CN104318280B - 利用usb接口实现上位机高速读写sd卡的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用USB接口实现上位机高速读写SD卡的方法，包括SD卡、单片机模块、读卡器模块、高速模拟开关模块、USB上位机检测模块、电源开关模块，单片机模块连接高速模拟开关模块的一路数据端口以及端口选择控制端，高速模拟开关模块与SD卡双向连接，读卡器模块输入端连接高速模拟开关模块另一路数据端口，USB上位机检测模块输出端连接单片机模块输入端，电源开关模块输入端连接单片机模块输出端，电源开关模块输出端连接SD卡。本发明采用单片机控制高速模拟开关，切换SD卡的连接方式，解决了带SD卡设备与USB上位机通讯时，通讯速度低，甚至需要取下SD卡用专用读卡器读取数据的问题，本发明不仅数据传输速度高，而且结构简单、操作容易。

Description

利用USB接口实现上位机高速读写SD卡的方法

技术领域

本发明涉及一种利用设备自带USB接口实现上位机高速读写设备SD卡的方法和电路。

背景技术

近年来，由于科技的进步，自身带SD卡的设备已走进千家万户，由最初的没有SD卡，到现在有SD卡，已大大方便了人们的日常生活，并且有些设备自带USB可以直接和USB上位机设备进行通信，但是这些设备和USB上位机设备通信时，尤其是在一些不需要读取SD卡数据，查看SD卡数据的设备上，在读取或者查看SD卡数据的时候，一种是单片机读取SD卡的数据，然后经过单片机处理后再通过USB传送给USB上位机，传输速度慢。一种是必须将SD卡取出，用专用读卡器读取SD卡，这类设备SD数据读取操作复杂，不方便用户使用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作容易的单片机与USB上位机读写SD卡的切换电路，该电路单片机可对SD卡进行高速读写，当接入USB上位机时，单片机控制SD卡与上位机连接，实现高速读写。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种利用USB接口实现上位机高速读写SD卡的方法，包括SD卡、单片机模块、读卡器模块、高速模拟开关模块、USB上位机检测模块、电源开关模块，其中，单片机模块连接高速模拟开关模块的一路数据端口以及端口选择控制端，高速模拟开关模块与SD卡双向连接，读卡器模块输入端连接高速模拟开关模块另一路数据端口，USB上位机检测模块输出端连接单片机模块输入端，电源开关模块输入端连接单片机模块输出端，电源开关模块输出端连接SD卡；

首先，将设备自带USB接口与读卡器模块连接，将SD卡接口转成USB接口，实现接口统一；将高速模拟开关模块公共数据端口与SD卡连接，高速模拟开关模块一路数据端口与读卡器模块连接，另一路数据端口与单片机模块连接；

USB上位机检测模块实现连接上位机的检测，检测信号送至单片机模块，由单片机模块控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和读卡器模块连接，同时控制SD重启；电源开关模块，控制SD卡的电源通断，在SD卡切换连接时断电重启；

高速模拟开关模块的切换控制由单片机模块来完成，有上位机时，单片机控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和读卡器模块连接，同时控制SD卡电源断电，延时后再上电，使SD卡在上位机识别为一个高速mass storage存储设备，实现对SD卡的高速读写；无上位机时，单片机模块控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和单片机模块连接，同时控制SD卡电源断电，延时后再上电，单片机模块以SPI或SDIO通信方式向 SD卡中写入数。

