如何將SD卡模塊與PIC微控制器連接并在其中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

　　安全數(shù)字（SD）卡用于在許多電子設(shè)備中存儲(chǔ)信息，尤其是智能手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)。但是您知道您可以借助一個(gè)簡(jiǎn)單的 8 位微控制器在SD 卡上讀取和寫入信息嗎？你沒聽錯(cuò)，這樣做是可能的，這為嵌入式系統(tǒng)和設(shè)計(jì)打開了一個(gè)充滿機(jī)會(huì)的袋子。由于 SD 卡的價(jià)格遠(yuǎn)優(yōu)于任何其他存儲(chǔ)選項(xiàng)，因此它可以用于存儲(chǔ)和記錄數(shù)天的數(shù)據(jù)。這使得日志記錄功能更加簡(jiǎn)單。這是一個(gè)例子，你可以用一張 SD 卡做更多的事情。

　　因此，在本文中，我們將向您展示如何簡(jiǎn)單地將 SD 卡模塊與 PIC 微控制器連接并在其中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　了解不同類型的 SD 卡？

　　安全數(shù)字卡或 SD 卡是一種由 SD 協(xié)會(huì) （SDA） 開發(fā)的用于便攜式設(shè)備的非易失性存儲(chǔ)卡格式。Secure Digital 卡可細(xì)分為四類，如下所示。

　　SDSC（安全數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)容量）：

　　您可以在市場(chǎng)上找到的最基本和最常見的卡是SDSC卡。它代表安全數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)容量；這種類型的卡最大容量為 2GB，它使用 FAT16 文件系統(tǒng)。除此之外，此類卡的最大傳輸容量為 12.5MB/s 。

　　SDHC（安全數(shù)字大容量）：

　　接下來，列表中還有另一種最常見的卡，稱為SDHC或安全數(shù)字大容量卡。此卡最大容量為 32GB，支持升級(jí)后的 FAT32 文件系統(tǒng)。在一般情況下，此卡支持的總線速度為 12.5MB/s 至 25MB/s，但根據(jù)總線接口（UHS-I、UHS-II、UHS-III、SD-表達(dá)）。

　　SDXC（安全數(shù)字?jǐn)U展容量）：

　　接下來，我們有我們的SDXC卡或Secure Digital eXtended-Capacity， 此卡的最大容量為 2TB，它可以同時(shí)支持 FAT32 和 exFAT 文件系統(tǒng)。此卡的默認(rèn)總線速度為 12.5MB/s 至 25MB/s，但它支持高達(dá) 3938MB/s 取決于總線接口（UHS-I、UHS-II、UHS-III、SD-Express）

　　SDUC（安全數(shù)字超容量）：

　　接下來，在線上，我們有我們最近升級(jí)的卡或SDUC卡，它代表安全數(shù)字超容量。此卡最大容量為 128TB，僅支持 exFAT 文件系統(tǒng)。它還具有 12.5MB/s 到 25MB/s 的默認(rèn)總線速度，但根據(jù)總線類型，它可以支持高達(dá) 3938MB/s（UHS-I、UHS-II、UHS-III、SD-Express）。

　　SDIO（安全數(shù)字輸入輸出）：

　　SDIO是一種安全數(shù)字卡接口。根據(jù)容量和總線速度，它可以用作輸入或輸出設(shè)備的接口。

　　SD卡也按“寫入速度”和“物理尺寸”分類

　　2.按“物理尺寸”分類

　　標(biāo)準(zhǔn)（32 毫米 × 24 毫米 × 2.1 毫米）

　　miniSD（21.5 毫米 × 20 毫米 × 1.4 毫米）

　　microSD（15 毫米 × 11 毫米 × 1 毫米）

　　了解 SD 卡不同引腳的功能

　　一般來說，SD 卡有 9 個(gè)引腳，但其中只有 7 個(gè)引腳用于與 SPI 模式下的 SD 卡通信。SD 卡 MicroSD 卡和 SD 卡模塊的圖像如下所示。

　　標(biāo)準(zhǔn) SD 卡可以在 3 種模式下運(yùn)行：

　　1. SPI 模式引腳配置

　　2.一位 SD 模式引腳配置

　　3.四位 SD 模式引腳配置

　　在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將通過 SPI 與 SD 卡進(jìn)行通信。工作頻率在 100kHz 至 400kHz 之間。

　　將 SD 卡與 PIC 微控制器通信所需的組件

　　構(gòu)建此項(xiàng)目所需的組件非常通用，其中大部分都可以在您當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰曛姓业?。下面給出了所需組件的列表。

