【正文】 圖 SD卡存儲(chǔ)時(shí)間和電壓流程圖 定時(shí)器 T0 函數(shù)流程圖 系統(tǒng)要求四個(gè)通道每一秒中分別進(jìn)行一次 A/D 轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)采用 24MHz 晶振，一個(gè)周期 ，定時(shí)器初值賦值為 50ms，則 1s/(50ms*)=40,即溢出 40 次中斷一次為1s。 SD 卡的讀寫操作都是通過發(fā)送SD 卡命令完成的。此后， 系統(tǒng)便可讀取 SD 卡的各寄存器， 以進(jìn)行讀寫等操作。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化 要讓系統(tǒng)正常運(yùn)行首先要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要包括：定時(shí)器 T0初始化、 DS1302初始化、 LCD 初始化、 SD卡初始化、文件系統(tǒng)初始化。加入文件后點(diǎn) close 返回主界面，展開 “Source Group1” 前面 +號(hào)，就會(huì)看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。 圖 帶 SD卡的 TFT彩屏接口定義 帶 SD卡的 TFT 彩屏數(shù)據(jù)接口兼容 DY_mini80E 開發(fā)板上的 12864 液晶接口， GND 為1腳，對(duì)應(yīng) 12864 液晶插座的腳，其接口原理圖如圖 。 PCF8591 的 3 個(gè)地址引腳A0, A1 和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個(gè) I2C 總線上接入 8個(gè) PCF8591 器件，而無需額外的硬件。 復(fù)位按鈕按下時(shí)，電解電容 C10 通過 R10 放電，當(dāng)電解電容 C10 放電結(jié)束后， RST端的電位由 Rr和 R10 分壓比決定。這里說下用高電平復(fù)位：在 VCC和 RST端接一容量為 10uF左右的電解電容，再串聯(lián)一個(gè)電阻 R21(10KΩ )接地。 STC12C5A60S2 單片機(jī)中包含中央處理器 (CPU)、程序存儲(chǔ)器 (Flash)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (SRAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 UART 串口、串口 I/O 接口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換、 SPI接口、 PCA、看門狗及片內(nèi) R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。 5%, 單片機(jī)為 ，誤差為177。電源電路原理圖如圖 。并用 TFT 彩屏顯示經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后的四路實(shí)時(shí)電壓，用以觀察采集數(shù)據(jù)的變化。 CMD29：擦除寫保護(hù)塊的地址。 CMD17：讀單塊。命令傳送總是從左邊的位開始。如果把它們分開，那么每張卡將在輪到它的時(shí)候單獨(dú)接收。如果卡正在忙于往存儲(chǔ)介質(zhì)中寫數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)持續(xù)發(fā)一個(gè)“工作忙”的令牌給主機(jī)。 SPI 的命令和數(shù)據(jù)塊都是按 8個(gè)比特為單位進(jìn)行分組的，和 SD協(xié)議相似，SPI 的信息也分為控制幀、反饋幀和數(shù) 據(jù)幀，所有主機(jī)和卡之間的通信都被主機(jī)進(jìn)行控制，主機(jī)通過拉低 CS 信號(hào)以開始一個(gè)總線事務(wù)。數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)鏈路進(jìn) 行傳輸?shù)?。它的不利之處是降低了系統(tǒng)的性能，也沒有 SD 總線那樣更多的連接選項(xiàng)。 通過同步星型拓?fù)洌?SD 總線可以接一個(gè)主 SD 卡，或者多個(gè)從 SD 卡。 （ 2） SPI 方式驅(qū)動(dòng) SD 卡的方法 SD 卡 的 SPI 通信接口使其可以通過 SPI 通道進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。接口電路通過控制電路與內(nèi)部寄存器組成存儲(chǔ)單元交換數(shù)據(jù)，其主要操作有寫命令、讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)、讀狀態(tài)等。 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。雖然 AT89C52 不帶 SD 卡硬件控制器，也沒有現(xiàn)成的 SPI 接口模塊，但是可以用軟件模擬出 SPI 總線時(shí)序。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?；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。