【正文】 大連科技學院2013屆本科畢業(yè)生設計(論文)大連科技學院畢 業(yè) 設 計 (論 文)題 目 基于單片機的sd卡數據操作設計 摘 要許多工業(yè)現(xiàn)場需要數據采集器完成各類數據采集工作。實際應用中要求數據采集器工作可靠，成本低廉，操作簡單便于數據收集和分析；既要方便與PC機聯(lián)機，又能獨立完成數據采集、存儲工作。SD卡在現(xiàn)在的日常生活與工作中使用也非常廣泛，時下已經成為最為通用的數據存儲卡。在諸如MP數碼相機等設備上也都采用SD卡作為其存儲設備。SD卡之所以得到如此廣泛的使用，是因為它價格低廉、存儲容量大、使用方便、通用性與安全性強等優(yōu)點。既然它有著這么多優(yōu)點，那么如果將它加入到單片機應用開發(fā)系統(tǒng)中來，將使系統(tǒng)變得更加出色。這就要求對SD卡的硬件與讀寫時序進行研究。長期以來，以Flash Memory為存儲體的SD卡因具備體積小、功耗低、可擦寫以及非易失性等特點而被廣泛應用于消費類電子產品中。特別是近年來，隨著價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(tǒng)需要長時間地采集、記錄海量數據時，選擇SD卡作為存儲媒質是開發(fā)者們一個很好的選擇。論文介紹了SD卡存儲采集數據電路設計原理、電路以及程序，詳細闡述了用AT89C51單片機對SD卡進行操作的過程。關鍵詞：單片機 sd卡 串口 通信 ABSTRACTMany industry site need data collector of all kinds of data acquisition work pleted. Practical application request data collector reliable, low cost, easy to operate, easy to data collection and analysis。 Both convenient and PC online, and independently plete the data acquisition, storage work.SD card is widely used in daily life and work. Now, it has bee the most mon data storage card. Such as MP3, digital cameras and other equipment are also using the SD card as the storage device. SD card is so widely used, because it has the advantages of low price, the advantages of large storage capacity, convenient use, versatility and strong safety. Since it has so many advantages, so if it is added to the MCU application development system, will make the system better. This requires hardware and read SD card to write time study.Longterm since, to Flash Memory memory SD card has small size, low power consumption, erasable and nonvolatile characteristics have been widely used in consumer electronic products. Especially in recent years, with falling prices and increasing storage capacity, its application range is extended. When the data acquisition system needs a long time to collect, record data, select the SD card as storage medium is the developers a good choice. This paper introduces the SD card store data acquisition circuit design principle, circuit and paper describes in detail the process of operation of SD card with AT89C51 single chip microputer.Key Words：Single chip microputer SD card Serial port Signal munication目 錄1 前 言 12 系統(tǒng)方案設計 23 系統(tǒng)硬件部分設計 3 SD卡簡介 3 SD卡的使用 3 SD卡發(fā)展歷程 4 4 單片機歷史 6 單片機的特點 7 單片機的基本組成 7 電源模塊 8 單片機最小系統(tǒng) 8 sd卡內部結構和工作原理 10 SD卡內部結構 10 sd卡引腳及功能 11 單片機與sd卡鏈接 12 12 12 134 軟件設計 14 軟件設計目標 14 設計環(huán)境 14 系統(tǒng)軟件設計 14 SD卡初始化 14 數據塊的讀寫 15 定時器T0函數流程圖 18結 論 19謝 辭 20參考文獻 21附 錄 2241 前 言SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數碼卡，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數碼相機、個人數碼助理(PDA)和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開發(fā)研制。