作者：呂超 胡曉光 孫來軍 　

    摘 要：將sd卡作為外部掉電存儲介質應用于斷路器離線測試儀中，介紹了以atmegal28單片機作為核心元件，用spi方式讀寫sd卡的方法和相應的文件系統設計。該方案使斷路器離線測試儀在使用過程中更加靈活，而且操作簡單、節省了硬件資源，具有較高的實用價值。

    關鍵詞：sd卡斷路器測試儀

    在斷路器離線測試儀的設計和使用過程中，需要積累大量的正常狀態和故障狀態下的歷史動作數據，形成樣本庫，作為斷路器進行故障診斷的依據。從數據庫的建立和維護的角度來說，上位機比儀器本身更占有優勢。同時，由于儀器自身硬件系統資源的局限，相對復雜的故障診斷分析也需要利用上位機軟件來實現。因此，這就需要容量大、移動靈活的測試儀和上位機的中間存儲介質。

    sd卡(seecure digital memory cardl)是一種基于flash的新一代存儲器，具有體積小、容量大、數據傳輸快、移動靈活、安全性能好等優點，是許多便攜式電子儀器理想的外部存儲介質。

    1 atmegal28的spi接口簡介及基本數據傳輸

    spi全稱為“series peripheral interface”，意為“串行外設接口”，是一種全雙工、3線同步數據傳輸的串行總線接口。圖1為atmega128單片機主機一從機通過spi進行互連的示意圖。

    系統包括兩個移位寄存器和一個主機時鐘發生器。主機通過將需要的從機的ss引腳拉低，啟動一次通訊過程。主機和從機將需要發送的數據放入相應的移位寄存器中。主機在sck引腳上產生時鐘脈沖以交換數據。主機的數據從主機的mosi移出，從從機的mosi移入；從機的數據從從機的miso移出，從主機的miso移入。主機通過將從機的ss引腳拉高實現與從機的同步。基本的通過spi接口發送和接收單個字節的流程如圖2所示。

    值得注意的是，因為發送和接收是同時進行的，所以發送和接收數據使用同一個函數。在發送數據時，并不關心函數的返回值；在接收數據時，可以發送并無實際意義的字節(如0xff)作為函數的參數。

    2 spi模式下的atmegal2b單片機與sd卡的接口電路

    sd卡為用戶提供兩種操作模式：sd模式和spi模式。spi模式下sd卡的引腳定義如表1所示。在該模式下，sd卡為主機提供了cs、sclk、di、do四線接口。atmegal28單片機與sd卡的接口電路如圖3所示。

    因為不涉及主從機之間的轉換，所以單片機的ss引腳閑置不用。單片機的portxn引腳作為sd卡的選通信號。

    對于單片機來說，spi接口和程序下載接口復用，節約了單片機的硬件開銷，提高了單片機的資源利用率。

    3 spi模式下對sd卡的操作

    spi模式下sd卡的操作流程如圖4所示。

    上電后，sd卡自動進入sd模式。單片機此時使cs信號為低電平，并向sd卡發送reset命令(cmdo)，如果sd卡有0x01作為響應，則表明sd卡進入spi模式下的ldle狀態。在等待至少74個時鐘周期后，向sd卡發送send_op_cond(cmd1)命令，當輪詢到sd卡的響應為0x00時，說明sd卡已經準備好接收讀寫操作了。

    對sd卡的基本讀寫操作命令有：數據塊讀命令read_block(cmdl7)、多數據塊讀命令read_multiple_block(cmdl8)和數據塊寫命令write_block(cmd24)、多數據塊寫命令write_multiple_block(cmd25)。

    對sd卡的操作都是由一些命令來實現的。所有的命令都是由48個數據位組成的，其結構如表2所示。

    在應用時，可以連續發送6個字節來實現上述的命令格式。

    4 應用于斷路器