基于单片机和FAT16的SD卡读写系统设计

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。

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CMDO，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。

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。

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。

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。