在SPI总线模式下，CS为主控制器向卡发送的片选信号，SCLK为主控制器向卡发送的时钟信号，DI（DataIn）为主控制器向卡发送的单向数据信号，DO（DataOut）为卡向主控制器发送的单向数据信号。SD卡的内部结构如图2所示，SD卡内部除了具有大量存储单元外，还具有卡接口控制器、寄存器以及SD和SPI两种模式的对外接口等。外部主控制器访问卡的接口控制器与存储器单元接口相连。这样主控制器并不直接访问存储器，而是通过卡接口控制器根据主控制器的命令自动处理完成，而主控制器无须知道卡内是如何操作、管理存储单元的，这将大大减轻主控制器对存储器操作的负担。SD卡内部有6个信息寄存器，用来设置和保存操作卡的关键信息，有2个状态寄存器，用来记录操作卡的当前状态。 本设计中的主控制器采用MSP430F149单片机。MSP430系列16位低功耗单片机是一个具有强大处理能力的混合微处理器[2]，它具有强大的处理能力以及丰富的片内外设。MSP430F149除能够满足数据采集功能外，还能很容易地实现对SD卡的访问。与SD卡系统相关的特性如下[3]：
(1) 采用16位的RISC结构，有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下，指令周期为125ns，即指令速度可达8MIPS，能够满足高速操作SD卡的功能要求。
(2)具有2个串行通信接口,可用于异步和同步（UART/SPI），可以直接和SD卡的SPI总线连接。
(3)具有6个8位并行端口，且2个8位端口具有中断能力,能够满足口线的需求以及SPI中断的要求。
(4) 片内存储器包括60KB的Flash和2KB的RAM,不需要外扩存储器，就可以满足对SD卡的访问。
(5) 3.3V的工作电压，与SD卡工作电压兼容。
(6) 时钟系统更加完善，可以使用内部时钟，也可以使用外部时钟，通过编程可以切换。
(7) 可实现通过JTAG接口的在线系统调试，方便系统的开发。
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