SD卡测试程序教程

651076842

SD卡测试程序教程 [复制链接]

 

一、实验目标：

该程序主要是通过串口调试助手来查看SD卡的信息，并对其中的文件进行打开与读取，并通过串口调试助手将内容以及一些必要的数据参数显示出来。

二、硬件设计

应用单片机读写SD卡有两点需要注意。首先，需要寻找一个实现单片机与SD卡通讯的解决方案；其次，SD卡所能接受的逻辑电平与单片机提供的逻辑电平不匹配，需要解决电平匹配问题。

1、通讯模式

SD卡有两个可选的通讯协议：SD模式和SPI模式。SD模式是SD卡标准的读写方式，但是在选用SD模式时，往往需要选择带有SD卡控制器接口的MCU，或者必须加入额外的SD卡控制单元以支持SD卡的读写。然而，单片机没有继承SD卡的控制器接口，若选用SD模式通讯就无形中增加了产品的硬件成本。在SD卡数据读写时间要求不是很严格的情况下，选用SPI模式可以说是一种最佳的解决方案。因为在SPI模式下，通过四条线就可以完成所有的数据交换，并且目前市场上很多MCU都集成有现成的SPI接口电路，采用SPI模式对SD卡进行读写操作可大大简化硬件电路的设计。而我们所用的STC12C5A60S2是有现成的SPI接口模块的。

2、电平匹配

SD卡的逻辑电平相当于3.3V TTL电平标准，而控制芯片STC12C5A60S2的逻辑电平为5V CMOS电平标准。因此，他们之间不能直接相连，否则会有烧毁SD卡的可能。处于对安全工作的考虑，有必要解决电平匹配问题。

要解决这一问题，最根本的就是解决逻辑器件接口的电平兼容问题，原则抓药有两条：一为输出电平器件输出高电平的最小电压值，应该大于接收电平器件识别为高电平的最低电压值；另一条为输出电平器件输出低电平的最大电压值，应该小于接收电平器件识别为低电平的最高电压值。

一般来收，通用的电平转换方案是采用类似SN74ALVC4245的专用电平转换新品，这类芯片不仅可以用作升压和降压，而且允许两边电源不同步。但是，这个方案代价相对昂贵，而且一般的专用电平转换芯片都是8路、16路或者更多路数的电平，相对本系统仅仅需要3路来说是一种资源浪费。

考虑到SD卡在SPI协议的工作模式下，通讯是单向的，于是在单片机向SD卡传输数据时采用上拉47K电阻的方案。而在SD卡向单片机传输数据时可以直接连接，因为他们之间的电平刚好满足上述的电平兼容原则，既经济又实用。

	file:///C:\Users\larry\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-26090.png

3.3V电源可以用AMS1117稳压管从5V电源稳压获取。

3、硬件接口设计

SD卡提供9Pin的引脚接口便于外围电路对其进行操作，9Pin的引脚随工作模式的不同有所差异。在SPI模式下，引脚1（DAT3）作为SPI片选线CS用，引脚2（CMD）用作SPI总线的数据输出线MOSI，而引脚7（DAT0）为数据输入线MISO，引脚5用作时钟线（CLK）。除电源和地，保留引脚可悬空。

三、软件设计

1、SPI工作模式与SD卡初始化

SD卡从上电到到对SD卡进行正确的读写操作，旺旺都需要一个上电初始化的过程。SD卡上电后，主机必须先向SD卡发送74个时钟周期，以完成SD卡的上电过程。通常SD卡上电后会自动进入SD总线模式，并在SD总线模式下向SD卡发送复位命令（CMD0）。因此，主机在对SD卡进行任何操作前，都必须先要拉低SD卡的片选信号CS，以使SD卡进入SPI总线模式，然后再由主机向SD卡发送命令。SD卡可以响应主机发来的各种应答信号，同事向主机发送一个特殊的数据响应标志。若主机读到的应答信号为01，即表明SD卡已进入SPI模式，此时，主机即可不断地向SD卡发送命令（CMD1）并读取SD卡的应答信号，直到应答信号为00，表明SD卡已完成初始化过程，并准备好接收下一命令。伺候，系统便可读取SD卡的各寄存器，以进行读写等操作。

