ATmega128L单片机的MiCrOSD卡读写

摘要 针对电脑横机控制系统对花型文件数据存储的要求，在ATmegal28L单片机基础上采用Micro SD卡实现嵌入式文件系统。文章介绍了Micro SD卡的特点、FAT文件系统、SPI模式协议以及硬件接口的实现。通过ATmegal28L的SPI模式与Micro SD卡进行同步数据传输，实现Micro SD卡的读写，以FAT32文件格式建立相应的文件系统，把数据以文件方式写入Micro SD卡。通过单片机向Micro SD卡发送读写扇区命令，完成文件的创建、打开、读写、删除等操作。
关键词 ATmegal28L Micro SD卡 串行外设协议 文件分配表

引 言
随着工业控制系统功能的增强，系统对于存储介质的安全、容量、性能的要求越来越高。Micro SD卡是在SD卡和Mini SD卡基础上发展起来的一种多功能存储卡，具备串行和随机存取能力，可以通过专用优化速度的串行接口访问，数据传输可靠，安全性好，传输速度快，存储容量大，体积小，被列为目前全球最小的迷你存储卡。Micro SD卡支持SD模式和SPI模式。随着高性能单片机的性能不断提高，利用高性能、低功耗的AVR 8位ATmegal28L单片机的串行外设接口SPI与Micro SD卡之间进行高速同步数据传输，设计开发了一种嵌入式文件系统。

1 硬件电路设计
MicrO SD卡的接口可以支持两种操作模式：SD模式和SPI模式。主机系统可以选择其中任一模式。SD卡模式允许4线的高速数据传输，传输速率高，但是大部分单片机无此接口，使用软件模拟协议复杂。SPI模式使用简单通用的SPI通道接口就可实现数据传输，目前大多数单片机提供SPI接口。SPI模式的优势在于可以使用标准主机，从而把外设减少到最低。SPI模式相对于SD模式的缺点是损失了传输速度；但是目前的微处理器的处理速度越来越高，利用SPI模式大都能满足工程需要。
Micro SD卡要求用全双工、8位的SPI操作。
ATmegal28L单片机和Micro SD卡之间只需要4根信号线就可以完成数据的读写，当CS信号线为低电平时，主机开始所有的总线传输。数据从单片机的MOSI引脚同步输入Micro SD卡的DI引脚，并由Micro SD卡的DO线同步输入单片机的MISO引脚，数据在CLK信号的上升沿同步输入和输出。在每个数据传输的结尾还必须提供8个额外的时钟，以允许Micro SD卡完成任何未完结的操作。由于Micro SD卡的电压为3．3 V，所以选择需要支持3．3 V的I／O端口输出的ATmegal28L单片机。另外，使用SPI模式时，为了防止在无卡接人或卡驱动器呈高阻态时总线悬空，根据SD卡规范，这些信号需要在主机端用10 kQ～100 kΩ的上拉电阻，其硬件连接电路如图1所示。

2 软件设计
2．1 Micro SD卡初始化为SPI总线模式
ATmegal28L单片机包含一个串行外设接口SPI，可以方便地对Micro SD卡接口进行配置。为了配置时钟和数据长度，需要对SPI控制寄存器SPCR和SPI状态寄存器SPSR进行设置：使能SPI，选择单片机为主机模式，时钟上升沿锁存数据，并且对SPI时钟进行设置。Micro SD卡的SPI模式通信由主机控制。每一个指令或数据块由8位的字节和CS标志构成，SPI通信由指令、响应和数据组成。主机先将Micro SD卡的片选CS置低，激活MicroSD卡进人工作状态。