电子-SD卡原理及内部结构.pdf

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种广泛使用的存储设备，具有良好的安全性、较大的容量以及较高的性能，能够适应各种使用环境。SD卡支持两种工作模式：SD模式和SPI模式。SPI模式因其简单和易用性，在单片机和嵌入式STM32系列处理器中应用广泛。SD卡采用SPI模式时，主要使用以下引脚： - CLK（时钟信号）：负责在通信过程中提供时钟脉冲，频率范围可在0到25MHz之间变化。 - CMD（命令线）：作为主机与从卡之间进行命令和回复的双向数据线。 - DAT0~3（数据线）：用于数据的传输，数据可以由SD卡传到主机，也可以由主机传到SD卡。 SD卡的SPI命令通常由6个字节构成，采用高位在前的格式。SD卡内部结构和引脚配置对用户不可见，但其工作原理和通信协议是可以了解和利用的。SD卡与MicroSD卡的区别仅在于封装形式，MicroSD卡尺寸更小，与SIM卡相当，但两者的协议完全相同。 在操作SD卡时，尤其是使用单片机进行读写操作，通常不需要处理FAT分区表。这主要是因为处理FAT分区表会增加程序代码量、占用更多的SRAM资源，并且耗时耗力。在SPI模式下，可以不考虑FAT分区表的存在，直接将SD卡当作一个大容量、快速、方便的外部存储器使用。 为了在SPI模式下进行SD卡的读写操作，通常需要设计一个简单的电路，并了解如何通过SPI接口与SD卡通信。这需要单片机的SPI总线支持，包括片选（CS）、主输出从输入（MOSI）、主输入从输出（MISO）和时钟（SCK）四个基本信号线。SD卡的片选信号（SD_CS/）是单片机用来激活SD卡的信号，只有当该引脚为低电平时SD卡才能被操作。MOSI和MISO分别用于数据的发送和接收，而SCK则是数据传输的同步时钟。 在电路设计中，通常还会使用一个检测引脚（SD），用来检测SD卡是否已经插入。当SD卡未插入时，该引脚一般会被读取为高电平；一旦插入SD卡，该引脚读取为低电平，从而提供了一种简单的硬件检测机制。 SD卡与MicroSD卡在物理连接上的主要区别是MicroSD卡缺少了一个接地（GND）引脚，因此在设计MicroSD卡的电路时，需要考虑如何处理缺少的GND引脚。目前市面上有许多SD卡和MicroSD卡插座都提供了插入检测功能，但这样的插座价格会更高。 一个典型的SD卡试验电路图，以及如何使用SPI接口进行数据读写的示例程序，都说明了在STM32等嵌入式处理器中使用SPI模式来控制SD卡进行数据存储和读取的操作是相对简单的。在编程实现时，需要定义和配置与SPI通信相关的端口和引脚，并通过编程设置相应的寄存器来控制数据的传输。在实际应用中，几乎所有的单片机都支持SPI接口，因此操作SD卡的难度大大降低。