【文章內(nèi)容簡介】 在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。 ，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。2．3 單片機的應用領域目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 　　單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇： 總控制方框圖2．4 單片機的特點 ： 1 、具有優(yōu)異的性能價格比 2 、集成度高、體積小、可靠性高 3 、控制功能強 4 、低電壓、低功耗 2．5 單片機的基本組成 ： 它由 CPU 、存儲器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時 / 計數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。 輸入 / 輸出引腳 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ：~P0 。 7 ： P0 口是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲器時，它分時作低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。在EPROM 編程時，由 P0 輸入指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證程序時，要求外接上拉電阻。 P0 能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL 負載。 P1. 0 ~P1. 7 （ 1~8 腳）： P1 是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和驗證程序時，由它輸入低 8 位地址。 P1 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。 在 8032/8052 中， P1. 0 還相當于專用功能端 T2 ，即定時器的計數(shù)觸發(fā)輸入端； P1. 1 還相當于專用功能端T2EX ，即定時器 T2 的外部控制端。~ （ 21~28 腳）： P2 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，由它輸出高 8 位地址。在對 EPROM 編程和程序驗證時，由它輸入高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。P3. 0 ~P3. 7 （ 10~17 腳）： P3 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口。在 MCS51 中，這 8 個引腳還用于專門的第二功能。 P3 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。 P3. 0 RXD （串行口輸入） P3. 1 TXD （串行口輸出） P3. 2 INT0 （外部中斷 0 輸入） P3. 3 INT1 （外部中斷 1 輸入） P3. 4 T0 （定時器 0 的外部輸入） P3. 5 T1 （定時器 1 的外部輸入） P3. 6 WR （片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3. 7 RD （片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 4]2．6單片機的應用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等?？梢赃@樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。某些專用單片機設計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，GPS導航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。 3 本設計的主要工作應用AT89C52讀寫SD卡有兩點需要注意。首先，需要尋找一個實現(xiàn)AT89C52單片機與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題。4 SPI模式 SPI模式的介紹。此接口在上電（CMD0）后的每一個復位命令期間被選擇。SPI標準只定義物理鏈接，而不提供數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。SD存儲卡SPI執(zhí)行利用SD存儲卡協(xié)議和命令集的子集。SPI（Serial Peripheral Interface－－串行外設接口）總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口，它可以使MCU 與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。外圍設備包括 FLASHRAM、網(wǎng)絡控制器、LCD 顯示驅(qū)動器、A／D 轉(zhuǎn)換器和MCU 等。SPI 總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用4 條線：串行時鐘線（SCK）、主機輸入／從機輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機輸出／從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI 和低電平有效的從機選擇線SS （有的SPI 接口芯片帶有中斷信號線INT 或INT、有的SPI 接口芯片沒有主機輸出／從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI）。由于SPI 系統(tǒng)總線一共只需3～4 位數(shù)據(jù)線和控制線即可實現(xiàn)與具有SPI 總線接口功能的各種I／O 器件進行接口，而擴展并行總線則需要8 根數(shù)據(jù)線、8～16 位地址線、2～3 位控制線，因此，采用SPI 總線接口可以簡化電路設計，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I／O 口線，提高設計的可靠性。由此可見，在MCS51 系列等不具有SPI 接口的單片機組成的智能儀器和工業(yè)測控系統(tǒng)中，當傳輸速度要求不是太高時，使用SPI 總線可以增加應用系統(tǒng)接口器件的種類，提高應用系統(tǒng)的性能。4．2 SPI 總線的組成利用SPI 總線可在軟件的控制下構(gòu)成各種系統(tǒng)。如1 個主MCU 和幾個從MCU、幾個從MCU 相互連接構(gòu)成多主機系統(tǒng)（分布式系統(tǒng)）、1 個主MCU 和1 個或幾個從I／O 設備所構(gòu)成的各種系統(tǒng)等。