C8051F020在SD卡主控制器设计中的应用

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  • 1 引言

      飞机飞行状况监测及数据采集仪。用于采集飞机试飞时的各种飞行数据,要求大量的存储容量。它具有功能强、性价比高、安装和使用方便的特点。采集仪可以根据用户的要求进行配置,对八路传感器输入信号进行调理、采样及数据处理,将测量结果实时动态显示,并通过其报警功能,实现设备故障预警。采集仪既可以单机独立工作,也可以通过RS-485总线将多达16台采集仪与计算机联机组成在线监测系统。应用范围包括各种不同类型的电机、风机、泵、齿轮箱、轧机、风力发电机、电站和离心机,以及各种机械设备常见故障的状态监测等。

      2 硬件功能原理与设计

      SD卡的外形和接口如图1所示。根据SD卡与主控制器的通信协议不同,SD卡对外提供两种访问模式:SD模式和SPI模式。所用通信模式不同,SD卡引脚的功能也不同,具体引脚功能如表1所示。在具体通信过程中,主机只能选择其中一种通信模式。通信模式的选择对于主控制器来说是透明的,卡会自动检测复位命令的通信协议模式,而且通信模式一旦选定,系统在通电情况下不能改变。SD模式下,主控制器使用SD总线访问SD卡。可通常的单片机没有硬件SD总线,尽管可以借助通用口线用软件仿真,但访问速度较低,还要大量占用CPU时间,而单片机多具有SPI总线。

    SD卡的形状与接口

    SD卡引脚定义

      注:S--电源;I--输入;O--推挽输出;PP--推挽I/O。

     在SPI总线模式下。CS为主控制器向卡发送的片选信号,SCLK为主控制器向卡发送的时钟信号。DI(DataIn)为主控制器向卡发送的单向数据信号,DO(DataOut)为卡向主控制器发送的单向数据信号。SD卡的内部结构如图2所示,还具有卡接口控制器、寄存器以及SD和SPI两种模式的对外接口等。外部主控制器访问卡的外部信号线并不与存储器单元直接相连,而是通过卡的接口控制器与存储器单元接口相连。卡内存储单元的读,擦,写由卡接口控制器根据主控制器的命令自动处理完成,而主控制器无须知道卡内是如何操作、管理存储单元的。SD卡内部有6个信息寄存器,用来设置和保存操作卡的关键信息,有两个状态寄存器,用来记录操作卡的当前状态。

      采集仪的主控制器采用了C8051F020单片机。C8051F020是完全集成的混合信号系统级MCU芯片。这个系列单片机与8051在指令上完全兼容,性能远远高于标准的8051单片机。又扩展了丰富的外设,是一种名副其实的SOC (System On Chip)单片机,与SD卡系统相关的特性如下:

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