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1、基于单片机的CF卡接口设计陈涛（ 浙江海洋学院 机电学院 浙江 舟山 316000 ）摘要CF卡（Compact Flash）是1994年由SanDisk最先推出的。CF卡采用闪存（flash）技术，是一种稳定的存储解决方案，不需要电池来维持其中存储的数据。CF卡具有存储容量大，成本低，兼容性好的优异条件，这使得大多数数码相机选择CF卡作为其首选存储介质，但若想在CF卡与PC机之间传递数据，通常不得不借助于读卡器，这给PC的用户带来不少麻烦，由于CF卡内部采用模拟硬盘控制器的设计，使得CF卡可以比较容易地通过IDE接口实现与电脑的连接，一定程度上起到了移动存储的作用。一般的嵌入式系统不会提供读
2、写CF卡的接口，所以需要在嵌入式系统中专门设计驱动程序。本文介绍了CF卡的基本结构和工作原理，并详细介绍了磁盘文件系统的结构特点，结合ATMEL公司生产的AT89C52单片机，详细说明了AT89C52与CF卡接口设计中的关键软硬件技术，设计了AT89C52单片机与CF卡的接口电路和系统软件。本文的另一个工作重点是实现了FAT12格式的文件系统，完成了基AT89C52单片机对CF卡的文件读写即数据管理等多种功能，用基于WINDOWS的读卡器验证了文件读写的正确性。最后本文讨论了CF卡TrueIDE模式作为文件系统在嵌入式系统中的应用优势。关键词：CF卡；单片机；接口设计；文件系统Abstract
3、CF cards (Compact Flash) is the first in 1994 by SanDisk introduced. CF card using flash memory (flash) technology, is a stable storage solutions, which do not need batteries to maintain storage of data. CF cards with large capacity and low cost, good compatibility excellent condition, which makes t
4、he majority of digital camera choices CF card as their preferred storage medium, but if the CF card and transfer data between a PC, usually to help Reader, which PC users to bring a lot of trouble, because the internal CF card using simulated drive controller design, making CF cards can be more easi
5、ly through the IDE interface and computer connectivity, to some extent, played a mobile The role of storage. General embedded systems will not provide literacy CF card interface, so it is necessary in embedded system designed specifically drivers.CF card is the large-capacity flash memory cards, bec
6、ause the existence of the many advantages and are widely used. This paper introduces the basic structure of the CF card and principle, and details on the disk file system structure, with ATMEL companys AT89C52 microcontroller, a detailed description of AT89C52 and CF card interface design of key har
7、dware and software technology, Design of the AT89C52 MCU and the CF card interface circuits and system software. Another focus of this paper is to achieve the FAT12 file system format, completed the SCM-AT89C52 the CF card to read and write in the paper that a variety of functions such as data manag
