作者：吕超 胡晓光 孙来军 　

    摘 要：将sd卡作为外部掉电存储介质应用于断路器离线测试仪中，介绍了以atmegal28单片机作为核心元件，用spi方式读写sd卡的方法和相应的文件系统设计。该方案使断路器离线测试仪在使用过程中更加灵活，而且操作简单、节省了硬件资源，具有较高的实用价值。

    关键词：sd卡断路器测试仪

    在断路器离线测试仪的设计和使用过程中，需要积累大量的正常状态和故障状态下的历史动作数据，形成样本库，作为断路器进行故障诊断的依据。从数据库的建立和维护的角度来说，上位机比仪器本身更占有优势。同时，由于仪器自身硬件系统资源的局限，相对复杂的故障诊断分析也需要利用上位机软件来实现。因此，这就需要容量大、移动灵活的测试仪和上位机的中间存储介质。

    sd卡(seecure digital memory cardl)是一种基于flash的新一代存储器，具有体积小、容量大、数据传输快、移动灵活、安全性能好等优点，是许多便携式电子仪器理想的外部存储介质。

    1 atmegal28的spi接口简介及基本数据传输

    spi全称为“series peripheral interface”，意为“串行外设接口”，是一种全双工、3线同步数据传输的串行总线接口。图1为atmega128单片机主机一从机通过spi进行互连的示意图。

    系统包括两个移位寄存器和一个主机时钟发生器。主机通过将需要的从机的ss引脚拉低，启动一次通讯过程。主机和从机将需要发送的数据放入相应的移位寄存器中。主机在sck引脚上产生时钟脉冲以交换数据。主机的数据从主机的mosi移出，从从机的mosi移入；从机的数据从从机的miso移出，从主机的miso移入。主机通过将从机的ss引脚拉高实现与从机的同步。基本的通过spi接口发送和接收单个字节的流程如图2所示。

    值得注意的是，因为发送和接收是同时进行的，所以发送和接收数据使用同一个函数。在发送数据时，并不关心函数的返回值；在接收数据时，可以发送并无实际意义的字节(如0xff)作为函数的参数。

    2 spi模式下的atmegal2b单片机与sd卡的接口电路

    sd卡为用户提供两种操作模式：sd模式和spi模式。spi模式下sd卡的引脚定义如表1所示。在该模式下，sd卡为主机提供了cs、sclk、di、do四线接口。atmegal28单片机与sd卡的接口电路如图3所示。

    因为不涉及主从机之间的转换，所以单片机的ss引脚闲置不用。单片机的portxn引脚作为sd卡的选通信号。

    对于单片机来说，spi接口和程序下载接口复用，节约了单片机的硬件开销，提高了单片机的资源利用率。

    3 spi模式下对sd卡的操作

    spi模式下sd卡的操作流程如图4所示。

    上电后，sd卡自动进入sd模式。单片机此时使cs信号为低电平，并向sd卡发送reset命令(cmdo)，如果sd卡有0x01作为响应，则表明sd卡进入spi模式下的ldle状态。在等待至少74个时钟周期后，向sd卡发送send_op_cond(cmd1)命令，当轮询到sd卡的响应为0x00时，说明sd卡已经准备好接收读写操作了。

    对sd卡的基本读写操作命令有：数据块读命令read_block(cmdl7)、多数据块读命令read_multiple_block(cmdl8)和数据块写命令write_block(cmd24)、多数据块写命令write_multiple_block(cmd25)。

    对sd卡的操作都是由一些命令来实现的。所有的命令都是由48个数据位组成的，其结构如表2所示。

    在应用时，可以连续发送6个字节来实现上述的命令格式。

    4 应用于断路器