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1、论文题目基于ATmega16的SD卡驱动设计与实现（SPI总线）目录第一章 绪论1.1 基于基于ATmega16的的SD卡驱动设计与实现的概述卡驱动设计与实现的概述1.2 课题研究的背景与内容课题研究的背景与内容1.3 论文研究的内容和目标论文研究的内容和目标第二章 硬件设计 2.1 AVR单片机的简介单片机的简介2.2 AVR单片机单片机SPI接口性能分析接口性能分析2.3 基于基于ATmega16的的SD卡驱动设计与实现的接口设计卡驱动设计与实现的接口设计第三章 软件设计3.1 软件设计流程软件设计流程3.2 按键程序设计按键程序设计3.3 USART接口的驱动设计接口的驱动设计3.4 S
2、D卡驱动程序设计卡驱动程序设计第一章 绪论 1.1 基于基于ATmega16的的SD卡驱动设计与实现的概述卡驱动设计与实现的概述 1.2 课题研究的背景与内容课题研究的背景与内容 1.3 论文研究的内容和目标论文研究的内容和目标基于基于ATmega16的的SD卡驱动设计与实现的系统组成卡驱动设计与实现的系统组成 基于ATmega16的SD卡驱动设计与实现（SPI总线）主要由主控制器、SD卡、按键等组成。1.控制模块控制模块是整个系统的核心，主要完成对系统中各种芯片的输入、输出控制，也是实现数据交换、软硬件接口的中心模块。2.输入模块此模块可大致分为按键部分和SD卡部分。按键部分主要用来控制对S
3、D卡的操作。SD卡部分主要是对SD卡的写入。3.输出模块此部分主要包括LED灯输出、显示输出。LED灯输出主要会用到INT1的中断和二极管发光，显示输出主要是实现系统状态和从SD卡读取的数据的显示。课题研究背景(1)MMC卡在SM卡基础上诞生替代了东芝开发的SM卡。不久的几年后，在MMC卡基础上研发的SD卡又替代了MMC卡，成为了几乎一切便携式数码产品的存储卡格式。2001年SM卡的市场占有率超过50%，但到了2005年中下降到了40%左右，并快速滑落离开人世。大部分的数码相机生产商都提供了SD卡的支持，包括佳能、尼康、柯达、松下及柯尼卡美能达等。近些年专业相机市场也被SD卡侵蚀，高速高价的C
4、F卡命中注定会在几年后被廉价更高速的SD卡彻底替代。在2006年，SD卡容量有8、16、32、64、128、256、或512 MB，1、2 、4、6、8(SDHC) GB。SD/MMC卡已经替代东芝开发的SM卡，成为了便携式数码相机使用最广泛的数字存储卡格式。三大主要厂商仍然在坚持使用自己的专利格式：奥林巴斯和 富士使用xD卡， 索尼使用Memory Stick。另外，SD卡还没有攻入CF卡占绝对地位的数码单镜反光相机市场。（除2005年尼康新发布的D50支持SD。）SD卡是东芝在MMC卡技术中加入加密技术硬件而成，由于MMC卡可能会较易让使用者复制数码音乐，东芝便加入这些技术希望令音乐业界安
5、心。类似的技术包括索尼的MagicGate，理论上加密技术可引入一些数码版权管理措施，但这功能甚少被应用。课题研究背景(2)用户可以使用一个USB的读卡器，在个人电脑上使用SD卡。某些新型电脑上已经内置了读卡装置。最新的发展是SD内建了USB插口，省略了读卡器。SanDisk的设计是使用一个可折叠的护套来保护USB插口。尽管Sandisk并不是第一家内建USB功能的SD卡生产商，但由于其在业内的重要地位。这一动作带动了其他厂商跟风。“SD”商标实际上是用于另一个完全不同的用途：它最早是用在“超级密度光盘”上（Super-Density Optical Disk），这个由东芝开发的产品在DVD格
6、式之争中败北。这就是为什么那个“D”字看起来像一张光盘。SD系列记忆卡都是SanDisk完成测试后送交SD卡协会认证规格，因此几乎所有专利权都掌控在SanDisk手上。目前SD卡已成为消费数码设备中应用最广泛的一种存储卡。SD卡具有大容量、高性能、安全等多种特点的多功能存储卡，它比MMC卡多了一个进行数据著作权保护的暗号认证功能(SDMI规格)，读写速度比MMC卡要快4倍，达2M/秒。研究目的随着技术的发展，设备使用SD卡作为存储设备已成为一种普遍的要求。传统的单片机由于资源限制，一般不能提供文件系统，因此无法做到对SD卡中的文件进行读写。而现在SD卡的容量不断地增加和扩充，以便更好的应用于实
7、际中，从而使单片机不必实现文件系统，而能够直接操作SD卡中文件，可以在最短的时间内推出稳定的产品,最大程度降低研发风险、节省研发费用。本次设计主要由于市场上SD卡的种类较多，性能差异较大，造成SD卡驱动设计、实现等问题,针对其加以研究。开发人员需掌握各种SD的引脚、SD卡的初始化、SD卡的读写等时序图，就可以快速、准确对SD卡的驱动设计和实现（SPI总线）。本设计主要应用在桌上型仪表及便携式仪表 、电子医疗仪表 (血压计、血糖计、血脂计、心电机等)、运动器材(跑步机、摇摆机等等之器材)、汽车行车记录器、电子系统参数设定 ( 温度控制、行程控制等等之设备)等。研究意义本设计是通过对AVR单片机与
8、SD卡的驱动接口进行设计，使得实现普通单片机对大量数据的转存。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。AVR系列单片机是基础入门的一种单片机，还是应用最广泛的一种。研究的内容研究的内容1.分析单片机与USART串口的通信 2.分析单片机与SD卡通过SPI接口协议的通信3.
