在工业数据采集、便携仪表等应用中，经常需要把传感器数据保存到SD卡里，方便后续分析。但直接用单片机读写SD卡，得自己搞定SD卡命令、FAT文件系统，工作量巨大。用CH376 文件管理芯片 ，一切就简单了------它内置了FAT32/FAT16文件系统和SD卡驱动，单片机只需通过串口、SPI或并口发送几条指令，就能像操作电脑文件一样读写SD卡。
今天，就用PIC16F1947通过SPI 接口 控制CH376，实现SD卡的初始化、文件创建、数据写入和读取。
一、CH376芯片简介
CH376是南京沁恒微电子推出的USB/SD卡文件管理控制芯片。它支持三种通信接口：8位并行总线、SPI串行总线、异步串口。对于PIC16F1947这种只有两个串口的单片机，串口需要接触摸屏和一路RS485，所以我使用的是SPI 接口 ，只需4根线（SCS、SCK、SDI、SDO），外加一个中断引脚。
核心功能 ：
- 内置FAT12/FAT16/FAT32文件系统固件
- 支持SD卡和U盘
- 提供文件打开、读写、创建、删除等命令
- 以字节或扇区为单位读写
二、PIC16F1947与CH376（SPI模式）
要让CH376工作于SPI从机模式，需要在复位时配置引脚电平。CH376在上电复位时会采样RXD、TXD、WR#、RD#、PCS#、AO引脚，若它们均为高电平或悬空，则选择SPI接口。
- 如果使用5V供电，V3引脚必须接一个0.01μF电容到地；如果使用3.3V供电，则V3直接接VCC，此处PIC16F1947可以3.3V供电，所以CH376也使用3.3V供电。
- 晶振须用12MHz。
SD 卡插座 ：CH376可以直接连接SD卡，它的SD_CS、SD_CK、SD_DI、SD_DO引脚直接接SD卡座对应引脚，无需额外电路。注意SD卡电源也要接3.3V。
三、软件设计：PIC16F1947与CH376的SPI通信
CH376的SPI接口支持模式0和模式3（CPOL=0, CPHA=0或CPOL=1, CPHA=1），数据位顺序为MSB first。SPI时钟频率建议不超过2MHz。
3.1 底层SPI读写函数
初始化代码如下：
#include <xc.h>#include <pic16f1947.h>// 引脚定义#define CH376_SCS RC0 // 片选，低有效#define CH376_SCK RC3#define CH376_SDI RC4 // MOSI#define CH376_SDO RC5 // MISO#define CH376_INT RB0 // 中断输入// 宏定义操作#define CS_LOW() RC0 = 0#define CS_HIGH() RC0 = 1// SPI初始化（主模式，时钟Fosc/4，空闲低，上升沿采样）void SPI_Init(void) { SSP1STAT = 0x40; // CKE=1, 数据在时钟上升沿发送 SSP1CON1 = 0x20; // SSPEN=1, 时钟Fosc/4, CKP=0 TRISC3 = 0; // SCK 输出 TRISC4 = 0; // SDI 输出 TRISC5 = 1; // SDO 输入}// SPI交换一个字节unsigned char SPI_Transfer(unsigned char dat) { SSP1BUF = dat; while(!SSP1STATbits.BF); return SSP1BUF;}// 向CH376写命令（一个字节）void CH376_WriteCmd(unsigned char cmd) { CS_LOW(); SPI_Transfer(cmd); CS_HIGH();}// 向CH376写数据（一个或多个字节）void CH376_WriteData(unsigned char *buf, unsigned char len) { CS_LOW(); while(len--) { SPI_Transfer(*buf++); } CS_HIGH();}// 从CH376读数据void CH376_ReadData(unsigned char *buf, unsigned char len) { CS_LOW(); while(len--) { *buf++ = SPI_Transfer(0xFF); } CS_HIGH();}注意 ：CH376的SPI操作中，每发送一个命令后，需要等待芯片完成内部处理（可以查询BZ引脚或延时，或通过中断等待）。一般可以在发送命令后，延时一小段时间再读数据。
3.2 通用命令执行函数
大多数CH376命令需要等待中断（INT变低）。可编写一个函数，发送命令并等待中断，然后获取中断状态。
// 等待CH376中断（超时返回0）unsigned char CH376_WaitInt(unsigned int timeout_ms) { while(timeout_ms--) { if(RB0 == 0) return 1; // 中断发生 __delay_ms(1); } return 0;}// 执行命令并等待中断，返回中断状态unsigned char CH376_ExecCmd(unsigned char cmd) { CH376_WriteCmd(cmd); if(!CH376_WaitInt(500)) return 0xFF; // 超时 // 获取中断状态 CH376_WriteCmd(0x22); // CMD_GET_STATUS unsigned char status = SPI_Transfer(0xFF); CS_HIGH(); return status;}四、初始化流程
使用CH376操作SD卡之前，先将其设置为"SD卡主机模式"，然后检测并初始化SD卡。
// 初始化CH376并挂载SD卡unsigned char SD_Init(void) { // 1. 复位CH376 CH376_WriteCmd(0x05); // CMD_RESET_ALL __delay_ms(50); // 2. 设置USB模式为SD卡主机模式（模式3） CH376_WriteCmd(0x15); // CMD_SET_USB_MODE CH376_WriteData(&(unsigned char){0x03}, 1); // 模式3：SD卡主机 __delay_us(20); // 读取操作状态（可选） CH376_WriteCmd(0x22); unsigned char status = SPI_Transfer(0xFF); CS_HIGH(); if(status != 0x51) return 0; // 不是成功 // 3. 检测SD卡是否插入（硬件检测，这里假设已插入） // 可选：发送CMD_DISK_CONNECT查询 // 4. 初始化磁盘（挂载） status = CH376_ExecCmd(0x31); // CMD_DISK_MOUNT if(status != 0x14) return 0; // USB_INT_SUCCESS return 1; // 成功}五、文件写入示例：创建新文件并写入数据
