51单片机读写SD卡程序实例完整版(学习)

1、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

2、估。下面先来讲解SD卡的读写时序。(1) SD卡的引脚定义11111111 12 3456709SD MemoryCardSD卡引脚功能详述:脚号 引紛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#CS片选2CMDPP命令/回应DII数据输入3VssiS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7 jDATOIO 或 PP数据线0DOO或PP数据输岀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

3、推拉驱动的输入输出SD卡SPI模式下与单片机的连接图:CMOOv&atYDC3CWSCMggg kTITO审一r 口wnei单片桃MI&5?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、DAT0DAT3进行数据通信。而 SPI方式采用4线制，使用 CS、CLK、Dataln、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

4、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：此位为1说明是主机给別卡的命申幵雌昭为命令內容了位匚肚气验码绪隶位始终为101CONTENTCRC1总长度为辂个应

5、即吕亍字节命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下:ncm-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:字节位全义17乐始位，始终为06參数错误5也址错误4察除序列错误3:RC错误2 非E法命令察除复位0乜置状态字节位含义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7开始位，始终为06参数错误5地址错误14擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态25全部操作条件寄存器，高

6、位在前写命令的例程:1. /2. 向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节3. /4. unsigned char Write_Command_SD( unsigned char *CMD)5. 6. unsignedchartmp;7. unsignedcharretry=0;8. unsignedchari;9.9. /禁止SD卡片选10. SPI_CS=1;11. /发送8个时钟信号12. Write_Byte_SD(OxFF);13. /使能SD卡片选14. SPI_CS=0;16.15. /向SD卡发送6字节命令16. for (i=0;i<0x06;i+)17. 18. W

7、rite_Byte_SD(*CMD+);19. 22.23. /获得16位的回应24. Read_Byte_SD();/read the first byte,ignore it.25. do26. /读取后8位27. tmp = Read_Byte_SD();28. retry+;29. 30. while (tmp=0xff)&&(retry<100);31. 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

8、。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CMDO与CMD1，使SD卡进入SPI模式初始化时序图:dk(CMDMN(CMD) IN(DATA OUTOlhuDOh(DATA OUT初始化例程:1. /2. 初始化SD卡到SPI模式3. /4. unsigned char SD_lnit()5. 6. unsigned char retiytemp;7.unsigned char i;8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.2

9、9.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.47.48.49.50.51.unsigned char CMD = 0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95;SD_Port_lnit();/初始化驱动端口lnit_Flag=1;/将初始化标志置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 (ret

10、ry=200)/超过200次return (INIT_CMD0_ERROR); /CMD0 Error!while (temp!=1);/ 回应 01h，停止写入/发送CMD1至U SD卡CMD0 = 0x41;/CMD1CMD5 = 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

11、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MID8127:120OEM/应用标识OID16119:104产品名称PNM40103:64产品版本PRV863:56产品序列号PSN3255:24保留423:20生产日期MDT1219:8CRC7校验合CRC77:1未使用，始终为110:0它的读取时序如下:i：CWHN(DATA) OUT与此时序相对应的程序如下:1. /2. 读取SD卡的CID寄存器16 字节成功返回

12、03. /4. unsigned char Read_CID_SD( unsigned char *Buffer)6./读取CID寄存器的命令7. unsigned charCMD = 0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;8. unsigned chartemp;9. temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);/read 16 bytes10. return (temp);11. 4)读取CSDCSD (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：名称域数据

13、宽度单元类型CSD划分CSD结构CSD STRUCTURE2R127:126保留-6R125:120数据读取时间1TAAC8R119:112数据在CLK周期内读取时间 2 (NSAC*100 )NSAC8R111:104最大数据传输率TRAN_SPEED8R103:96卡命令集合CCC12R95:84最大读取数据块长READ_BL_LEN4R83:80允许读的部分块READ_BL_PARTIAL1R79:79非线写块WRITE_BLK_MISA LIGN1R78:78非线读块READ_BLK_MISALIGN1R77:77DSR条件DSR IMP1R76:76保留-2R75:74设备容量C_S

14、IZE12R73:62最大读取电流 Vdd minVDD_R_CURR_MIN3R61:59最大读取电流VddmaxVDD R CURR MAX_ _3R58:56最大写电流V dd minVDD W CURR MIN3R55:53最大写电流V dd maxVDD W CURR MAX3R52:50设备容量乘子C_SIZE_MULT3R49:47擦除单块使能ERASE_BLK_EN1R46:46擦除扇区大小SECTOR_SIZE7R45:39写保护群大小WP_GRP_SIZE7R38:32写保护群使能WP_GRP_ENABLE1R31:31保留-2R30:29写速度因子R2W FACTOR3R