在大多數(shù)應用場合，可使用1 個MCU 作為主控機來控制數(shù)據(jù)，并向1 個或幾個從外圍器件傳送該數(shù)據(jù)。從器件只有在主機發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)的傳輸格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。SPI 總線接口系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。當一個主控機通過SPI 與幾種不同的串行I／O 芯片相連時，必須使用每片的允許控制端，這可通過MCU 的I／O 端口輸出線來實現(xiàn)。但應特別注意這些串行I／O 芯片的輸入輸出特性：首先是輸入芯片的串行數(shù)據(jù)輸出是否有三態(tài)控制端。平時未選中芯片時，輸出端應處于高阻態(tài)。若沒有三態(tài)控制端，則應外加三態(tài)門。否則MCU 的MISO 端只能連接1 個輸入芯片。其次是輸出芯片的串行數(shù)據(jù)輸入是否有允許控制端。因為只有在此芯片允許時，SCK 脈沖才把串行數(shù)據(jù)移入該芯片；在禁止時，SCK 對芯片無影響。若沒有允許控制端，則應在外圍用門電路對SCK 進行控制，然后再加到芯片的時鐘輸入端；當然，也可以只在SPI 總線上連接1 個芯片，而不再連接其它輸入或輸出芯片。4．3 SPI總線協(xié)定SD卡是基于命令和數(shù)據(jù)流,這些命令和數(shù)據(jù)流以一個起始位開始,，且每個字節(jié)與CS片選信號對齊（例如：此長度是8時鐘周期的倍數(shù)）。類似于SD存儲卡協(xié)議，SPI短信是由命令，響應和數(shù)據(jù)塊環(huán)組成。所有的通信都由主機控制，主機通過拉低CS來啟動每個總線事務。SPI模式下的響應行為有三個方面和SD模式不同：被選擇的卡總是回應命令。使用附加的（8位）響應結(jié)構(gòu)。當卡遇到一個數(shù)據(jù)檢索問題時，它會用一個響應錯誤來回應(替換預期的數(shù)據(jù)塊)，而不是SD模式中的超時。除了命令響應之外，每一個在寫操作期間發(fā)送到卡的數(shù)據(jù)塊將以一個特殊的數(shù)據(jù)響應令牌來被響應。一個數(shù)據(jù)塊可能和一個寫塊(WRITE_BL_LEN)一樣大，也可能和一個信號字一樣小。部分塊的讀/寫操作都被卡中CSD寄存器中所敘述的被選擇的項使能。 總線傳輸保護每個在總線上傳輸?shù)腟D存儲卡令牌被CRC位保護。在SPI模式下，SD存儲卡提供一個非保護模式。此模式使系統(tǒng)用可靠的數(shù)據(jù)鏈接來建立，以排除（否定）硬件或軟件需要執(zhí)行CRC生成和校驗功能。在非保護模式下，命令、響應和數(shù)據(jù)令牌的CRC位在令牌中仍被需要，盡管，對于發(fā)送器，它們被定義成“don39。t care”，且被接收器忽略。在非保護模式下，SPI接口被初始化。盡管，RESET命令用于使卡切換到SPI模式，但它是在SD模式下被卡接收，所以，必須有一個有效的CRC域。因為CMD0沒有參數(shù)，所有的域的內(nèi)容（包括CRC域）都是常數(shù)，不需要在運行時間計算出來。一個有效的復位命令是：0x40,0x0, 0x0, 0x0, 0x0,0x95主機可以用CRC_ON_OFF命令（CMD59）開關卡的CRC選項。4．5 讀數(shù)據(jù)SPI支持單塊讀和多塊讀操作（在SD存儲卡協(xié)議中的CMD17 OR CMD18）。當接收一個有效的讀命令后卡將在一個在SET_BLOCK_LEN(CMD16)定義了長度的數(shù)據(jù)令牌之后，用一個響應令牌作出回復。（參考Figure41）Figure41 單塊讀操作一個有效的數(shù)據(jù)塊被添加了一個16位CRC，此CRC由CCITT標準多項式X16+X12+X5+1生成。能被READ_BL_LEN給出的最大的塊的的長度大CSD中定義了。如果片塊被允許，塊長度可以是1~MAX塊大小之間的任何長度。否則，數(shù)據(jù)讀的有效塊長度只是在READ_BL_LEN中給出的值。起始地址可以是在卡的有效地址范圍內(nèi)的任何字節(jié)地址。但是，每一個塊，必須包含入一個單一的物理卡扇區(qū)中。如發(fā)生一個可修復錯誤，卡不會傳輸任何數(shù)據(jù)，而是發(fā)送一個特定的數(shù)據(jù)錯誤令牌到主機。Figure42:讀操作數(shù)據(jù)錯誤在多塊讀操作中，每一個被傳輸?shù)膲K有它的16CRC位。停止傳輸命令將實際地停止數(shù)據(jù)傳輸操作。（與SD模式相同）Figure43：多塊讀操作4．6 寫數(shù)據(jù)在SPI模式下，SD存儲卡支持單塊和多塊寫命令。在接收到有效的寫命令（CMD2CMD25）之后，卡將以一個響應令牌響應，然后等待主機發(fā)來數(shù)據(jù)塊。CRC后綴、塊長度和起始地址都與讀操作相同。（例外：控制片塊讀讀操作的CSD參數(shù)WRITE_BL_PARTIAL）Figure44：單塊寫操作每一個數(shù)據(jù)有一個一字節(jié)的“start block”令牌的前綴。在一個數(shù)據(jù)塊被接收后，卡有一個數(shù)據(jù)響應令牌的響應。如果數(shù)據(jù)無誤地接收，它將會被編程。只要卡忙于編程，一個忙令牌的連續(xù)流將會被發(fā)到主機（有效地使DataOut數(shù)據(jù)線為低電平）一旦編程操作完成，主機可用SEND_STATUS命令（CMD13）來檢查編程的結(jié)果。在編程期間僅某些錯誤（如地址超出范圍，寫保護）被探測到。在數(shù)據(jù)塊和data_response令牌中，有效校驗僅是這CRC和Write Error 指示。在多塊寫操作中，停止傳輸是通過發(fā)送“Stop Tran”令牌而不是在下一塊開頭的“Start Block”令牌。如果在數(shù)據(jù)響應（data_response）中發(fā)生Write Error 指示，主機要利用SEND_NUM_WR_BLOCKS(ACMD22)去獲得有多少個好塊被寫入。Figure45：多塊寫操作當卡正忙，復位CS信號不會終結(jié)編程過程。卡會釋放DataOut（tristate）并且繼續(xù)編程。如果卡在編程完成之前重新選擇，DataOut線將會被強行回到低電平且所有的命令將會被拒絕。復位一張（用CMD0）將會終結(jié)任何懸而未決的或激活的編程操作。這樣將會破壞卡上的數(shù)據(jù)格式。主機要有保護它的責任。4．7 擦除和寫保護在SPI模式下擦除和寫保護管理程序與SD模式下的相同。當卡正在擦除或者正在改變預定扇區(qū)清單的寫保護位時，它將會進入忙狀態(tài)且使DataOut線為低電平。圖46舉例說明了一個有和沒有忙信號的無數(shù)據(jù)的總線事務。Figure46：無數(shù)據(jù)的操作4．8 讀CID/CSD寄存器跟SD存儲卡協(xié)議不同（在那里寄存器的內(nèi)容是作為一個命令響應發(fā)