AT89S52單片機(jī)與CF卡的接口電路設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了CF卡和單片機(jī)接口的各種模式,比較了各種模式的利弊。給出了2種常用模式下的電路原理圖,簡要說明了IDE模式下存取工作的原理,闡述了映射存儲(chǔ)模式下CF卡的存取原理。
關(guān)鍵詞：CF卡;單片機(jī);接口模式;讀寫扇區(qū)

1 前言
??? 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展,移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。其中CF(Compact Flash)卡以其價(jià)格低廉、體積小、存儲(chǔ)容量大、高速等優(yōu)點(diǎn)在眾多移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、PDA和筆記本電腦等當(dāng)前十分熱門的消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。并且CF卡在其他領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。本文所述內(nèi)容就是通過8051單片機(jī)對CF卡進(jìn)行讀寫。
??? 2.CF卡的操作方式
??? CF卡的操作方式與計(jì)算機(jī)的硬盤操作方式類似,其扇區(qū)的尋址也有兩種方式：物理尋址(CHS)和邏輯尋址(LBA),物理尋址使用柱面、磁頭和扇區(qū)號(hào)表示一個(gè)特定的扇區(qū),起始扇區(qū)是0道、0頭、1區(qū),接下來是2區(qū)等等,邏輯尋址將整個(gè)CF卡統(tǒng)一尋址。邏輯塊尋址和物理尋址的關(guān)系為：
LBA地址=(柱面號(hào)×磁頭數(shù)+磁頭號(hào))×扇區(qū)數(shù)+扇區(qū)數(shù)一1
??? 在實(shí)際使用過程中,用LBA地址進(jìn)行尋址,可以大大簡化編程的工作量,避免柱面、磁頭和扇區(qū)之間的換算和切換,并且可以突破CHS對大容量的無法尋址的限制。

3.CF卡的文件管理
??? CF卡的文件管理系統(tǒng)和硬盤的文件管理是一樣的,他將CF卡的存儲(chǔ)空間分為五個(gè)部分：主引導(dǎo)記錄扇區(qū)(MBR)、DOS引導(dǎo)區(qū)(DBR)、文件分配表(FAT)、文件目錄表(FDT)和數(shù)據(jù)。
???? 主引導(dǎo)記錄扇區(qū)(MBR)
??? 主引導(dǎo)記錄扇區(qū)(MBR)在0柱面、0磁頭、1扇區(qū)。主引導(dǎo)記錄記錄磁盤最重要的結(jié)構(gòu)信息。主引導(dǎo)記錄是硬磁盤作分區(qū)時(shí)建立的(Fdisk)。主引導(dǎo)記錄包括一小段執(zhí)行代碼(主引導(dǎo)代碼)、磁盤特征和硬盤分區(qū)表。主引導(dǎo)記錄結(jié)束的兩個(gè)字節(jié)必須是引導(dǎo)自舉標(biāo)記0x55AA。磁盤特征位于0x01B8, 指定磁盤操作系統(tǒng)。
DOS引導(dǎo)區(qū)(DBR)
??? DOS引導(dǎo)區(qū)(DBR)的起始扇區(qū)在0柱面、1磁頭、1扇區(qū),磁盤的邏輯0扇區(qū)都稱為DOS引導(dǎo)扇區(qū),又稱為BOOT區(qū)。它由以下5個(gè)部分組成：
??? 跳轉(zhuǎn)指令,占用3個(gè)字節(jié)的跳轉(zhuǎn)指令將跳至引導(dǎo)代碼,其內(nèi)容隨DOS版本變化。
??? 廠商標(biāo)識(shí)和DOS版本號(hào)。該部分總共占用8個(gè)字節(jié),其內(nèi)容隨DOS版本而不同。
??? BPB（BIOS Paramenter Block, BIOS參數(shù)塊）。BPB從第12字節(jié)起占用19個(gè)字節(jié)。
??? DOS引導(dǎo)程序。DOS引導(dǎo)程序既是占用480字節(jié)的BOOT代碼,負(fù)責(zé)完成DOS的3個(gè)系統(tǒng)文
件的裝入工作。這部分內(nèi)容隨DOS版本不同而變化。
??? 結(jié)束標(biāo)志字,結(jié)束標(biāo)志占用2個(gè)字節(jié),其值為AA55。
??? BPB表中所記錄的有關(guān)參數(shù),能幫助編程者確定磁盤的容量大小、文件分配表FAT的位置和大小、文件目錄表FDT的位置和大小。因此以FAT32分區(qū)格式為例討論BPB表的結(jié)構(gòu)。
??? 偏移量為0BH、0CH記錄每個(gè)扇區(qū)的字節(jié)數(shù),0DH記錄每簇扇區(qū)數(shù)。0EH、OFH記錄保留扇區(qū)數(shù),10H記錄FAT表的數(shù)目,15H磁盤介質(zhì)描述符,18H每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù),24H每個(gè)FAT表的扇區(qū)數(shù),2CH～2FH根目錄起始號(hào)。
??? 文件分配表(FATl)
??? 文件分配表FAT(File Allocation Tabel)是文件管理系統(tǒng)用來給每個(gè)文件分配磁盤物理空間的表格,它告訴操作系統(tǒng),文件存放在磁盤什么地方。文件分配表(FAT)有表標(biāo)識(shí)和簇映射(舊稱表目)的集合組成。一個(gè)完全相同的鏡像副本連續(xù)存儲(chǔ)在主 FAT 表后。表標(biāo)識(shí)符包括磁盤介質(zhì)描述符( 1 字節(jié))和填充字節(jié), 總計(jì)占兩個(gè)簇的簇映射區(qū)域(這大概也就是 FAT 文件系統(tǒng)簇號(hào)由2開始的原因), 填充字節(jié)一般為 FF,FAT32 的填充字節(jié)中還包含"臟位", 即系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行磁盤檢查(FAT-ChkDsk/NTFS-AutoChk)。FAT 簇映射中, 0000 表示空簇, FFFF 表示簇鏈結(jié)束, FFF7 表示壞簇, 其余值表示其后續(xù)簇的簇號(hào)。FAT12 和 FAT32 的存儲(chǔ)策略同 FAT16 類似, 例如 FAT12的結(jié)束簇為 FFF, FAT32 的壞簇為 0FFFFFF7 等(注意 FAT32 的高 4 位保留)。文件分配表(FAT2)是FAT1的完全備份。
??? 文件目錄表(FDT) 在文件目錄表中,每個(gè)文件占32個(gè)字節(jié)（用PC-TOOLS或DEBUB讀出時(shí)占兩行）,各個(gè)字節(jié)的含義是這樣的：0-7 字節(jié)：文件名;8-10 字節(jié)：擴(kuò)展名;11 字節(jié),表示文件屬性;12-21 共10個(gè)字節(jié)為保留字段,沒有使用;22-23 為建立文件的時(shí)間;24-25 為建立文件的日期;26-27 為文件占用的第一個(gè)簇號(hào),即起始簇;28-31 共4個(gè)字節(jié)為此文件的長度。