8、ement, and the reader WINDOWS-based verification of the documents to read and write Correctness. Finally this paper, the CF card TrueIDE mode as a file system in the embedded system of advantages.keywords: CF card; SCM ; interface design; file system目录前言1第1章 硬件接口设计21.1 CF卡介绍21.1.1 CF卡简介21.1.2 CF卡的特点
9、31.1.3 CF 卡接口规定31.2 AT89C52单片机简介41.3 USB及接口芯片PDIUSBD1251.3.1 USB简介51.3.2 USB的主要优点51.3.2 PDIUSBD12芯片特点和内部结构51.4 接口设计71.4.1 AT89C52单片机基本电路71.4.2 CF卡与AT85C52单片机的接口设计81.4.3 USB通信接口设计10第2章 系统软件设计112.1 访问CF卡控制器的原理112.2 CF 卡的读写时序122.3 文件系统的数据结构132.3.1 引导区132.3.2 文件分配表142.3.3 文件目录表162.3.4文件区182.4 系统程序设计19第3
10、章 测试过程24小结25致谢26参考文献27附录1：总原理图28附录2：部分程序清单29基于单片机的CF卡接口设计前言近年来，以FlashMemory为存储载体的各种移动存储卡，以其特有的体积小、低功耗、高可靠性、可擦写、非易失性等优点，伴随着价格的不断下降和存储容量的不断提高，在嵌入式系统中得到广泛应用。目前市场流行的存储卡有CompactFlashStorageCard（CF）卡、MultiMediaCard（MMC）卡、SmartMediaCard（SM）卡、MemoryStick（记忆棒）、SecureDigital（SD）卡等，它们分别由不同的公司研制、生产，在体积、存储卡内部结构、
11、存储容量和接口规范方面各有特色，且互不兼容。CF卡是由美国SanDisk公司于1994年推出的，在这之后，国际著名的IT生产厂商成立了CompactFlash协会（CFA），以进一步推动CF卡标准的制定和应用。随着CF卡的发展，CFA又提出了CF+规格，使CF卡应用范围扩展到非FlashMemory领域，如各种CF卡规格的I/O设备以及磁盘存储器。由于CF卡技术成熟，存储容量不断增加，而且自带控制器的电路结构不必担心兼容性问题，因此，它成为目前使用较为广泛的一种移动存储卡。许多嵌入式系统及便携式智能仪器和设备，要求现场实时记录数据，事后由PC机作分析处理。CF卡接口模块作为一个独立部件，在不更
12、改原有应用系统硬件的基础上，只要将应用系统与接口模块连接，然后在应用系统中加入调用程序，即可以高级命令的方式对CF卡按PC文件格式进行读写、删除文件；建立、删除子目录；显示目录等操作。由于CF卡文件管理类似硬盘，为了保证CF卡文件与PC机的兼容性，设计中需要解决一些硬件/软件关键技术问题。本文将用AT89C52单片机对其进行寻址和读写操作，以便嵌入式系统与PC机交换数据。第1章 硬件接口设计系统硬件设计原理框图如图2.1。 数据 数据 数据 至PC接口 控制控制数据 AT89C52单片机CF卡接口PDIUSBD12接口芯片USB接口图2.1 系统硬件设计原理框图根据上面的原理框图可以看出系统硬
13、件电路主要由AT89C52单片机系统，USB通信接口，CF卡接口三个硬件模块组成。下面介绍各硬件模块的基本组成及基本功能：AT89C51单片机系统是由包括电源、复位、晶振振荡等基本电路组成，在整个系统中起到控制的作用。USB通信接口系统主要由USB接口、PDIUSBD12芯片以及PDIUSBD12芯片的外围电路等组成。它的另一端与PC机连接，在整个系统与PC机进行通信中起到桥梁的作用。CF卡接口系统是本设计的中心和重点，由CF接口、74HC573芯片组成。在单片机的控制下通过USB接口可以与PC机之间进行数据的交换和存储以及文件的读写。下面几节具体介绍硬件主要芯片和各硬件接口的工作原理。1.1
14、 CF卡介绍1.1.1 CF卡简介闪存卡功耗低、容量大、体积小、可靠性高、可多次重写等优点，使其成为不少中小型应用系统中存储介质的首选。常见的闪存卡有CompactFlashCard（CF），SmartMediaCard(SM)，MultiMediaCard (MMC)，SecureDigital (SD)及MemoryStick (索尼记忆棒)5种，其中CF卡已经有了相当长的历史，由于其建立标准的时间长、兼容性好、容量大、价格低等原因而得到了广泛的应用，是通用性最强的存储卡之一。CF卡的全称为“Compact Flash”卡，意为“标准闪存卡”，简称“CF卡”，Compact Flash技术是由Compact Flash协会（CFA）提出的一种与PC机ATA接口标准兼容的技术，CFA由CF技术的主导者组成，不过CF和CF+技术并没有技术和权利金障碍，这也是其得到普及的重要原因之一。CFA是1995年成立的，而CF卡的历史还要早一些，CF 卡最先由SanDisk公司于1994 年推出，现已成为一种工业标准17。CF 卡因包含了针对存储器的控制电路而较SM 卡稍厚，但其内置控制电路大大简化了应用时外围的控制电路设计(见图1.2)。 数据输入输出 控制 CompactFlash 控制器FLASH主机接口图1.2 CF卡结构