　　PIC單片機(jī)（PIC18F46K22）

　　SD卡模塊（帶3.3穩(wěn)壓器和邏輯電平轉(zhuǎn)換器）

　　降壓電阻（3x3.3K 和 3x2.2k）（如果直接使用 SD 卡）

　　20MHz晶振

　　33pf 電容 - 2Nos

　　4.7k， 100E 電阻

　　PicKit3

　　帶領(lǐng)任何顏色

　　按鈕

　　面包板

　　跳線

　　為 PIC 和 SD 卡模塊供電的 12V 適配器

　　用于將 SD 與 PIC 微控制器連接的示意圖

　　下面給出了基于 PIC 微控制器的數(shù)據(jù)記錄器的電路圖。

　　我們使用 PIC18F46K22 作為大腦與 SD 卡模塊進(jìn)行通信。我們已經(jīng)知道PIC單片機(jī)的工作電壓是5V，不適合SD卡。由于 SD 卡工作在 3.3v 電壓范圍內(nèi)，因此我們使用了一些分壓器來降低 SD 卡輸入電壓。

　　我們使用 2.2k 和 3.3k 電阻器來創(chuàng)建分壓器電路。

　　SD卡輸入電壓 = 5v x （3.3k/ （2.2k+3.3k）） = 3v

SD卡和PIC單片機(jī)之間建立通信的程序

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用Chan 的 FatFs 通用 FAT 文件系統(tǒng)模塊庫在 SD 卡上讀取和寫入數(shù)據(jù)，并使用 Microchip 代碼配置器 (MCC) 為 (PIC18F46K22) 配置程序。完整的程序可以在本頁底部找到。

上面提到的那些庫包含在代碼的開頭。

?

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#包括“ff.h”

?

接下來，定義2個(gè)變量fatFs和file用于訪問SD卡的區(qū)域。

?

FATFS FATF；/* 每個(gè)卷需要的 FatFs 工作區(qū) */
文件；/* 每個(gè)打開的文件需要的文件對(duì)象 */

?

接下來，我們定義一個(gè)回調(diào)函數(shù)來讓 LED 閃爍，我們?cè)?Timer0 的幫助下做到這一點(diǎn)。我們計(jì)算它，以便 LED 每 1 秒閃爍一次。

?

無效閃爍_led（）{
            IO_RA1_Toggle();
}

?

在main()循環(huán)中，我們調(diào)用SYSTEM_Initialize()函數(shù)來初始化系統(tǒng)外圍設(shè)備，如（INTERRUPT、Pin、Timer0、Uart、SPI1）。并啟用全局和外圍中斷。

?

無效主要（無效）
{
            單位體重；
            //初始化設(shè)備
            SYSTEM_Initialize();
            // 如果在 PIC18 高/低優(yōu)先級(jí)模式下使用中斷，則需要啟用全局高和低中斷
            // 如果在 PIC 中檔兼容模式下使用中斷，則需要啟用全局和外設(shè)中斷
            // 使用以下宏：
            // 啟用全局中斷
            INTERRUPT_GlobalInterruptEnable();
            // 禁用全局中斷
            //INTERRUPT_GlobalInterruptDisable();
            // 啟用外設(shè)中斷
            INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable();
            //禁用外設(shè)中斷
            //INTERRUPT_PeripheralInterruptDisable();

?

系統(tǒng)初始化后，調(diào)用TMR0_SetInterruptHandler()函數(shù)，設(shè)置回調(diào)函數(shù)，然后啟動(dòng) Timer0。

?

TMR0_SetInterruptHandler(blink_led);
TMR0_StartTimer();

?

完成所有初始化后，現(xiàn)在我們使用 SD 卡啟動(dòng)主進(jìn)程。首先，我們需要調(diào)用函數(shù)f_mount()來掛載 SD 卡，并將返回值存儲(chǔ)到名為FRESULT的變量中。通過檢查該stat變量，我們可以進(jìn)一步進(jìn)行。所以，如果stat結(jié)果為FR_OK，則表示SD卡掛載成功，否則掛載失敗。所以，在 SD 卡掛載成功后，我們現(xiàn)在調(diào)用f_open()創(chuàng)建一個(gè)名為“?test.txt?”的文件，然后使用?f_lseek()函數(shù)將光標(biāo)指向文件末尾?，F(xiàn)在，我們可以調(diào)用f_write()函數(shù)將數(shù)據(jù)寫入該文件，最后，我們調(diào)用f_close()來關(guān)閉 SD 卡中打開的文件。這就是我們?cè)谥皠?chuàng)建的文本文件中寫入的方式。

?

