡引脚功能详述：引脚编号SD模式 SPI模式名称类型描述名称类型描述1CD/DAT3IO或PP卡检测/数据3#CSI片选2CMDPP命令/回应DII数据输入3VSS1S电源地VSSS电源地4VDDS电源VDDS电源5CLKI时钟SCLKI时钟6VSS2S电源地VSS2S电源地7DAT0IO或PP数据线0DOO或PP数据输出8DAT1IO或PP数据线1RSV 9DAT2IO或PP数据线2RSV 注：S：电源供给 I：输入

3、 O：采用推拉驱动的输出PP：采用推拉驱动的输入输出 SD卡SPI模式下与单片机的连接图： SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。采用不同的初始化方式可以使SD卡工作于SD方式或SPI方式。这里只对其SPI方式进行介绍。（2） SPI方式驱动SD卡的方法 SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。从应用的角度来看，采用SPI

4、接口的好处在于，很多单片机内部自带SPI控制器，不光给开发上带来方便，同时也见降低了开发成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能优势，要解决这一问题，就要用SD方式，因为它提供更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。以下介绍SD卡的驱动方法，只实现简单的扇区读写。1） 命令与数据传输1. 命令传输SD卡自身有完备的命令系统，以实现各项操作。命令格式如下： 命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下： 每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式，如下表所示：字节位含义 17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CR

5、C错误2非法命令1擦除复位0闲置状态字节位含义 17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态 27溢出，CSD覆盖6擦除参数5写保护非法4卡ECC失败3卡控制器错误2未知错误1写保护擦除跳过，锁解锁失败0锁卡写命令的例程：/- 向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节/-unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD) unsigned char tmp; unsigned char retry=0; unsigned char i; /禁止SD卡片选 SPI_CS=1; /发送8个时钟信

6、号 Write_Byte_SD(0xFF); /使能SD卡片选 SPI_CS=0; /向SD卡发送6字节命令 for (i=0;i<0x06;i+) Write_Byte_SD(*CMD+); /获得16位的回应 Read_Byte_SD(); /read the first byte,ignore it. do /读取后8位 tmp = Read_Byte_SD(); retry+; while(tmp=0xff)&&(retry<100); return(tmp);2） 初始化SD卡的初始化是非常重要的，只有进行了正确的初始化，才能进行后面的各项操作。在初始化过

7、程中，SPI的时钟不能太快，否则会造初始化失败。在初始化成功后，应尽量提高SPI的速率。在刚开始要先发送至少74个时钟信号，这是必须的。在很多读者的实验中，很多是因为疏忽了这一点，而使初始化不成功。随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式 初始化时序图： 初始化例程：/- 初始化SD卡到SPI模式/-unsigned char SD_Init() unsigned char retry,temp; unsigned char i; unsigned char CMD = 0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95;SD_Port_Init(); /初始化驱

8、动端口 Init_Flag=1; /将初始化标志置1 for (i=0;i<0x0f;i+) Write_Byte_SD(0xff); /发送至少74个时钟信号 /向SD卡发送CMD0 retry=0; do /为了能够成功写入CMD0,在这里写200次 temp=Write_Command_SD(CMD); retry+; if(retry=200) /超过200次 return(INIT_CMD0_ERROR);/CMD0 Error! while(temp!=1); /回应01h，停止写入 /发送CMD1到SD卡 CMD0 = 0x41; /CMD1 CMD5 = 0xFF; re

9、try=0; do /为了能成功写入CMD1,写100次 temp=Write_Command_SD(CMD); retry+; if(retry=100) /超过100次 return(INIT_CMD1_ERROR);/CMD1 Error! while(temp!=0);/回应00h停止写入 Init_Flag=0; /初始化完毕，初始化标志清零 SPI_CS=1; /片选无效 return(0); /初始化成功3） 读取CIDCID寄存器存储了SD卡的标识码。每一个卡都有唯一的标识码。CID寄存器长度为128位。它的寄存器结构如下：名称域数据宽度CID划分生产标识号MID8127:12

10、0OEM/应用标识OID16119:104产品名称PNM40103:64产品版本PRV863:56产品序列号PSN3255:24保留423:20生产日期MDT1219:8CRC7校验合CRC77:1未使用，始终为110:0它的读取时序如下： 与此时序相对应的程序如下：/- 读取SD卡的CID寄存器 16字节 成功返回0/-unsigned char Read_CID_SD(unsigned char *Buffer) /读取CID寄存器的命令 unsigned char CMD = 0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF; unsigned char temp; temp=

11、SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); /read 16 bytes return(temp);4）读取CSDCSD（Card-Specific Data）寄存器提供了读写SD卡的一些信息。其中的一些单元可以由用户重新编程。具体的CSD结构如下：名称域数据宽度单元类型CSD划分CSD结构CSD_STRUCTURE2R127:126保留-6R125:120数据读取时间1TAAC8R119:112数据在CLK周期内读取时间2（NSAC*100）NSAC8R111:104最大数据传输率TRAN_SPEED8R103:96卡命令集合CCC12R95:84最大读取数据块长READ_B

12、L_LEN4R83:80允许读的部分块READ_BL_PARTIAL1R79:79非线写块WRITE_BLK_MISALIGN1R78:78非线读块READ_BLK_MISALIGN1R77:77DSR条件DSR_IMP1R76:76保留-2R75:74设备容量C_SIZE12R73:62最大读取电流VDD minVDD_R_CURR_MIN3R61:59最大读取电流VDD maxVDD_R_CURR_MAX3R58:56最大写电流VDD minVDD_W_CURR_MIN3R55:53最大写电流VDD maxVDD_W_CURR_MAX3R52:50设备容量乘子C_SIZE_MULT3R49