本发明的进一步改进在于：在高速模拟开关模块与SD卡连接的数据线路上，设置上拉电阻，防止干扰信号，提高通讯速度。

所述USB上位机检测模块的输出信号是高低电平信号，当有USB上位机时为高电平，否则为低电平。

所述高速模拟开关模块开关速度＞500MHz。

根据上述利用设备自带USB接口实现上位机高速读写设备SD卡的方法而设计的一种单片机与USB上位机读写SD卡的切换电路，其中，单片机模块为该电路的控制核心，单片机模块连接高速模拟开关模块的一路数据端口以及端口选择控制端，读卡器模块输入端连接高速模拟开关模块另一路数据端口，单片机模块通过端口选择控制控制SD卡连接单片机模块还是读卡器模块，高速模拟开关模块与SD卡双向连接，进行数据读写，USB上位机检测模块输出端连接单片机模块输入端，用于检测是否有带USB的上位机与之相连，当检测到有带USB的上位机时，给单片机一高电平，单片机执行相应的操作；当未检测到带USB的上位机时，给单片机一低电平，单片机执行相应的操作。电源开关模块输入端连接单片机模块输出端，其输出端连接SD卡，通过单片机的控制，对SD卡进行断电延时后再上电，实现SD卡的重启。

所述的单片机模块完成下述功能：1、当接收到检测电路给的高电平的时候，单片机通过控制引脚控制高速模拟开关将SD卡与USB读卡器电路相连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电，使SD卡在USB上位机识别为一个高速mass storage存储设备，高速读取SD卡中的数据。2、当接收到检测电路给的低电平的时候，单片机通过控制引脚控制高速模拟开关直接与SD卡相连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电，单片机以SPI或SDIO通信方式向SD卡中写入数据。

所述高速模拟开关模块为单刀双掷式高速模拟信号切换模块，用于切换SD卡的连接方式，通过单片机选择控制是与单片机连接还是与读卡器连接，其开关速度＞500MHz。

为了保证与SD卡通讯时的数据通讯稳定度，减少出错，提高读取速度，在SD卡与高速模拟开关模块之间的电路中的数据线上设置上拉电阻。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明采用单片机控制高速模拟开关，切换SD卡的连接方式，当连接USB上位机读时，SD通过高速读卡器与USB上位机连接，实现上位机对SD卡的读写操作，没有上位机时，单片机通过高速模拟开关连接SD卡，写入数据，单片机为设备自身的单片机，解决了带SD卡设备与USB上位机通讯时，通讯速度低，甚至需要取下SD卡用专用读卡器读取数据的问题，本发明不仅数据传输速度高，而且结构简单、操作容易。

附图说明

图1是本发明原理框图；

图2是本发明工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明是用于自带USB接口设备与上位机实现高速通讯的方法和电路，是针对医疗器械和仪器仪表领域开发的。由于现有的自带USB接口的设备与USB上位机通讯时，上位机读写SD卡速度很慢，如果取出SD卡用专用读卡器读写则操作很麻烦。

一种利用设备自带USB接口实现上位机高速读写设备SD卡的方法，该方法基于电气控制理论，采用硬件和软件结合的方式进行控制和实现，其硬件包括读卡器模块、高速模拟开关模块、单片机模块（可以是设备自带的单片机，也可以是与设备自带单片机通讯的另外设置的单片机）、USB上位机检测模块、电源开关模块：软件为单片机控制程序，存储于单片机存储器中，其工作原理以及流程参考图2。该方法详细描述如下：

首先，设置一读卡器模块，将设备自带USB接口与读卡器模块连接，将SD卡接口转成USB接口，实现接口统一；

设置一高速模拟开关模块，该模块公共数据端口与SD卡连接，一路数据端口与读卡器连接，另一路数据端口与单片机连接；

设置一单片机模块，高速模拟开关模块的切换控制由单片机来完成，有上位机时，单片机控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和读卡器模块连接，同时控制SD卡电源断电，延时后再上电，使SD卡在上位机识别为一个高速mass storage存储设备，实现对SD卡的高速读写；无上位机时，单片机控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和单片机模块连接，同时控制SD卡电源断电，延时后再上电，单片机以SPI或SDIO通信方式向 SD卡中写入数；

设置一USB上位机检测模块，实现连接上位机的检测，检测信号送至单片机，由单片机控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和读卡器模块连接，同时控制SD重启；

