SD卡内部构造与工作原理

SD卡内部构造与工作原理

1、简介：

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种为满足安全性、容量、性能和使用环境等各方面的需求而设计的一种新型存储器件，SD卡允许在两种模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系统采用SPI模式。本小节仅简要介绍在SPI模式下，STM32处理器如何读写SD卡，如果读者如希望详细了解SD卡，可以参考相关资料。

SD卡内部结构及引脚如下图所示：

SD卡内部图.JPG

2、SD卡管脚图：

SD卡图.JPG

3、SPI模式下SD各管脚名称为：

sd卡：

SPI模式下SD各管脚名称为.JPG

注：一般SD有两种模式：SD模式和SPI模式，管脚定义如下：（A）、SD MODE 1、CD/DATA3 2、CMD 3、VSS1 4、VDD 5、CLK 6、VSS2 7、DATA0 8、DATA1 9、DATA2

（B）、SPI MODE 1、CS 2、DI 3、VSS 4、VDD 5、SCLK 6、VSS2 7、DO 8、RSV 9、RSV

SD卡主要引脚和功能为：

CLK：时钟信号，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率可在0～25MHz之间变化，SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0～25MHz的频率；

CMD：双向命令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址，也可以是到所有卡；回复是对之前命令的回答，回复可以来自单卡或所有卡；

DAT0～3：数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。

SD卡以命令形式来控制SD卡的读写等操作。可根据命令对多块或单块进行读写操作。在SPI模式下其命令由6个字节构成，其中高位在前。SD卡命令的格式如表1所示，其中相关参数可以查阅SD 卡规范。

4、MicroSD卡管脚图：

MicroSD卡管脚图.JPG 5、MicroSD卡管脚名称：

MicroSD卡管脚名称.JPG

SD卡与MicroSD卡仅仅是封装上的不同，MicroSD卡更小，大小上和一个SIM卡差不多，但是协议与SD卡相同。

一般我们用单片机操作SD卡时，都不需要对FAT分区表信息做处理，原因如下：

1）、操作FAT分区表要增加程序代码量、增加SRAM的消耗，对于便携应用来说代码大小和占用SRAM的多少至关重要。

2）、即使我们对FA T分区表不做任何了解，实际上我们一样可以向SD卡上写入数据，这就表明使用FAT对我们做数据存储应用来说如同鸡肋。

3）、耗费大量经历和时间去了解FAT分区表对于我们做嵌入式软件开发的人来说有些得不偿失。

4）、SD卡支持两种操作模式，SD模式和SPI模式，SPI模式做SD 数据操作时根本不需要知道FAT，这时候SD卡对于我们来说实际上就是个大的、快速的、方便的、容量可变的外部存储器。

基于以上原因，一般情况下对SD卡的操作只需要了解SPI通讯就可以了，而现在大部分单片机都有SPI接口，那么操作SD卡易如反掌。

以下是做SD卡试验时使用的电路图：

SD卡试验时使用的电路图.JPG

SD_CS/连接到单片机的片选SD管脚，只有单片机设置SD_CS/为低电平时才可以操作SD卡。

MOSI连接单片机SPI总线的MOSI管脚（SPI数据输入），单片机从这个管脚读取SD卡内的数据。

MISO连接单片机SPI总线的MISO管脚（SPI数据输出）、单片机通

过这个管脚向SD卡内写入数据。

SCK连接单片机SPI总线的SCK(SPI时钟）

SD管脚实际上在SD卡内部连接到了GND，当SD插座上没插入SD 卡时，单片机从这个管脚能读到高电平（前提是使用单片机内部上拉输入，或者外部增加一个上拉电阻），一旦插入SD卡，这个管脚就变成低电平，这个功能用来检测是否插入SD卡。

RSV1和RSV2是保留功能管脚，不需要操作。

MicroSD卡的连接和SD卡大同小异，只是MicroSD卡比SD卡少一个GND管脚，所以不能使用上面做的这种插入卡的检测，实际上现在很多SD卡/MicroSD卡插座都有插入检测管脚，当然，一分钱一分货，价格上当然也要贵一些

顺便提一下，普通SD卡插座最多5块钱。

SPI命令格式

Byte 1 Byte2-5 Byte 6

7 6 5 0 31 0 7 0

0 1 Command Command Argument CRC 1

以下是一个简单的测试SD卡读写的程序，程序是基于Atmega128单片机编写的，对于Atmega的其他单片机仅需要做管脚改动就可以使用，其他单片机更改要更大。

sd.h

//********************************************************** ********

//SPI各线所占用的端口

#define SD_SS PB6

#define SD_SCK PB1

#define SD_MOSI PB2

#define SD_MISO PB3

//********************************************************** ********

#define SD_DDR DDRB

#define SD_PORT PORTB

#define SD_PIN PINB

#define SD_SS_H SD_PORT |= (1<#define SDSS_L SD_PORT &= ~(1<#define SD_SCK_H SD_PORT |= (1<#define SD_SCK_L SD_PORT &= ~(1<#define SD_MOSI_H SD_PORT |= (1<#define SD_MOSI_L SD_PORT &= ~(1<

#define

SD_MISO_IN (SD_PIN&(1