基于PIC16F73B微处理器和多媒体卡MMC实现便携式数据采集系统的设计

基于PIC16F73B微处理器和多媒体卡MMC实现便携式数据采集系统的设计

MMC在一定程度上改善了CF卡读写速度较慢的缺点，并且其体积轻巧、抗冲击性强、可反复读写30万次左右。MMC4.0的标准提供了更宽的数据带宽和更快的传输速率，并支持双电压操作模式。MMC还具备存储区纠错能力和低功耗特性，如果5ms内没接收到系统控制命令字，MMC则会自动转入休眠状态，同时它还支持热拔插操作。由此可见，将MMC应用于大容量便携式数据采集系统是一种很好的选择。

1 MMC的结构及工作原理

1.1 MMC的管脚及功能

MMC读写接口可在MMC协议和SPI两种通信协议下工作。MMC协议是MMCA协会开发的高性能三线制通信协议，可寻址64 000张MMC多媒体卡，支持顺序读/写操作、单/多数据块读/写操作。表1是MMC使用SPI协议时的管脚定义。

1.2 MMC的内部逻辑结构及功能

1.3 SPI/MMC通信协议

1.4 MMC的文件系统

2 MMC的SPI协议

2.1 SPI接口及通信模式

2.2 MMC命令的CRC校验

为了确保数据存储的准确性，MMC在数据处理时均采用CRC校验字。MMC的CRC校验分为CRC7和CRC16两种。CRC7几乎适合于MMC的所有命令（只是应答信号格式为R3的除外），CRC7的算法表达式为：G（x）=x7+x3+1。而CRC16用于数据块传输模式的保护处理，它的算法表达式为：G（x）=x16+x12+x5+1。

2.3 MMC命令的应答信号格式

所有MMC的命令字长度均为6个字节，传输从高位开始，且包含一个CRC校验字。命令字的格式如表2所示。

对于MMC的命令，MMC有多种应答信号格式，且应答信号的传输方向也是从高位开始。在SPI协议模式下，有5种应答信号格式：即R1、R2、R3、Busy和R1b。

通常，MMC接收到每个命令字后，都会发送一个格式为R1的应答信号（卡状态查询命令字CMD13除外），此应答信号为1字节，最高位为0，其他位为错误标志位，如表3所示。

Busy格式应答信号的长度为多个字节。各位均为0时，表示MMC正忙；如果存在非0位，表明MMC已经准备好接收下一个命令。

R2格式应答信号的长度为2个字节，用于答复卡状态查询命令字CMD13，首字节同R1，第2字节表示的是错误类型，如表4所示。

R1b格式应答信号包括两部分：R1格式部分和Busy格式可选附加部分。

3 MMC的命令

MMC的命令字共分为10个命令组，SPI协议模式支持其中的6个命令组，可以实现MMC系统的基本设定、数据块读、数据块写、擦除、写保护和MMC锁定等功能。以堆栈的检查管理命令CIM_CHECK_STACK为例，它是命令组中基本设定命令之一。它主要通过命令SEND_CSD（CMD9）读取MMC的信息，然后与进入系统堆栈表的接口卡的信息进行对比。如果不是上一张卡，再判定是否超时和超出卡的限定数量，从而确定该卡是否已进入系统。堆栈的检查管理命令流程图如图2所示。

4 MMC与嵌入式系统芯片组成的大容量便携式数据采集器的接口

4.1 MMC与嵌入式芯片的硬件接口设计

图3是MMC与嵌入式系统芯片PIC16F73B的硬件接口。图中，FM24CL64为缓存芯片，采用Port C的硬件SPI接口对MMC卡进行读写操作。

4.2 MMC与嵌入式芯片的软件接口设计

MMC与嵌入式芯片接口的部分软件流程如图4所示。

U16 j.offset=file_tag.StartCluster*2；

Mmc_buffer［offset%512］=0xff；

Mmc_buffer［offset%512+1］=0xff；

Mmc_write_block （&sdc，fat1_addr+offset/512，mmc_buffer）；

Mmc_write_block （&sdc，fat2_addr+offset/512，mmc_buffer）；

For （j=0；jMmc_write_block（&sdc，519+（file_tag.StartCluster-2），mmc_buffer）；

}

采用嵌入式系统芯片PIC16F73B与MMC搭建信号采集的硬件平台，仅使用很少的外部逻辑电路。整个系统可以采用3.3V单一低电压供电，供电电路非常简单。在系统软件实现上，可以采用交替式双缓存机制，将采集到的数据先存入数据缓冲区（图3中的FM24CL64）中。当数据缓冲区写满时发出溢出中断，再对MMC进行突发式写操作。当写操作完毕后可以发送命令，使MMC立即进入休眠状态，将功耗降至最低。这样在数据采集系统工作的大部分时间内，MMC处于休眠状态，工作电流很低。该系统适于野外（如地质、石油等部门）的数据采集与存储工作，数据文件可以在Windows环境下用读卡器读取，方便了数据的进一步分析和处理，且具有低功耗、携带方便、性能价格比高等特点。

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