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)于許多無法使用嵌入操作系統(tǒng)的處理器，需要自己來實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng) ——— 在處理器中內(nèi)嵌文件系統(tǒng)。STC12C5A60S2。 針對(duì)傳統(tǒng)方法中 ? 單片機(jī) (MCU )讀 寫 SD 卡數(shù)據(jù)時(shí)需要執(zhí)行復(fù)雜的文件分區(qū)表數(shù)據(jù)操作?的缺點(diǎn) , 以 LED 護(hù)欄管顯示屏技術(shù)要求為例 , 提出了一種單片機(jī)主從系統(tǒng)中快速、簡(jiǎn)單的 SD 卡存儲(chǔ)器的訪問方法 , 并給出了一種實(shí)用的 SD 卡與單片機(jī)連接的接口電路。采用該方法讀取 SD 卡控制數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)文件的分區(qū)表格式無關(guān) , 因此支持 FAT3 NTFS、exFAT 等文件格式下從 16MB ~ 32 GB 的 SD 卡。 SD card。 長(zhǎng)期以來，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 。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁 共 40 頁 2 1 方案論證與選擇 題目來源 SD 存儲(chǔ)卡在嵌入式產(chǎn)品中應(yīng)用越來越廣泛，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)則由于資源限制沒有該接口。 本設(shè)計(jì)是 通過對(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。 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)。 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。 圖 SD卡的外形與接口 圖 SD卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 共 40 頁 5 SD 卡的引腳定義 SD 卡的引腳定義見表 表 SD卡引腳功能詳述 引腳 編號(hào) SD模式 SPI 模式 名稱 類型 描述 名稱 類型 描述 1 CD/DAT3 IO或 PP 卡檢測(cè) /數(shù)據(jù)線 3 CS I 片選 2 CMD PP 命令 /回應(yīng) DI I 數(shù)據(jù)輸入 3 VSS1 S 電 源地 VSS S 電源地 4 VDD S 電源 VDD S 電源 5 CLK I 時(shí)鐘 SCLK I 時(shí)鐘 6 VSS2 S 電源地 VSS2 S 電源地 7 DAT0 IO或 PP 數(shù)據(jù)線 0 DO O 或 PP 數(shù)據(jù)輸出 8 DAT1 IO或 PP 數(shù)據(jù)線 1 RSV 9 DAT2 IO或 PP 數(shù)據(jù)線 2 RSV 注： S：電源供給； I：輸入； O：采用推拉驅(qū)動(dòng)的輸出； PP：采用推拉驅(qū)動(dòng)的輸入輸出。從應(yīng)用的角度來看，采用 SPI 接口的好處在于，很多單片機(jī)內(nèi)部自帶 SPI 控制器，不光給開發(fā)上帶來方便，同時(shí)也見降低了開發(fā)成本。時(shí)鐘、電源和地信號(hào)是所有卡公用的。一般而言，兼容 SD 卡的 SPI 總線包含以下信號(hào)。 SD 總線協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸是以數(shù)據(jù)塊的方式進(jìn)行的。 SPI的反饋方式和 SD協(xié)議相比有以下3個(gè)方面的不同。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 共 40 頁 9 SD 卡的命令 SD 卡的命令格式 SD 卡的命令格式固定為 6個(gè)字節(jié) 48 個(gè)位，其格式如圖 所示。 ② 有響應(yīng)的廣播命令。 （ 2） SD 卡命令集 : 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 共 40 頁 10 SD 卡命令共分為 12 類，分別為 class0 到 classⅡ，不同的 SD 卡，主控根據(jù)其功能，支持不同的命令集如下： C1ass0： (卡的識(shí)別、初始化等基本命令集 )： CMD0：復(fù)位 SD 卡。 CMD18：讀多塊，直至主機(jī)發(fā)送 CMD12 為止。 CMD30： Ask the card for the status of the mite protection bits。 電源模塊 SD 卡的工作電平為 ，而控制芯片 STC12C5A60S2 的邏輯電平為 5V CMOS 電平標(biāo)準(zhǔn)。 圖 電源電路原理圖 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁 共 40 頁 12 該電路的基本工作過程是： 市電 220V 經(jīng)變壓器降壓變成 8V 交流，再經(jīng)整流橋 VD整流成約 直流，再經(jīng)過濾波電容 C C2 后經(jīng) LM7805 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓成穩(wěn)定的 5V 電壓供整個(gè)系統(tǒng)供電。 