SD卡引脚-电路图及工作原理介绍

SD卡引脚电路图及工作原理介绍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：引脚编号SD模式SPI模式名称类型描述名称类型描述1CD/DAT3IO或PP卡检测/数据线3#CSI片选2CMDPP命令/回应DII数据输入3VSS1S电源地VSSS电源地4VDDS电源VDDS电源5CLKI时钟SCLKI时钟6VSS2S电源地VSS2S电源地7DAT0IO或PP数据线0DOO或PP数据输出8DAT1IO或PP数据线1RSV9DAT2IO或PP数据线2RSV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：字节位含义17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态字节位含义17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态27溢出，CSD覆盖6擦除参数5写保护非法4卡ECC失败3卡控制器错误2未知错误1写保护擦除跳过，锁／解锁失败0锁卡字节位含义17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态2～5全部操作条件寄存器，高位在前写命令的例程：//-----------------------------------------------------------------------------------------------向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节//-----------------------------------------------------------------------------------------------unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedchar*CMD){unsignedchartmp;unsignedcharretry=0;unsignedchari;//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;i0x06;i++){Write_Byte_SD(*CMD++);}//获得16位的回应Read_Byte_SD();//readthefirstbyte,ignoreit.do{//读取后8位tmp=Read_Byte_SD();retry++;}while((tmp==0xff)&&(retry100));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：//--------------------------------------------------------------------------初始化SD卡到SPI模式//--------------------------------------------------------------------------unsignedcharSD_Init(){unsignedcharretry,temp;unsignedchari;unsignedcharCMD[]={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1for(i=0;i0x0f;i++){Write_Byte_SD(0xff);//发送至少74个时钟信号}//向SD卡发送CMD0retry=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);//CMD0Error!}}while(temp!=1);//回应01h，停止写入//发送CMD1到SD卡CMD[0]=0x41;//CMD1CMD[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);//CMD1Error!}}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CIDCID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：名称域数据宽度CID划分生产标识号MID8[127:120]OEM/应用标识OID16[119:104]产品名称PNM40[103:64]产品版本PRV8[63:56]产品序列号PSN32[55:24]保留－4[23:20]生产日期MDT12[19:8]CRC7校验合CRC7[7:1]未使用，始终为1－1[0:0]它的读取时序如下：与此时序相对应的程序如下：//------------------------------------------------------------------------------------读取SD卡的CID寄存器16字节成功返回0//-------------------------------------------------------------------------------------unsignedcharRead_CID_SD(unsignedchar*Buffer){//读取CID寄存器的命令unsignedcharCMD[]={0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};unsignedchartemp;temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);//read16bytesreturn(temp);}4）读取CSDCSD（Card-SpecificData）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：名称域数据宽度单元类型CSD划分CSD结构CSD_STRUCTURE2R[127:126]保留-6R[125:120]数据读取时间1TAAC8R[119:112]数据在CLK周期内读取时间2（NSAC*100）NSAC8R[111:104]最大数据传输率TRAN_SPEED8R[103:96]卡命令集合CCC12R[95:84]最大读取数据块长READ_BL_LEN4R[83:80]允许读的部分块READ_BL_PARTIAL1R[79:79]非线写块WRITE_BLK_MISALIGN1R[78:78]非线读块READ_BLK_MISALIGN1R[77:77]DSR条件DSR_IMP1R[76:76]保留-2R[75:74]设备容量C_SIZE12R[73:62]最大读取电流@VDDminVDD_R_CURR_MIN3R[61:59]最大读取电流@VDDmaxVDD_R_CURR_MAX3R[58:56]最大写电流@VDDminVDD_W_CURR_MIN3R[55:53]最大写电流@VDDmaxVDD_W_CURR_MAX3R[52:50]设备容量乘子C_SIZE_MULT3R[49:47]擦除单块使能ERASE_BLK_EN1R[46:46]擦除扇区大小SECTOR_SIZE7R[45:39]写保护群大小WP_GRP_SIZE7R[38:32]写保护群使能WP_GRP_ENABLE1R[31:31]保留-2R[30:29]写速度因子R2W_FACTOR3R[28:26]最大写数据块长度WRITE_BL_LEN4R[25:22]允许写的部分部WRITE_BL_PARTIAL1R[21:21]保留-5R[20:16]文件系统群FILE_OFRMAT_GRP1R/W[15:15]拷贝标志COPY1R/W[14:14]永久写保护PERM_WRITE_PROTECT1R/W[13:13]暂时写保护TMP_WRITE_PROTECT1R/W[12:12]文件系统FIL_FORMAT2R/W[11:10]保留-2R/W[9:8]CRCCRC7R/W[7:1]未用，始终为1-1[0:0]读取CSD的时序：相应的程序例程如下：//-----------------------------------------------------------------------------------------读SD卡的CSD寄存器共16字节返回0说明读取成功//-----------------------------------------------------------------------------------------unsignedcharRead_CSD_SD(unsignedchar*Buffer){//读取CSD寄存器的命令unsignedcharCMD[]={0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};unsignedchartemp;temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);//read16bytesreturn(temp);}4）读取SD卡信息综合上面对CID与CSD寄存器的读取，可以知道很多关于SD卡的信息，以下程序可以获取这些信息。如下：//-----------------------