設(shè)計(jì)方案

　　應(yīng)用at89c52讀寫(xiě)sd卡有兩點(diǎn)需要注意。首先，需要尋找一個(gè)實(shí)現(xiàn)at89c52單片機(jī)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(wèn)題。

通訊模式

　　sd卡有兩個(gè)可選的通訊協(xié)議：sd模式和spi模式。sd模式是sd卡標(biāo)準(zhǔn)的讀寫(xiě)方式，但是在選用sd模式時(shí)，往往需要選擇帶有sd卡控制器接口的mcu，或者必須加入額外的sd卡控制單元以支持sd卡的讀寫(xiě)。然而，at89c52單片機(jī)沒(méi)有集成sd卡控制器接口，若選用sd模式通訊就無(wú)形中增加了產(chǎn)品的硬件成本。在sd卡數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)間要求不是很?chē)?yán)格的情況下，選用spi模式可以說(shuō)是一種最佳的解決方案。因?yàn)樵趕pi模式下，通過(guò)四條線就可以完成所有的數(shù)據(jù)交換，并且目前市場(chǎng)上很多mcu都集成有現(xiàn)成的spi接口電路，采用spi模式對(duì)sd卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作可大大簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)。

　　雖然at89c52不帶sd卡硬件控制器，也沒(méi)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。本文用spi總線模式讀寫(xiě)sd卡。

電平匹配

　　sd卡的邏輯電平相當(dāng)于3.3v 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)。因此，它們之間不能直接相連，否則會(huì)有燒毀sd卡的可能。出于對(duì)安全工作的考慮，有必要解決電平匹配問(wèn)題。

　　要解決這一問(wèn)題，最根本的就是解決邏輯器件接口的電平兼容問(wèn)題，原則主要有兩條：一為輸出電平器件輸出高電平的最小電壓值，應(yīng)該大于接收電平器件識(shí)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(yīng)該小于接收電平器件識(shí)別為低電平的最高電壓值。

　　一般來(lái)說(shuō)，通用的電平轉(zhuǎn)換方案是采用類似sn74alvc4245的專用電平轉(zhuǎn)換芯片，這類芯片不僅可以用作升壓和降壓，而且允許兩邊電源不同步。但是，這個(gè)方案代價(jià)相對(duì)昂貴，而且一般的專用電平轉(zhuǎn)換芯片都是同時(shí)轉(zhuǎn)換8路、16路或者更多路數(shù)的電平，相對(duì)本系統(tǒng)僅僅需要轉(zhuǎn)換3路來(lái)說(shuō)是一種資源的浪費(fèi)。

　　考慮到sd卡在spi協(xié)議的工作模式下，通訊都是單向的，于是在單片機(jī)向sd卡傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采用晶體管加上拉電阻法的方案，基本電路如圖1所示。而在sd卡向單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)可以直接連接，因?yàn)樗鼈冎g的電平剛好滿足上述的電平兼容原則，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。

　　這個(gè)方案需要雙電源供電（一個(gè)5v電源、一個(gè)3.3v電源供電），3.3v電源可以用ams1117穩(wěn)壓管從5v電源穩(wěn)壓獲取。

硬件接口設(shè)計(jì)

　　sd卡提供9pin的引腳接口便于外圍電路對(duì)其進(jìn)行操作，9pin的引腳隨工作模式的不同有所差異。在spi模式下，引腳1（dat3）作為spi片選線cs用，引腳2（cmd）用作spi總線的數(shù)據(jù)輸出線mosi，而引腳7（dat0）為數(shù)據(jù)輸入線miso，引腳5用作時(shí)鐘線（clk）。除電源和地，保留引腳可懸空。

　　本文中控制sd卡的mcu是atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能cmos 8位單片機(jī)at89c52，內(nèi)含8k字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和256字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于at89c52只有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而sd卡的數(shù)據(jù)寫(xiě)入是以塊為單位，每塊為512字節(jié)，所以需要在單片機(jī)最小系統(tǒng)上增加一片ram。本系統(tǒng)中ram選用存儲(chǔ)器芯片hm62256，容量為32k。對(duì)ram進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，鎖存器把低8位地址鎖存，與p2口的8位地址數(shù)據(jù)構(gòu)成16位地址空間，從而可使sd卡一次讀寫(xiě)512字節(jié)的塊操作。系統(tǒng)硬件圖如圖2所示。

軟件設(shè)計(jì)

spi工作模式

　　sd卡在上電初期自動(dòng)進(jìn)入sd總線模式，在此模式下向sd卡發(fā)送復(fù)位命令cmd0。如果sd卡在接收復(fù)位命令過(guò)程中cs低電平有效，則進(jìn)入spi模式，否則工作在sd總線模式。

　　對(duì)于不帶spi串行總線接口的at89c52單片機(jī)來(lái)說(shuō)，用軟件來(lái)模擬spi總線操作的具體做法是：將p1.5口（模擬clk線）的初始狀態(tài)設(shè)置為1，而在允許接收后再置p1.5為0。這樣，mcu在輸出1位sck時(shí)鐘的同時(shí)，將使接口芯片串行左移，從而輸出1位數(shù)據(jù)至at89c52單片機(jī)的p1.7（模擬miso線），此后再置p1.5為1，使單片機(jī)從p1.6（模擬mosi線）輸出1位數(shù)據(jù)（先為高位）至串行接口芯片。至此，模擬1位數(shù)據(jù)輸入輸出便完