15、28:26最大写数据块长度WRITE BL LEN4R25:22允许写的部分部WRITE BL PARTIAL1R21:21保留-5R20:16文件系统群FILE_OFRMAT_GRP1R/W15:15拷贝标志COPY1R/W14:14永久写保护PERM_WRITE_PROTECT1R/W13:13暂时写保护TMP_WRITE_PROTECT1R/W12:12文件系统FIL_FORMAT2R/W11:10保留-2R/W9:8CRCCRC7R/W7:1未用，始终为1-10:0读取CSD的时序:elkE HMcfcrtlU8&8X16 讐B .辜蛊込弘(CMD) IN(DATA) OUT凶

16、 EXJKIXI'Me*MJShmCMMIiMh*：FEh< Start 0松CRC rinrt相应的程序例程如下:1. /2. 读SD卡的CSD寄存器共16字节 返回0说明读取成功3. /4. unsigned char Read_CSD_SD( unsigned char *Buffer)5. 6. /读取CSD寄存器的命令7. unsigned charCMD= 0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;8. unsigned chartemp;9. temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);/read 16 bytes10. r

17、eturn (temp);11. 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：1./返回/ SD卡的容量，单位为 M/ sector count and multiplier MB are inu08 = C_SIZE / (2A(9-C_SIZE_MULT)/ SD 卡的名称/ void SD_get_volume_info()unsignedchar i;unsignedchar c_temp5;VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf;vinf=&SD_volume_ln

18、fo;/Init the pointoer;/读取CSD寄存器Read_CSD_SDGectorBuffer.dat);/获取总扇区数vinf->sector_count = sectorBuffer.dat6 & 0x03;vinf->sector_count <<= 8;vinf->sector_count += sectorBuffer.dat7;vinf->sector_count <<= 2;vinf->sector_count += (sectorBuffer.dat8 & 0xc0) >> 6;/

19、获取 multipliervinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat9 & 0x03;vinf->sector_multiply <<= 1;vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat10 & 0x80) >> 7;/获取SD卡的容量vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply);/ get the name of the cardRead_CID_

20、SDGectorBuffer.dat);vinf->name0 = sectorBuffer.dat3;vinf->name1 = sectorBuffer.dat4;vinf->name2 = sectorBuffer.dat5;vinf->name3 = sectorBuffer.dat6;vinf->name4 = sectorBuffer.dat7;vinf->name5 = 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 structSD_VOLUMENFO /SD/SD Card infouns

21、igned int size_MB;2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.unsigned char sector_multiply;42.unsigned int sector_count;43. unsigned char name6;44. VOLUME_INFO_TYPE;5）扇区读扇区读是对SD卡驱动的目的之一。SD卡的每一个扇区中有 512个字节，一次扇区读操作将把某一个扇区内的 512个字节全部读

22、出。过程很简单，先写入命令，在得到相应的回 应后，开始数据读取。扇区读的时序：IN*(DATA) OUT w 8/tw by CMD16 iDefault 512)uOOftBffeHDtf T C.-M-*扇区读的程序例程:1. unsigned char SD_Read_Sector( unsigned long sector, unsigned char *buffer)2. 3.unsignedchar retry;4./命令165.unsignedcharCMD = Ox51,OxOO,OxOO,OxOO,OxOO,OxFF;6.unsignedchartemp;7.8. /地址变换

23、由逻辑块地址转为字节地址9. sector = sector << 9;/sector = sector * 51210.10. CMD1 = (sector & OxFFOOOOOO) >>24 );11. CMD2 = (sector & OxOOFFOOOO) >>16 );12. CMD3 = (sector & OxOOOOFFOO) >>8 );14.13. /将命令16写入SD卡14. retry=O;15. do16. /为了保证写入命令一共写1OO次17. temp=Write_Command_MMC(C

24、MD);18. retry+;21.if (retry=1OO)22.23.return (READ_BLOCK_ERROR); /block write Error!24.25.26.while (temp!=0);27.28./Read Start Byte form MMC/SD-Card (FEh/Start Byte)29./Now data is ready,you can read it out.30.while (Read_Byte_MMC() !=0xfe);31.readPos=0;32.SD_get_data(512,buffer);/512字节被读岀到buffer 中3

25、3.return 0;34.35.其中SD_get_data 函数如下：36./37.获取数据到buffer中38./39.void SD_get_data( unsignedint Bytes, unsignedchar *buffer)40.41.unsigned int j;42.for (j=0;j<Bytes;j+)43.*buffer+ = Read_Byte_SD();44.45.6）扇区写扇区写是SD卡驱动的另一目的。每次扇区写操作将向SD卡的某个扇区中写入 512个字扇区写的时序:I凶凶凶址(DATA) OUT节。过程与扇区读相似，只是数据的方向相反与写入命令不同而已。

26、、；：巴 Data _岂x «C gwa BusyC Can*«xijuGOICSit b1. /扇区写的程序例程:2. 写512个字节到SD卡的某一个扇区中去返回0说明写入成功3. /4. unsigned char SD_write_sector( unsigned long addr, unsigned char *Buffer)5. 6. unsignedchartmp,retry;7. unsignedint i;8. /命令249. unsignedcharCMD = 0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;10. addr = addr << 9;/addr = addr * 51