printf("\r\n=============開始與SD卡接口=============\r\n");
            FRESULT stat = f_mount(&fatFs, "", 1);
            if (stat == FR_OK) { /* 掛載 SD */             
            printf("SD卡掛載成功\r\n");
            SD_LED_SetHigh();
             if (f_open(&file, "Sd_test.txt", FA_OPEN_ALWAYS | FA_READ | FA_WRITE) == FR_OK) { /* 打開或創(chuàng)建文件 */            
            printf("創(chuàng)建文件成功\r\n");            
                         if ((file.fsize != 0) && (f_lseek(&file, file.fsize) != FR_OK)) 轉(zhuǎn)到 endSD; /* 跳轉(zhuǎn)到文件末尾 */
                         f_write(&file, "大家好！\r\n", 13, &bw);
            f_write(&file, "這是寫入SD卡的短信。更多信息請(qǐng)?jiān)L問www.circuitdigest.com\r\n", 99, &bw);
                         endSD: f_close(&file); /* 關(guān)閉文件 */
            SD_LED_SetLow();
             }別的{
            printf("創(chuàng)建文件失敗\r\n");
            SD_LED_SetLow();
            }
    }別的{
            printf("SD卡掛載失敗\r\n ------ FRESULT %d ------\r\n");
            }
            printf("\r\n=============完成與SD卡的接口=============\r\n\r\n\r\n \r\n");

?

這就是我們?nèi)绾螌?SD 卡與 PIC 微控制器連接以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 SD 卡中。

　　測(cè)試和調(diào)試通信過程

　　電路和代碼完成后，我們?cè)谖覀兎湃氪a中的調(diào)試日志的幫助下測(cè)試了電路。如您所見，我們使用 USB 到 UART 轉(zhuǎn)換器在我們使用 PuTTY 的串行監(jiān)視器窗口中記錄調(diào)試數(shù)據(jù)。

　　看到“創(chuàng)建文件成功”信息后，我們從SD卡模塊中取出SD卡，直接放入PC中驗(yàn)證文件是否創(chuàng)建，果然文件創(chuàng)建成功。

　　我們打開文件并檢查我們輸入的消息是否存在。它就在那里，這證明我們的代碼工作正常。

?

#include "mcc_generated_files/mcc.h"

#包括“ff.h”

FATFS FATF；/* 每個(gè)卷需要的 FatFs 工作區(qū) */

文件；/* 每個(gè)打開的文件需要的文件對(duì)象 */

無效閃爍_led（）{

IO_RA1_Toggle();

}

/*

主要應(yīng)用

*/

無效主要（無效）

{

單位體重；

//初始化設(shè)備

SYSTEM_Initialize();

// 如果在 PIC18 高/低優(yōu)先級(jí)模式下使用中斷，則需要啟用全局高和低中斷

// 如果在 PIC 中檔兼容模式下使用中斷，則需要啟用全局和外設(shè)中斷

// 使用以下宏：

// 啟用全局中斷

INTERRUPT_GlobalInterruptEnable();

// 禁用全局中斷

//INTERRUPT_GlobalInterruptDisable();

// 啟用外設(shè)中斷

INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable();

//禁用外設(shè)中斷

//INTERRUPT_PeripheralInterruptDisable();

TMR0_SetInterruptHandler(blink_led);

TMR0_StartTimer();

SD_LED_SetLow();

printf("############################################## ###########\r\n");

printf("與 PIC18 的 SD 接口\r\n");

printf("############################################## ###########\r\n");

printf("系統(tǒng)設(shè)置完成\r\n");

printf("\r\n=============開始與SD卡接口=============\r\n");

FRESULT stat = f_mount(&fatFs, "", 1);

if (stat == FR_OK) { /* 掛載 SD */

printf("SD卡掛載成功\r\n");

SD_LED_SetHigh();

if (f_open(&file, "Sd_test.txt", FA_OPEN_ALWAYS | FA_READ | FA_WRITE) == FR_OK) { /* 打開或創(chuàng)建文件 */

printf("創(chuàng)建文件成功\r\n");

if ((file.fsize != 0) && (f_lseek(&file, file.fsize) != FR_OK)) 轉(zhuǎn)到 endSD; /* 跳轉(zhuǎn)到文件末尾 */

f_write(&file, "大家好！\r\n", 13, &bw);

f_write(&file, "這是寫入 SD 卡的短信。更多信息請(qǐng)?jiān)L問www.circuitdigest.com \r\n", 99, &bw);

endSD: f_close(&file); /* 關(guān)閉文件 */

SD_LED_SetLow();

}別的{

printf("創(chuàng)建文件失敗\r\n");

SD_LED_SetLow();

}

}別的{

printf("SD卡掛載失敗\r\n ------ FRESULT %d ------\r\n");

}

printf("\r\n=============完成與SD卡的接口=============\r\n\r\n\r\n \r\n");

而（1）{

// 添加您的應(yīng)用程序代碼

}

}

/**

文件結(jié)束

*/