SD卡為9引腳，目的是通過把傳輸方式由串行變成并行，以提高傳輸速度。它最大的特點就是通過加密功能，可以保證數據資料的安全保密，它還具備版權保護技術，所采用的版權保護技術是DVD中使用的CPRM技術（可刻錄介質內容保護）。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、快速數據傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。近年來, 單片機系統(tǒng)發(fā)展迅猛, 這不僅體現(xiàn)在 CPU處理能力迅速提升、 外界設備與處理器交互能力快速提高, 更體現(xiàn)在單片機系統(tǒng)的復雜性日益提高、 系統(tǒng)存儲容量急劇增大。這些變化對于數據操作的靈活性提出了越來越高的要求。 因此, 如何系統(tǒng)地、 靈活地管理數據文件就成了單片機系統(tǒng)開發(fā)者無法回避的問題。文件系統(tǒng)的使用使開發(fā)者獲得“ 路徑” 的概念, 從而回避了存儲介質的地址空間, 不用每次都從頭對物理介質進行操作。文件系統(tǒng)提供清晰明了的 API 函數, 使上層應用層不再關心底層存儲介質, 而方便地利用標準接口訪問底層存儲器。 標準化的接口和層次分明的程序增加了程序的可移植性。 因此在單片機系統(tǒng)中植入文件系統(tǒng)是單片機系統(tǒng)發(fā)展的必然結果。由于該系統(tǒng)是通過 SD卡模組向 SD卡寫入一系列文件, 這些文件需要被 Windows 系列操作系統(tǒng)正確識別, 并進行讀寫操作, 因此, 我們選擇了應用最為廣泛的 FAT16 文件系統(tǒng)。FAT16 是 Microsoft 開發(fā)的文件系統(tǒng), 是一種技術成熟、 結構簡單、 系統(tǒng)資源開銷小、 易于在單片機系統(tǒng)上的硬件平臺上實現(xiàn)的文件系統(tǒng)。它是 Microsoft 公司在其 MS2DOS操作系統(tǒng)中采用的文件系統(tǒng),具有出色的文件管理性能,能被當前大多數操作系統(tǒng)識別。因此,SD卡與 FAT16 文件系統(tǒng)相結合是嵌入式數據存儲、記錄系統(tǒng)的理想方案,可以將采集記錄的數據直接在 PC上讀取和處理。2 系統(tǒng)方案設計本系統(tǒng)采用 MCS 251 架構的 AT89S51單片機。AT89S51是一種低成本、 低功耗、 高性能的 CMOS 8 位微控制器,具有 8 KB 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。應用AT89S52 讀寫 SD 卡,首先要確定它們之間的通信方案。SD卡有 2 種可選的通信協(xié)議: SD 模式和 SPI 模式。SD模式是 SD 卡的標準讀寫方式,選用此模式需要選擇帶SD卡控制接口的 MCU 或者額外的 SD 卡控制單元。 SPI模式通過 SPI 總線完成 SD 卡與主控制器的通信。AT89S51沒有集成 SD 卡控制器,為了不增加額外的 SD卡控制單元硬件成本,本設計方案采用 SD 卡的 SPI 通信模式。雖然 AT89S51也沒有集成 SPI 接口模塊,但可以用軟件的方式模擬 SPI接口時序。另外一個要解決的問題是SD卡與AT89S51的電平匹配。SD卡的邏輯電平相當于3. 3 V 的 TTL 電平標準,AT89S51的邏輯電平為5 V CMOS電平。解決電平匹配問題的原則有2條:一為輸出電平器件輸出的高電平的最小值,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?？紤]到SD卡在SPI工作模式下,數據的傳輸都是單向的,這樣可以在單片機向 SD 卡傳輸數據時采用晶體管加下拉電阻的方法,基本電路如圖21所示。而在SD卡向單片機傳輸數據時可以采用直接連接,因為它們之間的電平剛好滿足上述的電平兼容原則,既經濟又實用。這個方案需要雙電源供電,1 個5 V電源,1 V電源。3 系統(tǒng)硬件部分設計 SD卡簡介SD卡在24mm32mm（Multilevel Cell）技術和Toshiba（東芝），通過9針的接口界面與專門的驅動器相連接，不需要額外的電源來保持其上記憶的信息。而且它是一體化固體介質，沒有任何移動部分，所以不用擔心機械運動的損壞。 SD卡的技術建是基于MultiMedia卡（MMC）格式上發(fā)展而來，大小和MMC差不多，尺寸為32mm x 24mm x 。長寬和MMC一樣，以容納更大容量的存貯單元。SD卡與MMC卡保持著向上兼容，也就是說，MMC可以被新的SD設備存取，兼容性則取決于應用軟件，但SD卡卻不可以被MMC設備存取。（SD卡外型采用了與MMC厚度一樣的導軌式設計，以使SD設備可以適合MMC)。 SD接口除了保留MMC的7針外，還在兩邊加多了2針，作為數據線。采用了NAND型Flash Memory，基本上和SmartMedia的一樣，平均數據傳輸率能達到2MB/s。 SD卡還提供不同的速度，它是按CDROM的150kB/秒為1倍速的速率計算方法來計算的。