原创 SD卡在单片机上的应用+源码

https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/3/13/481cef58-37ce-4ddc-a14c-1f5f42440cf2.rar单片机IO模拟SPI模式读取SD源码

SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点，那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来，将使系统变得更加出色。这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研究。对于SD卡的硬件结构，在官方的文档上有很详细的介绍，如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写，最核心的是它的时序，笔者在经过了实际的测试后，使用51单片机成功实现了对SD卡的扇区读写，并对其读写速度进行了评估。下面先来讲解SD卡的读写时序。

（1）       SD卡的引脚定义：

          SD卡引脚功能详述：

       注：S：电源供给  I：输入 O：采用推拉驱动的输出

PP：采用推拉驱动的输入输出

          SD卡SPI模式下与单片机的连接图：

    SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。采用不同的初始化方式可以使SD卡工作于SD方式或SPI方式。这里只对其SPI方式进行介绍。

（2）       SPI方式驱动SD卡的方法

     SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。从应用的角度来看，采用SPI接口的好处在于，很多单片机内部自带SPI控制器，不光给开发上带来方便，同时也见降低了开发成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能优势，要解决这一问题，就要用SD方式，因为它提供更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。以下介绍SD卡的驱动方法，只实现简单的扇区读写。

1）  命令与数据传输

1.       命令传输

SD卡自身有完备的命令系统，以实现各项操作。命令格式如下：

      命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下：

          每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式，如下表所示：

          写命令的例程：

//-----------------------------------------------------------------------------------------------

  向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节

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unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD)

{

   unsigned char tmp;

   unsigned char retry="0";

   unsigned char i;

   //禁止SD卡片选

   SPI_CS=1;

   //发送8个时钟信号

   Write_Byte_SD(0xFF);

   //使能SD卡片选

   SPI_CS=0;

   //向SD卡发送6字节命令

   for (i=0;i<0x06;i++)

   {

      Write_Byte_SD(*CMD++);

   }

   //获得16位的回应

   Read_Byte_SD(); //read the first byte,ignore it.

   do

   {  //读取后8位

      tmp = Read_Byte_SD();

      retry++;

   }

   while((tmp==0xff)&&(retry<100));

   return(tmp);

}

2）  初始化

SD卡的初始化是非常重要的，只有进行了正确的初始化，才能进行后面的各项操作。在初始化过程中，SPI的时钟不能太快，否则会造初始化失败。在初始化成功后，应尽量提高SPI的速率。在刚开始要先发送至少74个时钟信号，这是必须的。在很多读者的实验中，很多是因为疏忽了这一点，而使初始化不成功。随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式

           初始化时序图：

           初始化例程：

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    初始化SD卡到SPI模式

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unsigned char SD_Init()

{ 

   unsigned char retry,temp;

   unsigned char i;

   unsigned char CMD[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};

   SD_Port_Init(); //初始化驱动端口

   Init_Flag=1; //将初始化标志置1

   for (i=0;i<0x0f;i++)

   {

      Write_Byte_SD(0xff); //发送至少74个时钟信号

   }

   //向SD卡发送CMD0

   retry=0;

   do

   { //为了能够成功写入CMD0,在这里写200次

     temp=Write_Command_SD(CMD);

     retry++;

     if(retry==200)

     { //超过200次

       return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0 Error!

     }

   }

   while(temp!=1);  //回应01h，停止写入

   //发送CMD1到SD卡

   CMD[0] = 0x41; //CMD1

   CMD[5] = 0xFF;

   retry=0;

   do

   { //为了能成功写入CMD1,写100次

     temp=Write_Command_SD(CMD);

     retry++;

     if(retry==100)

     { //超过100次

       return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1 Error!

     }

   }

   while(temp!=0);//回应00h停止写入

   Init_Flag=0; //初始化完毕，初始化标志清零

   SPI_CS=1;  //片选无效

   return(0); //初始化成功

}

3）  读取CID

CID寄存器存储了SD卡的标识码。每一个卡都有唯一的标识码。

CID寄存器长度为128位。它的寄存器结构如下：

它的读取时序如下：

        与此时序相对应的程序如下：

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    读取SD卡的CID寄存器   16字节   成功返回0

//-------------------------------------------------------------------------------------

unsigned char Read_CID_SD(unsigned char *Buffer)

{

   //读取CID寄存器的命令

   unsigned char CMD[] = {0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};

   unsigned char temp;

   temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes

   return(temp);

}

       4）读取CSD

              CSD（Card-Specific Data）寄存器提供了读写SD卡的一些信息。其中的一些单元可以由用户重新编程。具体的CSD结构如下：

           读取CSD 的时序：