该设计的硬件接口电路如下图所示，SD卡的操作模式选用SPI模式，单片机通过软件编程实现SPI模式的数据传输。在SPI模式下，单片机与SD卡的连接主要有4根线：包括时钟线，两根数据传输线和一根片选线。引脚1(CS)作为SPI片选线CS用，引脚2(DI)用作SPI总线的数据输入线，而引脚7(DO)为数据输出线，引脚5用作时钟线(CLK)。除电源和地，保留引脚可悬空。
在电路中还要解决SD卡与AT89C51的电平匹配问题，这里使用如下图所示的电路，将AT89C51的5VCMOS逻辑电平转换为SD卡的3.3VTTL电平，从而实现它们之间的正确连接。
SD卡在进行通信和数据读写时采用标准的SPI接口，由于51系列单片机不具备标准的SPI接口，因此在通信过程中需要通过软件编程，实现对标准SPI接口通信协议的模拟以实现通信过程。
SD卡的软件设计主要包括两部分内容：SD卡的上电初始化过程和对SD卡的读写操作。
下面首先介绍一些SD卡读写过程中用到的操作子函数。
1．SD卡读写的操作子函数SD卡读写的操作子函数主要包括以下几个。
函数delay:延时微秒。
函数SD＿read_byte:读出一字节。
函数SD_write_byte:写入一字节。
函数SD_write_command:发送SD的命令。
(1)延时函数delay。
该函数用来实现延时微秒，其程序代码如下。
(2)函数SD_read_byte。
该函数的功能是从SD卡读出一个字节的数据信号，接收信号时从高位到低位进行，其程序代码如下。
(3)函数SD_write_byte。
该函数的功能是向SD卡写入一个字节的数据信号，写入数据时从高位到低位进行，其程序代码如下。
(4)函数SD_write_command。
该函数用于向SD卡写入不同的操作命令以实现不同的功能，每个命令的字节数为6个，其程序代码如下。
2．SD卡的上电初始化
SD卡从上电到对SD卡进行正确的读写操作需要一个上电初始化的过程。上电初始化的流程图如下图示，操作步骤如下。
(1)SD卡上电后，主机必须首先向SD卡发送74个时钟周期，以完成SD卡上电过程。
(2)SD卡上电后会自动进入SD总线模式，并在SD总线模式下向SD卡发送复位命令CMD0，此时应设置片选信号CS处于低电平态，使SD卡进入SPI总线模式，否则SD卡工作在SD总线模式。
(3)SD卡进入SPI工作模式后会发出应答信号，若主机读到的应答信号为01，即表明SD卡已进入SPI模式，此时主机即可不断地向SD卡发送命令字CMD1并读取SD卡的应答信号，直到应答信号为00，以表明SD卡已完成初始化过程，准备好接收下一命令。
(4)初始化完成后，系统便可读取SD卡的各寄存器，并进行读写等操作。
SD卡的上电初始化程序代码如下。
3．对SD卡的读写操作
完成SD卡的初始化之后即可进行它的读写操作。SD卡的读写操作都是通过发送SD卡命令完成的。
SPI总线模式支持单块(CMD24)和多块(CMD25)写操作，多块操作是指从指定位置开始写下去，直到SD卡收到一个停止命令CMD12才停止。单块写操作的数据块长度只能是512字节，当应答为0时说明可以写入数据，大小为512字节。SD卡对每个发送给自己的数据块都通过一个应答命令确认，它为1字节长，当低5位为00101时，表明数据块被正确写入SD卡，这里只实现单块数据的读写功能，其流程图如下图所示。
写SD卡的程序代码如下。
在读取SD卡中数据时，读SD卡的命令字为CMD17，接收正确的第一个响应命令字节为0xFE，随后是512字节的用户数据块，最后为2字节的CRC验证码。读SD卡的流程图如下图所示。
读SD卡的程序代码如下。
注意事项
(1)在SD初始化时应当注意的是：主机在向SD卡发送命令字CMDO时，SD卡是处于SD总线模式的，此时要求每一个命令都要有合法的CRC校验位，所以，此时的命令字CMDO必须有正确的CRC校验位(其校验位为95H)。而在发送命令字CMD1时，SD卡已处于SPI模式，而默认的SPI模式无需CRC校验，此时的CRC校验位可直接写入0。
(2)读扇区：SD卡允许以块数据进行读写，在这里用CMD16命令设定每读写的块为512字节，正好是一个扇区，设置好后用CMD17读块命令读取512放入缓冲区即可。
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