本程序中调用下面的函数进行SD卡初始化

void znFAT_Device_Init()

{

SD_Reset();

SD_Init();

}

/******************************************************************

- 功能描述：复位SD卡，用到CMD0，使用SD卡切换到SPI模式

- 隶属模块：SD卡模块

- 函数属性：外部，供用户调用

- 参数说明：无

- 返回说明：调用成功，返回0x00，否则返回INIT_CMD0_ERROR (sd.h中有定义)

******************************************************************/

unsigned char SD_Reset()//SD卡复位，进入SPI模式，使用CMD0（命令0）

{

unsigned char time,temp,i;

unsigned char pcmd[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95}; //命令0的字节序列

is_init=1; //将is_init置为1

SD_CS=1;  //关闭片选

for(i=0;i<0x0f;i++) //初始时，首先要发送最少74个时钟信号，这是必须的！！！

{

  SD_spi_write(0xff); //120个时钟

}

SD_CS=0; //打开片选

time=0;

do

{

  temp=SD_Write_Cmd(pcmd);//写入CMD0

  time++;

  if(time==TRY_TIME)

  {

   SD_CS=1; //关闭片选

   return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0写入失败

  }

}while(temp!=0x01);

SD_CS=1; //关闭片选

SD_spi_write(0xff); //按照SD卡的操作时序在这里补8个时钟

return 0;//返回0,说明复位操作成功

}

/******************************************************************

- 功能描述：初始化SD卡，使用CMD1

- 隶属模块：SD卡模块

- 函数属性：外部，供用户调用

- 参数说明：无

- 返回说明：调用成功，返回0x00，否则返回INIT_CMD1_ERROR (sd.h中有定义)

******************************************************************/

unsigned char SD_Init()        //初始化，使用CMD1（命令1）

{  

unsigned char time,temp;

unsigned char pcmd[] = {0x41,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff}; //命令1的字节序列

SD_CS=0; //打开片选

time=0;

do

{

  temp=SD_Write_Cmd(pcmd);

  time++;

  if(time==TRY_TIME)

  {

   SD_CS=1; //关闭片选

   return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1写入失败

  }

}while(temp!=0);

is_init=0; //初始化完毕，将is_init设置为0,为了提高以后的数据传输速度

SD_CS=1;  //关闭片选

SD_spi_write(0xff); //按照SD卡的操作时序在这里补8个时钟

return(0); //返回0,说明初始化操作成功

}

2、文件系统初始化

1）什么是文件系统

操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构成为文件管理系统，简称文件系统。具体地说，它负责为用户建立文件，存入、独处、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件等。

2）本系统采用的文件系统

本系统采用FAT32文件系统，该文件系统开源，免费，用途广泛，并且可以很好的和PC机兼容，该文件系统是个不错的选择。

3）FAT文件系统的使用

在使用FAT文件系统在SD卡上进行文件操作前，我们首先要做的就是将SD卡的扇区读写函数与FAT的存储设备进行挂接。

在FAT中提供了两个用于标定存储设备的全局变量，Dev_NO是设备号，FAT通过它来选择存储设备驱动。pArg是一个指针，FAT通过pArg所指向的参数集合，来获取在标定的存储上操作文件所需要的重要参数。所以在进行SD卡与FAT进行挂接时，要进行定义，程序如下：

unsigned char Dev_No; //设备号

struct znFAT_Init_Arg *pArg; //用于指针文件系统参数集合的指针

在znFAT_Init_Arg中有许多我们所需要的文件参数，比如说BPB所在扇区号，磁盘总容量等，所以我们需要我这个文件系统参数集合，定义一个结构体变量：

struct znFAT_Init_Arg Init_Arg_SDCARD; //文件系统参数集合，用于记录文件系统的重要参数

当然，我们还需要将pArg指向SD卡文件系统的参数集合，这样我们以后需要的参数就从这个参数集合中获取。程序如下：

pArg=&Init_Arg_SDCARD;        

而我们是要对SD卡进行读写操作，所以我们应当使得设备号Dev_NO与SDCARD进行对接，当然，我们还可以使得设备号与UDISK、CFCARD等进行对接，对接方法是：

