SD卡引脚 电路图及工作原理介绍

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 //----------------------------------------------------------------------------------------------- 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       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： //------------------------------------------------------------------------------------     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：

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 //----------------------------------------------------------------------------------------- unsigned char Read_CSD_SD(unsigned char *Buffer) {     //读取CSD寄存器的命令    unsigned char CMD[] = {0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};    unsigned char temp;    temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes    return(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： //----------------------------------------------------------------------------------------------- //返回 //  SD卡的容量，单位为M //  sector count and multiplier MB are in u08 == C_SIZE / (2^(9-C_SIZE_MULT)) //  SD卡的名称 //----------------------------------------------------------------------------------------------- void SD_get_volume_info() {       unsigned char i;     unsigned char c_temp[5];     VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf;     vinf=&SD_volume_Info; //Init the pointoer; /读取CSD寄存器     Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat); //获取总扇区数  vinf->sector_count = sectorBuffer.dat[6] & 0x03;  vinf->sector_count sector_count > 6;  // 获取multiplier  vinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat[9] & 0x03;  vinf->sector_multiply > 7; //获取SD卡的容量  vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply);  // get the name of the card  Read_CID_SD(sectorBuffer.dat);  vinf->name[0] = sectorBuffer.dat[3];  vinf->name[1] = sectorBuffer.dat[4];  vinf->name[2] = sectorBuffer.dat[5];  vinf->name[3] = sectorBuffer.dat[6];  vinf->name[4] = sectorBuffer.dat[7];  vinf->name[5] = 0x00; //end flag  }          以上程序将信息装载到一个结构体中，这个结构体的定义如下： typedef struct SD_VOLUME_INFO { //SD/SD Card info   unsigned int  size_MB;   unsigned char sector_multiply;   unsigned int  sector_count;   unsigned char name[6]; } VOLUME_INFO_TYPE;