基于AT89S52和FAT16的SD卡读写系统设计

　　FAT16文件系统中1个文件的存储示意图如图5所示。

　　图5 文件存储示例

　　3.2 SD卡指令规范

　　图6 SD卡指令格式

　　单片机通过相应指令与SD卡进行交互。SD卡有特定的指令格式，都是6字节长，最高有效位（MSB）传输优先，如图6所示。

　　SD卡指令的最高2位“01”是SD卡指令的开始标志，最后1位“1”是结束标志。6位的指令是SD卡的指令序号，例如CMD17的6位指令即17的二进制表示010001。指令参数占4字节，具体内容参照SD卡规范。7位CRC校检的生成多项式为G（x） =x7 +x3 + 1。事实上SD卡在进入SPI模式后，不再通过CRC码来确认指令的传输正确与否，指令中的7为CRC校检，只在SD模式下起作用。因此仅SD卡上电后的第1条切换SPI模式指令CMD0需要校检码，而此校检码是固定的0x95，其他指令的CRC均置1即可。

　　SD卡响应有4种格式，不同指令对应不同响应，具体内容可参看SD卡规范。

　　3.3 SD卡读写驱动

　　3.3.1 SPI时序模拟

　　用软件来模拟SPI总线的具体方法是：将SCK的初始状态置0，允许接收后（即CS置0）将SCK置1,这样单片机由DI线输出1位数据到SD卡；接着再将SCK置0，单片机由DO线从SD卡读1位数据。至此，模拟1位数据输入输出完成。此后再将SCK置1,依次循环8次，完成SPI总线1字节数据的输入输出。

　　以下是本系统软件模拟SPI时序的汇编代码。以通用寄存器A作为函数参数，实现将寄存器A中的数据通过SPI总线发送出去，并将从SPI总线读到的数据存到寄存器A中。

　　/*接口定义*/
　　CSBITP1.0
　　SCKBITP1.1
　　DIBITP1.2
　　DOBITP1.3
　　/*SPI总线读写函数，A为传递参数，用到R4*/
　　SPI_RW:MOVR4,#8
　　SPILOOP:
　　CLR　CLK
　　CLRDI
　　JNBACC.7,AAA
　　SETBDI
　　AAA:SETBCLK;在时钟上升沿发送一位数据
　　MOVC,DO
　　RLCA
　　CLRCLK；在时钟下降沿读入一位数据
　　DJNZR4,SPILOOP
　　CLRCLK
　　RET

　　3.3.2 SD卡的初始化

　　SD卡的初始化流程如图7所示。SD卡上电延时74个时钟周期后，单片机向SD卡发送复位命令CMD0，使SD卡进入SPI模式。之后循环发送激活SD卡指令CMD1，直到接收到SD卡响应的第0位为0。

　　图7 SD卡初始化流程

　　3.3.3 SD卡数据块的读写

　　完成SD卡的初始化后，就可以对SD卡进行读写操作。读写操作都是通过指令来完成的：单块写命令CMD24，多块写命令CMD25；单块读命令CMD17，多块读命令CMD18。单块读写时，数据块的长度为512字节，多块读写时SD卡收到1个停止命令CMD12后停止读写。图8、图9分别是单块读、写SD卡的软件流程。

　　图8 读SD卡流程                                                       图9 写SD卡流程

　　3.4 FAT16文件读写

　　按照FAT16文件系统的文件组织规范，编写读文件函数和写文件函数。 FAT16文件读写的软件流程如图10所示。

　　图10FAT16文件读写流程

　　结语

　　通过串口将本系统连接到PC进行测试，结果表明本系统完成了对FAT16文件系统下文件的读写。当采用11.059 2 MHz晶振时，读写速度和质量都令人满意。本系统采用51架构的AT89S52单片机,实现了基于FAT16文件系统的读写SD卡设计，整套系统成本较低，在嵌入式数据记录和存储中有广泛应用前景。