Dev_No=SDCARD;        //设备号为SDCARD，znFAT依照此设备号选择存储设备驱动

OK，对接之后，我们便可以对SD卡进行对接操作了。

3、串口、SD卡与文件系统的挂接

我们在将定义完成之后，我们便可以写主函数了。

我们需要串口调试助手来查看信息，所以我们要用到串口，那么我们就要对串口进行初始化，设备在进行使用的时候都需要进行初始化。同样的，SD卡存储设备也需要进行初始化，进入SPI通信模式。然后就是上面所说到的SD卡与FAT进行对接，最后进行文件系统的初始化。程序如下：

UART_Init(); //串口初始化        

znFAT_Device_Init(); //存储设备初始化

pArg=&Init_Arg_SDCARD;        //指针指向SD卡文件系统参数集合，znFAT将从这个集合中获取参数

Dev_No=SDCARD;        //设备号为SDCARD，znFAT依照此设备号选择存储设备驱动        

znFAT_Init();        //文件系统初始化

在系统运行的时候，文件系统参数集合会写入一些参数，由于我们已经对串口进行了初始化，那么我们就可以通过串口调试助手来查看这些参数，程序如下：

UART_Put_Inf("总存储容量：(字节)",pArg->Total_Size);//从串口输出各种参数信息

UART_Put_Inf("每扇区字节：(个)",pArg->BytesPerSector);

UART_Put_Inf("每簇扇区：(个)",pArg->SectorsPerClust);

3、对SD卡进行读写操作

1）打开文件

在FAT文件系统中已经编写了“打开文件”的函数，我们在使用中直接调用即可。我们来看看函数：

UINT8 znFAT_Open_File(struct FileInfoStruct *pfi,CONST INT8 *filepath,UINT32 item,UINT8 is_file)

pfi：FileInfoStruct类型的结构体指针，用来装载文件的参数信息，比如文件的大小、文件的名称等等，以备后面使用。

filepath：文件的路径，支持任意层目录。

item：在文件中有通配符*或？的情况下，实际与之匹配的文件有多个，Item就是打开的文件的项数，比如符合通配条件的文件有6个，如果item = 3，那么此函数就会打开这6个文件中按顺序排号为3的那个文件（item文件编号从0开始）。

is_file：区别要打开的是文件不是目录。1：打开的是文件。0：打开的是目录。

打开文件函数将文件的相关参数信息装入到一个参数集合中，也就是FileInfoStruct类型的结构体变量，它们是操作文件的基础。

在我们使用znFAT_Open_File这个函数的时候，需要对文件参数集合进行定义。即：

struct FileInfoStruct FileInfo;

下面，我们来看看znFAT_Open_File这个函数是如何使用的：

znFAT_Open_File(&FileInfo,"\\test.txt",0,1)

&FileInfo即为指向文件参数集合；"\\test.txt"文件名，其中第一个‘\’为C语言的转义符，第二个‘\’才是真正的‘\’；0表示第1个文件，1表示是打开文件而不是打开目录。

当打开文件成功的时候，返回值为0。我们添加一个条件语句，返回值如果非0，表示打开失败，我们做一个失败处理；如果成功，那我们就从串口输出一些参数。程序如下：

if(!znFAT_Open_File(&FileInfo,"\\test.txt",0,1))//打开SD卡根目录下的test.txt文件

        {  

                UART_Send_Str("打开文件成功\n"); //从串口输出文件参数信息

                UART_Send_Str("文件名为：");

                UART_Send_Str(FileInfo.FileName);

                UART_Send_Enter();

                UART_Put_Inf("文件大小(字节)：",FileInfo.FileSize);

                UART_Put_Inf("文件当前偏移量(字节)：",FileInfo.FileCurOffset);

                UART_Send_Str("文件创建时间：\n");

                UART_Put_Num(FileInfo.FileCreateDate.year);UART_Send_Str("年");

                UART_Put_Num(FileInfo.FileCreateDate.month);UART_Send_Str("月");

                UART_Put_Num(FileInfo.FileCreateDate.day);UART_Send_Str("日");