3.AT89S52與CF卡的接口設(shè)計(jì)
??? CF卡有3種工作模式可供選擇：I／0模式、存儲(chǔ)器模式和IDE模式。CF卡的默認(rèn)模式是存儲(chǔ)器模式,使用也最為普遍。如果使用存儲(chǔ)器模式則不需要配置任何寄存器。每一種模式的電路連接各不相同。在I／0模式和存儲(chǔ)器模式下,可以采用8位的訪問方式,也可以采用16位的訪問方式。本文所采用的是8位的存儲(chǔ)器模式,其接口電路原理圖如圖1所示。
??? AT89S52的P0口就為數(shù)據(jù)線連接CF的DO—D7,CF卡的A0－A10為地址線,P3．6、P3．7分別為讀(RD)、寫(WE)線。由于 AT89S52是8位的單片機(jī),所以對CF卡的訪問采用8位的方式較為方便。通過把-CE2設(shè)為‘1’即可通過訪問CF卡的D0--D7來存取數(shù)據(jù)。而- CEl可以作為CF卡的片選信號(hào),通過設(shè)-CEl為‘0’來選通CF卡,即-CEl接AT89S52的P2.6來線選CF卡。當(dāng)REG為‘0’時(shí),訪問 CF卡的屬性寄存器;REG為‘1’時(shí),CF卡在存儲(chǔ)器模式下對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。RDY/BSY為CF卡狀態(tài)引腳,當(dāng)為“0”時(shí),CF卡忙,為“1”時(shí)可以對CF卡操作。原理圖如圖所示：
???? 限于篇幅只將寫一個(gè)扇區(qū)代碼編寫（讀扇區(qū)代碼基本與此相同）如下：
;寫一個(gè)扇區(qū)
WRITE:?? MOV DPTR, #SECTR_CNT
????????? MOV A, #1
????????? MOVX @DPTR, A
????????? MOV DPTR, #SECTR_NO
????????? MOV A, SECTRNO
????????? MOVX @DPTR, A
????????? MOV DPTR, #CYLINDER_LOW
????????? MOV A, CYLINDERL
????????? MOVX @DPTR, A????
MOV DPTR, #CYLINDER_HI
????????? MOV A, CYLINDERH
????????? MOVX @DPTR, A
????????? MOV DPTR, #DRV_HEAD
????????? MOV A, DRVHEAD
????????? ANL A, #0FH
????????? ORL A, #0E0H
????????? MOVX @DPTR, A
????????? MOV DPTR, #COMMAND
????????? MOV A, 30H????
????????? MOVX @DPTR, A
WRITE512:MOV R6,#0??
????????? MOV R7,#2
WRITE:?? MOV DPTR,#DATA_REG
??????? MOV A,#31H
????????? MOVX @DPTR,A
????? DJNZ R6,WRITE
????? DJNZ R7,WRITE
????? RET

?4．結(jié)束語
??? 本設(shè)計(jì)的接口電路,闡述了CF卡的讀寫方法,并采用了通用的MCS-51系列單片機(jī)為系統(tǒng)控制器,可移植性好。根據(jù)此電路可應(yīng)用于其他單片機(jī)對CF卡進(jìn)行讀寫,采用CF卡作為存儲(chǔ)介質(zhì),容量大,體積小,價(jià)格低廉,可應(yīng)用于MP3播放器,數(shù)碼相機(jī),移動(dòng)存儲(chǔ)等各個(gè)領(lǐng)域,本試驗(yàn)在線路板上調(diào)試通過,并配合計(jì)算機(jī)串口對CF卡進(jìn)行讀寫操作,并可對CF卡進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。