9、对SD卡的初始化及文件读写研究目标1.能够完成对SD卡的初始化及SD卡进行读写数据，并且了解各种操作的时序图。2.通过按键能够控制LED灯、写入（顺序或随机）SD卡数据、读取（顺序或随机）SD卡数据。3.通过USART串口将数据显示在串口调试助手2.2中。4.详细了解SPI总线的传输协议，以及所涉及到的寄存器的相关特性。论文的结构安排论文的结构安排本论文的组织与内容安排为：第一章介绍基于SD卡驱动设计与实现的基本框架，以及课题的背景及意义，并论述了研究内容和目标，最后说明了本论文的组织结构。第二章介绍了SD卡硬件电路设计，以及对设计SD卡驱动和实现所需单片机的性能要求所作的简要分析。第三章是对
10、基于ATmega16的SD卡驱动设计与实现（SPI总线）的软件分析及设计，其中包括各种硬件驱动的分析、设计和组合等情况。第四章是对基于ATmega16的SD卡驱动设计与实现（SPI总线）的效果进行测试分析。第二章 硬件设计2.1 AVR单片机的简介单片机的简介2.2 AVR单片机单片机SPI接口性能分析接口性能分析 2.3 基于基于ATmega16的的SD卡驱动设计与实现的接口设计卡驱动设计与实现的接口设计ATmega16引脚介绍引脚介绍(1)ATmega16引脚介绍引脚介绍(2)PAPD端口都是8位的双向I/O端口，具有可编程的内部上拉电阻，其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收较大
11、电流。作为输入端口使用时，如果使能内部上拉电阻，端口被外部电路拉低时将输出电流。PB端口(PB7PB4)的功能如下，其中PB3PB0不做介绍：PB7：SCK(SPI总线的串行时钟)；PB6：MISO(SPI总线的主机输入/从机输出信号)；PB5:：MOSI(SPI总线的主机输出/从机输入信号)；PB4：SS(SPI从机选择引脚)；PD端口(PD7PD3)的功能如下，其中PD2PD0不做介绍：PD7：OC2(T/C2输出比较匹配输出)；PD6：ICP1(T/C1输入捕获引脚)；PD5：OCIA(T/C1输出比较A匹配输出)；PD4：OCIB(T/C1输出比较B匹配输出)；PD3：INT1(外部中
12、断1输入引脚)；其中本课题选用的芯片PD3PD7引脚分别连接S1S5，其中S6有PC2引脚控制。时钟电路的设计(2)综上，本次设计中可以采用方式三，而在实际大批量生产时可以采用方式一，具体电路图2-3所示。 本课题选用的单片机的晶振频率为7372800Hz 按键电路设计PD3PD7引脚控制S1S5，PC2控制S6，具体电路图2-4所示。 SD卡接口电路 在SPI模式下，SD卡只需要接MISO、MOSI、CLK、Vss、Vcc这7个引脚就可以了，而ATmega16单片机也提供了相应接口。 第三章 软件设计3.1 软件设计流程软件设计流程 3.2 按键程序设计按键程序设计 3.3 USART接口的
13、驱动设计接口的驱动设计 3.4 SD卡驱动程序设计卡驱动程序设计软件设计流程软件设计流程图3-1 总体设计流程USART接口的驱动设计1. USART的初始化进行通信之前首先对USART进行初始化的设定，以及根据需要使能接收器或发送器。首先要清零全局中断标志位(屏蔽全局中断)。初始化过程通常包括波特率的设定，针对于中断驱动的USART操作。 2.当初始化USART接口后，就可以向USART接口发送字符或字符串SD卡驱动程序设计卡驱动程序设计1.在单片机SPI总线初始化完成后，就要对SD卡进行初始化，下面是SD卡初始化的时序图，如图3-3所示。 根据SD卡初始化时序图，得到SD卡初始化程序流程图
14、，其具体初始化过程如下：1.初始化SPI接口，使用低速模式。2.延时至少74clock。3.循环发送CMD55+ACMD41,直到返回0x00,进入Ready状态。4.设置读写block大小为512byte。5.把SPI设置为高速模式。2.在SD卡初始化后，就可以对SD卡进行写入操作，下面是写SD卡一个块（512字节）的时序图，如图3-4所示。 图3-5 写Sd卡的流程图根据写SD卡时序图，得到写SD卡程序流程图，如图3-5所示。 在写入SD卡数据后，就可以对SD卡进行读取操作，下面是读SD卡一个块（512字节）的时序图，如图3-6所示。 根据读SD卡时序图，得到读SD卡程序流程图，如图3-7
15、所示。图3-7 读SD卡流程图系统演示按键S1由PD3引脚控制，低电平有效，当按下S1时，触发INT1中断，使LED灯不断闪烁。按键S2由PD4引脚控制，低电平有效，当按下S2时，将向SD卡第0块写入512个有序字节，从0x000xFF。按键S3由PD5引脚控制，低电平有效，当按下S3时，将向第1块写入512个随机字节。按键S4由PD6引脚控制，低电平有效，当按下S4时，将分别读取写入512个有序字节并通过串口调试助手显示这些字节数据。按键S5由PD7引脚控制，低电平有效，当按下S5时，将分别读取写入512个随机字节并通过串口调试助手显示这些字节数据。感谢感谢各位老师聆听我的讲解各位老师聆听我的讲解谢谢大家！谢谢大家！
