【正文】 .........................................................11 單片機(jī)最小系統(tǒng) ...............................................................................................................12 單片機(jī)原理圖及其特性 .............................................................................................12 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) .....................................................................14 單片機(jī) STC12C5A60S2 最小系統(tǒng)的組成 ....................................................................14 帶 SD 卡的 TFT 彩屏 .................................................................................................17 4 軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................................19 軟件設(shè)計(jì)目標(biāo) ....................................................................................................................19 Keil 軟件簡(jiǎn)介 .....................................................................................................................19 Keil 軟件調(diào)試功能 ..............................................................................................................19 iv 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..........................................................................................................................20 系統(tǒng)初始化 ...............................................................................................................20 SD 卡初始化 .............................................................................................................22 數(shù)據(jù)塊的讀寫 ...........................................................................................................23 SD 卡存儲(chǔ)時(shí)間和電壓流程圖 ....................................................................................24 定時(shí)器 T0 函數(shù)流程圖 ...............................................................................................24 主體程序流程圖 ........................................................................................................25 5 結(jié)論 ........................................................................................................................................27 謝 辭 ........................................................................................................................................28 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................29 附 錄 ....................................................................................................................................30 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 40 頁(yè) 1 引言 微電子技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)不斷創(chuàng)新的過(guò)程，這種創(chuàng)新包括理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用的創(chuàng)新，每一種創(chuàng)新都能開(kāi)拓出一個(gè)新的領(lǐng)域，帶來(lái)新的市場(chǎng)，產(chǎn)生重大的影響。 現(xiàn)今對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求日趨增高，大量的采集數(shù)據(jù)使得很多采集系統(tǒng)都需要借助外部存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此對(duì)于外部介質(zhì)存儲(chǔ)容量以及傳輸速度的要求顯得尤為突出。 SD 卡作為一種基于半導(dǎo)體閃存工藝的存儲(chǔ)卡， 1999 年由日本松下、東芝和美國(guó)SanDisk 公司共同研制完成。其體積小、容量大以及數(shù)據(jù)傳輸快等優(yōu)點(diǎn)，是眾多電子設(shè)備理想的外部存儲(chǔ)介質(zhì)。在眾多廠商推動(dòng)下 ， SD 卡已成為目前消費(fèi)數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種存儲(chǔ)卡。 為使采集數(shù)據(jù)可直接在 PC 上讀取、處理，需要使用文件系統(tǒng)組織數(shù)據(jù)格式，文件系統(tǒng)即操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是對(duì)文件的管理規(guī)則，也是操作系統(tǒng)的重要組成部分。而操作系統(tǒng)對(duì)處理器要求較高，且占用一定的存儲(chǔ)空間，對(duì)于許多無(wú)法使用嵌入操作系統(tǒng)的處理器，需要自己來(lái)實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng) ——— 在處理器中內(nèi)嵌文件系統(tǒng)。 長(zhǎng)期以來(lái)，以 Flash Memory 為存儲(chǔ)體的 SD 卡因具備體積小、功耗低、可擦寫以及非易失性等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品中 。特別是近年來(lái)，隨著價(jià)格不斷下降且存儲(chǔ)容量不斷提高，它的應(yīng)用范圍日益增廣。當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間地采集、記錄海量數(shù)據(jù)時(shí)，選擇 SD 卡作為存儲(chǔ)媒質(zhì)是開(kāi)發(fā)者們一個(gè)很好的選擇。