设置一电源开关模块，控制SD卡的电源通断，在SD卡切换连接时断电重启。

为了保证与SD卡通讯时的数据通讯稳定度，提高抗干扰能力，减少出错，提高读取速度，在SD卡与高速模拟开关模块之间的电路中的数据线上设置上拉电阻。

发明人利用该方法开发了一种应用在医疗器械和仪器仪表领域的一种电路，即一种单片机与USB上位机读写SD卡的切换电路，当单片机检测到有USB上位机设备连接时，单片机控制高速模拟开关将SD卡切换到和设备内置USB读卡器电路连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电，使SD卡在USB上位机识别为一个高速mass storage存储设备，上位机程序可以高速读写SD卡。该电路能够让用户利用设备自带的USB接口高速读写SD卡，解决设备自带USB传输慢，或需要从设备上取下SD卡用专用读卡器读写SD卡的繁杂操作。

如图1所示，本发明包括SD卡、单片机模块、读卡器模块、高速模拟开关模块、USB上位机检测模块、电源开关模块，其中，单片机模块连接高速模拟开关模块的一路数据端口以及端口选择控制端，是该电路的控制核心部分，通过端口选择控制端控制高速模拟开关的切换，通过电源开关模块控制对SD卡电源的断电和上电，以SPI或SDIO通信方式向SD卡写入FAT16或FAT32格式的数据。读卡器模块（高速）输入端连接高速模拟开关模块另一路数据端口，该模块是将SD卡接口转成USB接口的电路，USB上位机通过内置的高速USB读卡器电路快速读取SD卡中的数据； 高速模拟开关模块公共数据端口与SD卡双向连接，读写SD卡数据，高速模拟开关模块是快速切换SD卡连接单片机还是读卡器的关键电路，切换控制通过单片机来完成。 USB上位机检测模块输出端连接单片机模块输入端，用于检测是否有带USB的上位机与之相连，当检测到有带USB的上位机时，给单片机一高电平，单片机控制高速模拟开关模块，使SD卡与读卡器连接；当未检测到带USB的上位机时，给单片机一低电平，单片机控制高速模拟开关模块，使SD卡与单片机连接。电源开关模块输入端连接单片机模块输出端，其输出端连接SD卡，通过单片机的控制，对SD卡进行断电延时后再上电，实现SD卡的重启。

所述高速模拟开关模块为单刀双掷式高速模拟信号切换模块，用于切换SD卡的连接方式，通过单片机选择控制是与单片机连接还是与读卡器连接，其开关速度＞500MHz。

工作原理：

当设备未连接USB上位机的时候，单片机通过高速模拟开关和SD卡连接，对 SD卡电源断电延时后再上电，达到重启SD卡的目的，然后将SD卡初始化为FAT16或FAT32文件格式，单片机以SPI或SDIO通信方式向 SD卡中写入数据。当单片机检测到有USB上位机设备连接时，单片机控制高速模拟开关将SD卡切换到和设备内置USB读卡器电路连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电，使SD卡在USB上位机识别为一个高速mass storage存储设备，上位机程序可以高速读写SD卡。当设备和USB上位机断开后，重复以上过程，其流程图如图2所示。

各模块工作原理以及作用：

读卡器模块，当单片机检测到有USB上位机设备连接时，单片机控制高速模拟开关将SD卡切换到和设备内置USB读卡器电路连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电，使SD卡在USB上位机识别为一个高速mass storage存储设备，上位机程序可以高速读写SD卡。

SD卡数据线增加了上拉电阻，保证了数据传输的可靠性。

USB上位机检测模块：与单片机相连接，用于检测是否有带USB的上位机与之相连，当检测到有带USB的上位机时，给单片机一高电平，单片机执行相应的操作；当未检测到带USB的上位机时，给单片机一低电平，单片机执行相应的操作。