3% 12. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體 /時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 (溫漂為177。 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。 圖 復(fù)位電路 正常工作時(shí)，利用 RST 內(nèi)部復(fù)位下拉電阻 Rr（ 40KΩ 220KΩ）便構(gòu)成了復(fù)位電路。由于 RrR10，因此 RST 位高電平， CPU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，松手后，電解電容 C10 充電， RST 端電位下降， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過雙線雙向 I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 數(shù)據(jù)接口兼容DY_mini80E開發(fā)板 上12864 接口，GND為 1腳，對(duì)應(yīng) 12864的 1 腳，插接方式如圖 帶 SD 卡的 TFT 彩屏與DY_mini80E開發(fā)板 實(shí)物連接圖。Keil C51 軟件是一個(gè)基于 32位 Windows 環(huán)境的應(yīng)用程序，支持 C語言和匯編語言編程，其 μVision( 通常稱為 μV2) 。緊接著對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置，選擇工程 管理窗口的Target1，再選擇 ProjectOption for Target‘Target1’( 或點(diǎn)右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項(xiàng) )，打開工程屬性設(shè)置對(duì)話框，共有 8個(gè)選項(xiàng)卡，主要設(shè)置工作包括在 Target選項(xiàng)卡中設(shè)置晶振頻率、在 Debug 選項(xiàng)卡中設(shè)置實(shí)驗(yàn)仿真板等，如要寫片，還必須在Output 選項(xiàng)卡中選中 “Creat Hex Fi” ；其它選項(xiàng)卡內(nèi)容一般可取默認(rèn)值。其流程圖如 圖 所示。 SD卡初始化流程如圖 所示 。 SPI 總線模式支持單塊（ CMD24）和多塊（ CMD25）寫操作，多塊操作是指從指定位置開始寫下去，直到 SD 卡收到一個(gè)停止命令 CMD12 才停止。具體見流程圖 。 圖 讀 SD卡流程圖 圖 SD卡流程圖 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁 共 40 頁 24 SD 卡存儲(chǔ)時(shí)間和電壓流程圖 打開指定文件，若失?。礇]有該文件）那么就新建該指定文件，之后，追加該通道的日期時(shí)間和電壓值，具體見流程圖 。 完成 SD 卡的初始化之后即可進(jìn)行它的讀寫 操作。若主機(jī)讀到的應(yīng)答信號(hào)為 01，即表明 SD 卡已進(jìn)入 SPI 模式， 此時(shí)， 主機(jī)即可不斷地向 SD 卡發(fā)送命令字 (CMD1) 并讀取 SD 卡的應(yīng)答信號(hào)， 直到應(yīng)答信號(hào)為 00， 表明 SD卡已完成初始化過程， 并準(zhǔn)備好接受下一命令。在模擬調(diào)試程序后，還須通過編程器將 .hex 目標(biāo)文件燒寫入單片機(jī)中才能觀察目標(biāo)樣機(jī)真實(shí)的運(yùn)行狀況。這時(shí)工程管理窗口的文件頁 (Files)會(huì)出現(xiàn)“Target1” ，將其前面 +號(hào)展開，接著選擇 Source Group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單，選擇 “Add File to Group ‘Source Group1’” ，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求尋找并加入 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁 共 40 頁 20 源文件 (在加入一個(gè)源文件后，該對(duì)話框不會(huì)消失，而是等待繼續(xù)加入其它文件 )。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。圖 SD 卡的 TFT 彩屏接口定義。 PCF8591具有 4 個(gè)模擬輸入、 1 個(gè)模擬輸出和 1 個(gè)串行 I2C 總線接口。為了解決這一問題，在電解電容 C10上并 聯(lián)一個(gè)電阻 R10 和開關(guān) K。 DY_mini80E 開發(fā)板有兩種復(fù)位電路方式，如下圖 。 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) STC12C5A60S2 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。 1. 增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051