SD卡原理及内部结构

1、简介：SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种为满足安全性、容量、性能和使用环境等各方面的需求而设计的一种新型存储器件，SD卡允许在两种模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系统采用SPI模式。

本小节仅简要介绍在SPI模式下，STM32处理器如何读写SD卡，如果读者如希望详细了解SD卡，可以参考相关资料。

SD 卡内部结构及引脚如下图所示：SD卡内部图.JPG 2、SD卡管脚图：SD卡图.JPG3、SPI模式下SD各管脚名称为：sd 卡：SPI模式下SD各管脚名称为.JPG注：一般SD有两种模式：SD模式和SPI模式，管脚定义如下：（A）、SD MODE 1、CD/DATA3 2、CMD 3、VSS1 4、VDD 5、CLK 6、VSS2 7、DATA0 8、DATA1 9、DATA2（B）、SPI MODE 1、CS 2、DI 3、VSS 4、VDD 5、SCLK 6、VSS2 7、DO 8、RSV 9、RSVSD 卡主要引脚和功能为：CLK：时钟信号，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率可在0～25MHz之间变化，SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0～25MHz 的频率；CMD：双向命令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址，也可以是到所有卡；回复是对之前命令的回答，回复可以来自单卡或所有卡；DAT0～3：数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。

SD卡以命令形式来控制SD卡的读写等操作。

可根据命令对多块或单块进行读写操作。

在SPI模式下其命令由6个字节构成，其中高位在前。

SD卡命令的格式如表1所示，其中相关参数可以查阅SD卡规范。

4、MicroSD卡管脚图：MicroSD卡管脚图.JPG5、MicroSD卡管脚名称：MicroSD卡管脚名称.JPGSD 卡与MicroSD卡仅仅是封装上的不同，MicroSD卡更小，大小上和一个SIM卡差不多，但是协议与SD卡相同。

一般我们用单片机操作SD 卡时，都不需要对FAT分区表信息做处理，原因如下：1）、操作FAT分区表要增加程序代码量、增加SRAM的消耗，对于便携应用来说代码大小和占用SRAM的多少至关重要。

2）、即使我们对FAT分区表不做任何了解，实际上我们一样可以向SD卡上写入数据，这就表明使用FAT对我们做数据存储应用来说如同鸡肋。

3）、耗费大量经历和时间去了解FAT分区表对于我们做嵌入式软件开发的人来说有些得不偿失。

4）、SD卡支持两种操作模式，SD模式和SPI模式，SPI模式做SD 数据操作时根本不需要知道FAT，这时候SD卡对于我们来说实际上就是个大的、快速的、方便的、容量可变的外部存储器。

基于以上原因，一般情况下对SD卡的操作只需要了解SPI通讯就可以了，而现在大部分单片机都有SPI接口，那么操作SD卡易如反掌。

以下是做SD卡试验时使用的电路图：SD卡试验时使用的电路图.JPGSD_CS/ 连接到单片机的片选SD管脚，只有单片机设置SD_CS/为低电平时才可以操作SD卡。

MOSI连接单片机SPI总线的MOSI管脚（SPI数据输入），单片机从这个管脚读取SD卡内的数据。

MISO连接单片机SPI总线的MISO管脚（SPI数据输出）、单片机通过这个管脚向SD卡内写入数据。

SCK连接单片机SPI总线的SCK(SPI时钟）SD管脚实际上在SD卡内部连接到了GND，当SD插座上没插入SD卡时，单片机从这个管脚能读到高电平（前提是使用单片机内部上拉输入，或者外部增加一个上拉电阻），一旦插入SD卡，这个管脚就变成低电平，这个功能用来检测是否插入SD卡。

RSV1和RSV2是保留功能管脚，不需要操作。

MicroSD卡的连接和SD卡大同小异，只是MicroSD卡比SD卡少一个GND管脚，所以不能使用上面做的这种插入卡的检测，实际上现在很多SD卡/MicroSD卡插座都有插入检测管脚，当然，一分钱一分货，价格上当然也要贵一些顺便提一下，普通SD卡插座最多5块钱。

SPI命令格式Byte 1Byte2-5Byte 676 5 031 07001Command Command Argument CRC1以下是一个简单的测试SD卡读写的程序，程序是基于Atmega128单片机编写的，对于Atmega的其他单片机仅需要做管脚改动就可以使用，其他单片机更改要更大。