为了保证与SD卡通讯时的数据通讯稳定度，减少出错，提高读取速度，在SD卡与高速模拟开关模块之间的电路中的数据线上设置上拉电阻。

单片机模块：1、当接收到检测电路给的高电平的时候，单片机通过控制引脚控制高速模拟开关将SD卡与USB读卡器电路相连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电，使SD卡在USB上位机识别为一个高速mass storage存储设备，高速读取SD卡中的数据。2、当接收到检测电路给的低电平的时候，单片机通过控制引脚控制高速模拟开关直接与SD卡相连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电，单片机以SPI或SDIO通信方式向 SD卡中写入数据。

高速模拟开关模块：通过单片机的控制，选择与SD卡连接的方式。

电源开关模块：通过单片机的控制，对SD卡进行断电延时后再上电，达到重启SD卡的目的。

应用实例：

以下是本发明应用在Holter上对患者进行24小时采集记录数据并上传分析的实际例子的流程步骤；

当设备未连接USB上位机时，单片机通过高速模拟开关和SD卡连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电达到重启SD卡的目的，然后将SD卡初始化为FAT16或FAT32文件格式，单片机以SPI的通信方式将处理后的数据存储到SD卡中，当单片机检测到有电脑通过USB数据线和该设备连接时，单片机切换高速模拟开关将SD卡由读卡器电路通过USB数据线和电脑连接，同时对SD卡的电源进行断电延时后在上电的控制，使SD卡在电脑上识别为一个高速mass storage存储设备，电脑对读取的数据由配套Holter的上位机软件进行分析处理，上传完成后用户可以观看心电波形并进行分析处理，最终以报告的方式呈现给用户。当设备和USB上位机断开后，单片机通过高速模拟开关和SD卡连接，同时对SD卡电源断电延时后再上电以重启SD卡，单片机和SD卡通讯，以此类推，重复上述过程。

Claims (4)

1.一种利用USB接口实现上位机高速读写SD卡的方法，其特征在于：包括SD卡、单片机模块、读卡器模块、高速模拟开关模块、USB上位机检测模块、电源开关模块，其中，单片机模块连接高速模拟开关模块的一路数据端口以及端口选择控制端，高速模拟开关模块与SD卡双向连接，读卡器模块输入端连接高速模拟开关模块另一路数据端口，USB上位机检测模块输出端连接单片机模块输入端，电源开关模块输入端连接单片机模块输出端，电源开关模块输出端连接SD卡；

首先，将设备自带USB接口与读卡器模块连接，将SD卡接口转成USB接口，实现接口统一；将高速模拟开关模块公共数据端口与SD卡连接，高速模拟开关模块一路数据端口与读卡器模块连接，另一路数据端口与单片机模块连接；

USB上位机检测模块实现连接上位机的检测，检测信号送至单片机模块，由单片机模块控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和读卡器模块连接，同时控制SD重启；电源开关模块，控制SD卡的电源通断，在SD卡切换连接时断电重启；

高速模拟开关模块的切换控制由单片机模块来完成，有上位机时，单片机模块控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和读卡器模块连接，同时控制SD卡电源断电，延时后再上电，使SD卡在上位机识别为一个高速mass storage存储设备，实现对SD卡的高速读写；无上位机时，单片机模块控制高速模拟开关模块将SD卡切换到和单片机模块连接，同时控制SD卡电源断电，延时后再上电，单片机模块以SPI或SDIO通信方式向 SD卡中写入数。

2.根据权利要求1所述的利用USB接口实现上位机高速读写SD卡的方法，其特征在于：在高速模拟开关模块与SD卡连接的数据线路上，设置上拉电阻，防止干扰信号，提高通讯速度。

3.根据权利要求1所述的利用USB接口实现上位机高速读写SD卡的方法，其特征在于所述USB上位机检测模块的输出信号是高低电平信号，当有USB上位机时为高电平，否则为低电平。

4.根据权利要求1所述的利用USB接口实现上位机高速读写SD卡的方法，其特征在于所述高速模拟开关模块开关速度＞500MHz。