                UART_Put_Num(FileInfo.FileCreateTime.hour);UART_Send_Str("时");

                UART_Put_Num(FileInfo.FileCreateTime.min);UART_Send_Str("分");

                UART_Put_Num(FileInfo.FileCreateTime.sec);UART_Send_Str("秒");

                UART_Send_Enter();

else

        {

                UART_Send_Str("打开文件失败\n");

        }

当然我们也可以将"\\test.txt"改为多层目录，这个函数依然可以使用。但是我们建议，最好将要处理的文件放在根目录下，不要太多层，这样会损耗一些时间。

2）读取文件

在FAT文件系统中，我们同样编写了“读取文件”的函数，使用中依然是直接调用，我们来看看函数：

UINT32 znFAT_Read_File(struct FileInfoStruct *pfi,UINT32 offset,UINT32 len,UINT8 *pbuf)

pfi：FileInfoStruct类型的结构体指针，用来装载文件的参数信息，文件读取的过程中，此结构体中的相关参数会更新。比如文件的当前偏移量、文件的当前扇区等。

offset：要定位的偏移量，读取文件数据从这里开始，要小于文件的大小

len：要读取的数据长度，如果len+offset大于文件的大小，则实际读取的数据量是从offset开始到文件结束。

pbuf：数据缓冲区，读到的数据将放入其中。

“读取文件”函数将从文件的指定位置开始读取指定长度的数据，并将数据存入数据缓冲区，同时在读取数据的过程中，对文件信息参数集合进行更新。

使用“读取文件”函数的时候，用到数据缓冲区，那么我们需要在前面定义一个32为的数组，作为缓冲区，为：

unsigned char buf[32]; //数据缓冲区，用于存储读取的文件数据

下面我们来看看znFAT_Read_File这个函数是如何使用的：

znFAT_Read_File(&FileInfo,0,FileInfo.FileSize,buf)

&FileInfo即为指向文件参数集合；0为从0偏移量开始；FileInfo.FileSize为读取全部文件；buf为数据缓冲区。

同样，我们为函数添加一个条件语句，当然，该函数使用的前提是打开文件成功，所以需要嵌套进去。如果读取成功，则会返回读取到的数据实际的长度。否则进入错误处理语句。程序如下：

if(len=znFAT_Read_File(&FileInfo,0,FileInfo.FileSize,buf)) //读取文件数据到数据缓冲区

                {

                        UART_Send_Str("读取文件成功\n");        //串口输出读到的数据相关信息

                        UART_Put_Inf("共读出字节：",len);

                        UART_Put_Inf("文件当前偏移量(字节)：",FileInfo.FileCurOffset);

                        UART_Send_Str("读到的内容是：\n");

                        for(i=0;i将读到的数据通过串口发出来

                        {

                                UART_Send_Byte(buf);

                        }     

                }

else

                {

                        UART_Send_Str("读取文件失败\n");

                }

我们让len的赋值为读取函数的返回量，所以我们需要在前面给len定义一下。

unsigned char i=0,len=0;

OK，将以上的程序进行整合，那么我们的程序便可以完成了。

四、结束语

该程序使用了模块化编写，有许多底层函数，我便不再一一说明，如果有什么问题，可以进入畅学电子网http：//www.eeskill.com里的“模块化编写”小组进行提问以及讨论。

谢谢！程序在附件中，需要回复才能下载

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

651076842

:

不de不爱

好，看看学习学习

mhaohu

看起来挺不错的  正好需要

lijie20022641

好，我回复，看看

杨楚塔

waytopnt

正好需要，學習中!

yijiayit

谢谢分享

congcong40

谢谢分享！！！！！！！！

LONG987586653

很好，赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞赞

五行书虫

不错！感谢分享了！！！！！！！！！！！！

minjiang

51+ch375读写U盘超精简原程序(啊雨)

林狼

学习学习~~

mingcheng

希望可以学到东西

MouseCat

跟FATFS有什么区别？

朱。。

感谢分享

爱学电子

顶几个！！！！！！！！！！！！

wb8899

给个接线图呀，无图无真相

tcvsdonnnie

不知道模拟spi能炒作不

happyhost

谢谢，我需要这个