//********************************************************* *********//SPI 各线所占用的端口#defineSD_SS PB6#define SD_SCK PB1#define SD_MOSI PB2#define SD_MISO PB3//********************************************************* *********#define SD_DDR DDRB#define SD_PORT PORTB#define SD_PIN PINB#define SD_SS_H SD_PORT |= (1<#define SDSS_L SD_PORT &= ~(1<#define SD_SCK_H SD_PORT |= (1<#define SD_SCK_L SD_PORT &= ~(1<#define SD_MOSI_H SD_PORT |= (1<#define SD_MOSI_L SD_PORT &= ~(1<#define SD_MISO_IN (SD_PIN&(1<//-------------------------------------------------------------// 错误号//-------------------------------------------------------------#define INIT_CMD0_ERROR 0xFF#define INIT_CMD1_ERROR 0xFE#define WRITE_BLOCK_ERROR 0xFD#define READ_BLOCK_ERROR 0xFC#define TRUE 0x01//-------------------------------------------------------------// MMC/SD 命令(命令号从40开始，只列出基本命令，并没有都使用) //-------------------------------------------------------------#define SD_RESET 0x40 + 0#define SD_INIT 0x40 + 1#define SD_READ_CSD 0x40 + 9#define SD_READ_CID 0x40 + 10#define SD_STOP_TRANSMISSION 0x40 + 12#define SD_SEND_STATUS 0x40 + 13#define SD_SET_BLOCKLEN 0x40 + 16#define SD_READ_BLOCK 0x40 + 17#define SD_READ_MULTI_BLOCK 0x40 + 18#define SD_WRITE_BLOCK 0x40 + 24#define SD_WRITE_MULTI_BLOCK 0x40 + 25//片选关(MMC/SD-Card Invalid)#define SD_Disable() SD_SS_H//片选开 (MMC/SD-Card Active)#define SD_Enable() SD_SS_L//********************************************************* *******************************///ICC-AVR application builder : 03-5-20 8:39:11// Target : M128// Crystal:#include#include#include ''void uart0_init(void);void putchar(unsigned char content);void putstr(unsigned char *s);void SD_Port_Init(void);unsigned char SD_Init(void);unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer);unsigned char SD_read_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer);unsigned char SPI_TransferByte(unsigned char byte); unsigned char Write_Command_SD(unsigned char cmd,unsigned long address);unsigned long SD_find(void);//********************************************************* *****************// 串口调试程序//********************************************************* *****************void uart0_init(void){UCSR0B = 0x00; //disable while setting baud rateUCSR0A = 0x00;UCSR0C = 0x06; // 00000110 UART0设置为异步模式、无奇偶校验、1位停止位、8位数据位UBRR0L = 0x17; //set baud rate loUBRR0H = 0x00; //set baud rate hi 设置UART0口通信速率9600 UCSR0B = 0x18;}void putchar(unsigned char content){while(!(UCSR0A & (1 << UDRE0))); /* 判断上次发送有没有完成 */UDR0 = content; /* 发送数据 */}void putstr(unsigned char *s){while(*s){putchar(*s);s++;}}*******************// 端口初始化void SD_Port_Init(void)//********************************************************* *******************{SD_PORT |= (1<<SD_DDR |= (1<<<SD_DDR &= ~(1<}//********************************************************* *******************// 初始化 MMC/SD 卡为SPI模式unsigned char SD_Init(void)*******************{unsigned char retry,temp;unsigned char i;SPCR=0x53;//设定SPI为128分频，慢速进行初始化SPSR=0x00;for (i=0;i<0x0f;i++){SPI_TransferByte(0xff); //延迟74个以上的时钟}SD_Enable(); //开片选SPI_TransferByte(SD_RESET); //发送复位命令SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x95);SPI_TransferByte(0xff);SPI_TransferByte(0xff);retry=0;do{temp="Write"_Command_SD(SD_INIT,0); //发送初始化命令retry++;if(retry==100)//重试100次{SD_Disable(); //关片选return(INIT_CMD1_ERROR); //如果重试100次失败返回错误号}}while(temp!=0);MSD_Disable();//关片选SPCR=0x50;//设置SPI为2分频。