基于單片機和FAT16的SD卡讀寫系統設計

引 言
長期以來，閃存卡(SD卡、MMC卡等)因其體積小、功耗低、容量大和非易失性等特點，在嵌入式存儲領域的應用越來越廣泛。特別是近年來，隨著閃存技術的發展，閃存卡價格不斷下降且存儲容量不斷提高。當數據采集系統需要長時間地采集和記錄海量數據時，應用SD卡作為存儲介質是很好的選擇，例如電能檢測、溫度濕度檢測、病人心肺數據記錄等。FAT16文件系統是。Microsoft公司在其MS-DOS 操作系統中采用的文件系統，具有出色的文件管理性能，能被當前大多數操作系統識別。因此，將SD卡與FAT16文件系統相結合是嵌入式數據存儲、記錄系統的理想方案，可以將采集記錄的數據直接在PC上讀取和處理。本文研究和設計了基于AT89S52單片機和FAT16文件系統的SD卡讀寫系統。

1 系統方案介紹
本系統采用MCS-51架構的AT89S52單片機。AT89S52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。AT89S52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AT89S52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AT89S52的電平匹配。SD卡的邏輯電平相當于3．3 V的TTL電平標準，AT89S52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。
考慮到SsD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1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個3．3 V電源。