13、:47擦除单块使能ERASE_BLK_EN1R46:46擦除扇区大小SECTOR_SIZE7R45:39写保护群大小WP_GRP_SIZE7R38:32写保护群使能WP_GRP_ENABLE1R31:31保留-2R30:29写速度因子R2W_FACTOR3R28:26最大写数据块长度WRITE_BL_LEN4R25:22允许写的部分部WRITE_BL_PARTIAL1R21:21保留-5R20:16文件系统群FILE_OFRMAT_GRP1R/W15:15拷贝标志COPY1R/W14:14永久写保护PERM_WRITE_PROTECT1R/W13:13暂时写保护TMP_WRITE_PROTEC

14、T1R/W12:12文件系统FIL_FORMAT2R/W11:10保留-2R/W9:8CRCCRC7R/W7:1未用，始终为1-1 0:0 读取CSD 的时序： 相应的程序例程如下：/- 读SD卡的CSD寄存器 共16字节 返回0说明读取成功/-unsigned char Read_CSD_SD(unsigned char *Buffer) /读取CSD寄存器的命令 unsigned char CMD = 0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF; unsigned char temp; temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); /read 16

15、bytes return(temp);4） 读取SD卡信息综合上面对CID与CSD寄存器的读取，可以知道很多关于SD卡的信息，以下程序可以获取这些信息。如下：/-/返回/ SD卡的容量，单位为M/ sector count and multiplier MB are inu08 =C_SIZE / (2(9-C_SIZE_MULT)/ SD卡的名称/-void SD_get_volume_info() unsigned char i; unsigned char c_temp5; VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf; vinf=&SD_volum

16、e_Info; /Init the pointoer;/读取CSD寄存器 Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat);/获取总扇区数 vinf->sector_count = sectorBuffer.dat6 & 0x03; vinf->sector_count <<= 8; vinf->sector_count += sectorBuffer.dat7; vinf->sector_count <<= 2; vinf->sector_count += (sectorBuffer.dat8 & 0xc0) &

17、gt;> 6; / 获取multiplier vinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat9 & 0x03; vinf->sector_multiply <<= 1; vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat10 & 0x80) >> 7;/获取SD卡的容量 vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply); / get the name of

18、the card Read_CID_SD(sectorBuffer.dat); vinf->name0 = sectorBuffer.dat3; vinf->name1 = sectorBuffer.dat4; vinf->name2 = sectorBuffer.dat5; vinf->name3 = sectorBuffer.dat6; vinf->name4 = sectorBuffer.dat7; vinf->name5 = 0x00; /end flag 以上程序将信息装载到一个结构体中，这个结构体的定义如下：typedef struct SD_V

19、OLUME_INFO /SD/SD Card info unsigned int size_MB; unsigned char sector_multiply; unsigned int sector_count; unsigned char name6; VOLUME_INFO_TYPE;5） 扇区读扇区读是对SD卡驱动的目的之一。SD卡的每一个扇区中有512个字节，一次扇区读操作将把某一个扇区内的512个字节全部读出。过程很简单，先写入命令，在得到相应的回应后，开始数据读取。扇区读的时序： 扇区读的程序例程：unsigned char SD_Read_Sector(unsigned lon

20、g sector,unsigned char *buffer) unsigned char retry; /命令17 unsigned char CMD = 0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF; unsigned char temp; /地址变换 由逻辑块地址转为字节地址 sector = sector << 9; /sector = sector * 512 CMD1 = (sector & 0xFF000000) >>24 ); CMD2 = (sector & 0x00FF0000) >>16 ); CMD3 =

21、 (sector & 0x0000FF00) >>8 ); /将命令17写入SD卡 retry=0; do /为了保证写入命令 一共写100次 temp=Write_Command_MMC(CMD); retry+; if(retry=100) return(READ_BLOCK_ERROR); /block write Error! while(temp!=0); /Read Start Byte form MMC/SD-Card (FEh/Start Byte)/Now data is ready,you can read it out. while (Read_Byt

22、e_MMC() != 0xfe); readPos=0; SD_get_data(512,buffer) ; /512字节被读出到buffer中 return 0;其中SD_get_data函数如下：/- 获取数据到buffer中/-void SD_get_data(unsigned int Bytes,unsigned char *buffer) unsigned int j; for (j=0;j<Bytes;j+) *buffer+ = Read_Byte_SD();6） 扇区写扇区写是SD卡驱动的另一目的。每次扇区写操作将向SD卡的某个扇区中写入512个字节。过程与扇区读相似，只

23、是数据的方向相反与写入命令不同而已。 扇区写的时序： 扇区写的程序例程：/- 写512个字节到SD卡的某一个扇区中去 返回0说明写入成功/-unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer) unsigned char tmp,retry; unsigned int i; /命令24 unsigned char CMD = 0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF; addr = addr << 9; /addr = addr * 512 CMD1 = (addr & 0xFF000000) >>24 ); CMD2 = (addr & 0x00FF0000) >>16 ); CMD3 = (addr & 0x0000FF00) >>8 ); /写命令24到SD卡中去 retry=0; do /为了可靠