在電能監(jiān)測(cè)以及無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)中，要連續(xù)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(shù)，當(dāng)單片機(jī)采集到這些數(shù)據(jù)時(shí)可以利用 SD 作為存儲(chǔ)媒質(zhì)。 單片機(jī)是智能化模塊，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀寫的功能，并且支持匯編和 C 語(yǔ)言編程，在工作電壓穩(wěn)定的條件下可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作，而且還具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。在讀寫 SD卡中，單片機(jī)比 PC 機(jī)更適合在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間工 作。而 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定?；诖颂攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)采用 PCF8591 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，用 STC12C5A60S2 單片機(jī)對(duì)SD 卡進(jìn)行讀寫操作。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 40 頁(yè) 2 1 方案論證與選擇 題目來(lái)源 SD 存儲(chǔ)卡在嵌入式產(chǎn)品中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但 SD 卡接口一般僅集成以 ARM 為代表的 32 位處理器中，而大量運(yùn)用的 51 單片機(jī)則由于資源限制沒(méi)有該接口。因此，如何解決 51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)存取 SD 卡大容量數(shù)據(jù)就顯得很有實(shí)際意義。 研究目的和意義 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很 難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 51 單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。 SD 卡（ Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全 數(shù)碼卡 ，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理 (PDA)和多媒體播放器等。 SD 卡由日本松下、東芝及美國(guó) SanDisk 公司于 1999年 8 月共同開(kāi)發(fā)研制。大小猶如一張郵票的 SD 記憶卡，重量只有 2 克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性。 本設(shè)計(jì)是 通過(guò)對(duì) 51 單片機(jī)與 SD 卡的驅(qū)動(dòng)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)普通單片機(jī)對(duì)大量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存。 主要 研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 設(shè)計(jì)研究的是 SD 卡與單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì) ，因此首要的任務(wù)是 尋找一個(gè)實(shí)現(xiàn)AT89C52 單片機(jī)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。 SD 卡有兩個(gè)可選的通訊協(xié)議： SD 模式和 SPI 模式。 SD 模式需要選擇帶有 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。 AT89C52單片機(jī)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 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 40 頁(yè) 3 本。在 SD 卡數(shù)據(jù)讀寫時(shí)間 要求不是很嚴(yán)格的情況下，選用 SPI 模式可以說(shuō)是一種最佳的解決方 案。因?yàn)樵?SPI 模式下，通過(guò)四條線就可以完成所有的數(shù)據(jù)交換，并且目前市場(chǎng)上很多 MCU 都集成有現(xiàn)成的 SPI 接口電路，采用 SPI 模式對(duì) SD 卡進(jìn)行讀寫操作可大大簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)。雖然 AT89C52 不帶 SD 卡硬件控制器，也沒(méi)有現(xiàn)成的 SPI 接口模塊，但是可以用軟件模擬出 SPI 總線時(shí)序。 SD 卡的邏輯電平相當(dāng)于 TTL 電平標(biāo)準(zhǔn)，而控制芯片 AT89C52 的邏輯電平為 5V CMOS 電平標(biāo)準(zhǔn)。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(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?？紤]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(jī)向 SD 卡傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采用晶體管加上拉電阻法的方案。而在 SD 卡向單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)可以直接連接，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。 其次是硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的選擇，包括 單片機(jī)和 SD 卡選型 、編程語(yǔ)言、軟件開(kāi)發(fā)工具、 軟件仿真工具 等。根據(jù)實(shí)際 情況，本課題使用的是 AT89C52 單片機(jī) ， SD 卡為SanDisk 公司的 2G 卡， 編程語(yǔ)言為 C語(yǔ)言 ， Keil +Proteus 用于 程序代碼的編輯、編譯及系統(tǒng)仿真 。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 共 40 頁(yè) 4 2 SD 卡簡(jiǎn)介 SD 卡的系統(tǒng)概念 SD 卡的結(jié)構(gòu) SD 卡的外形與接口如圖 ，它有 9 個(gè)接點(diǎn)與主機(jī)相連，其接口端定義如表 示。 SD 卡有兩種操作模式，一種是 SD模式，另一種是 SPI 模式，不同模式下端口的定義不同。 SD 模式有一個(gè)時(shí)鐘線、一個(gè)命令 /反饋線、四根輸入 /輸出信號(hào)線、兩個(gè)電源地和一個(gè)電源，所有九 根線都有定義，數(shù)據(jù)傳輸速率較快。 SPI 模式只用到 CS片選、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、時(shí)鐘、電源地及電源六根線。 SPI 模式較 SD模式速度較慢，但很多單片機(jī)都有專用的 SPI總線，可與 SD 卡直接相連，使用方便。 SD 卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ，主要有四部分組成，一是接口電路，共有九個(gè)接口電路，定義如表 1 所示。二是接口控制電路，所有操作都由該控制電路具體去執(zhí)行。三是內(nèi)部寄存器