假设我们要创建一个名为"DATA.TXT"的文件，写入"Hello World!"。
// 写入字符串到文件void Write_File(void) { unsigned char status; // 1. 设置文件名 // 命令：CMD_SET_FILE_NAME (0x2F) 后跟字符串（以0结尾） CH376_WriteCmd(0x2F); CS_LOW(); SPI_Transfer('/'); // 根目录 SPI_Transfer('D'); SPI_Transfer('A'); SPI_Transfer('T'); SPI_Transfer('A'); SPI_Transfer('.'); SPI_Transfer('T'); SPI_Transfer('X'); SPI_Transfer('T'); SPI_Transfer(0x00); // 字符串结束 CS_HIGH(); // 2. 新建文件（CMD_FILE_CREATE, 0x34） status = CH376_ExecCmd(0x34); if(status != 0x14) { // 错误处理 return; } // 3. 写入数据：使用字节写命令 unsigned char data[] = "Hello World!"; unsigned int len = sizeof(data)-1; // CMD_BYTE_WRITE (0x3C) 需要先写入长度（2字节，低字节在前） CH376_WriteCmd(0x3C); CS_LOW(); SPI_Transfer(len & 0xFF); SPI_Transfer(len >> 8); CS_HIGH(); // 等待第一次中断（请求数据） if(!CH376_WaitInt(500)) return; CH376_WriteCmd(0x22); unsigned char int_status = SPI_Transfer(0xFF); CS_HIGH(); if(int_status != 0x1E) return; // USB_INT_DISK_WRITE // 写入数据块（CMD_WR_REQ_DATA, 0x2D） CH376_WriteCmd(0x2D); // 首先读取数据块长度（1字节） CS_LOW(); unsigned char block_len = SPI_Transfer(0xFF); if(block_len > 0) { for(unsigned char i=0; i<block_len; i++) { if(i < len) SPI_Transfer(data[i]); else SPI_Transfer(0); } } CS_HIGH(); // 继续写（CMD_BYTE_WR_GO, 0x3D） status = CH376_ExecCmd(0x3D); if(status != 0x14) return; // 最后关闭文件并更新长度 CH376_WriteCmd(0x36); // CMD_FILE_CLOSE CS_LOW(); SPI_Transfer(1); // 允许更新长度 CS_HIGH(); CH376_WaitInt(500);}六、读取文件示例
void Read_File(void) { unsigned char status; // 1. 设置文件名（同上） // 2. 打开文件（CMD_FILE_OPEN, 0x32） status = CH376_ExecCmd(0x32); if(status != 0x14) return; // 3. 读取文件长度（可选） CH376_WriteCmd(0x0C); // CMD_GET_FILE_SIZE CS_LOW(); SPI_Transfer(0x68); // 固定输入68H CS_HIGH(); unsigned long file_len; CH376_ReadData((unsigned char*)&file_len, 4); // 小端格式 // 4. 读取数据：一次读64字节 unsigned char buf[64]; unsigned short remain = file_len; while(remain) { unsigned short req = (remain > 64) ? 64 : remain; CH376_WriteCmd(0x3A); // CMD_BYTE_READ CS_LOW(); SPI_Transfer(req & 0xFF); SPI_Transfer(req >> 8); CS_HIGH(); // 等待中断 if(!CH376_WaitInt(500)) break; CH376_WriteCmd(0x22); unsigned char int_st = SPI_Transfer(0xFF); CS_HIGH(); if(int_st != 0x1D) break; // USB_INT_DISK_READ // 读数据块 CH376_WriteCmd(0x2D); // CMD_WR_REQ_DATA? 其实是读数据用CMD_RD_USB_DATA，这里注意 // 正确的是：CMD_RD_USB_DATA (0x27) CH376_WriteCmd(0x27); CS_LOW(); unsigned char block_len = SPI_Transfer(0xFF); for(unsigned char i=0; i<block_len; i++) { buf[i] = SPI_Transfer(0xFF); } CS_HIGH(); remain -= block_len; // 继续读 CH376_ExecCmd(0x3B); // CMD_BYTE_RD_GO } // 关闭文件 CH376_ExecCmd(0x36); // 带参数0}七、常见问题与调试经验
- SPI 时序 ：确保SCK空闲时为低电平，上升沿采样，下降沿输出。
- 中断处理 ：CH376完成命令后INT变低，单片机读取状态后自动清除中断。如果不用中断引脚，可以轮询CMD_GET_STATUS，但效率低。
- 晶振 ：必须12MHz，否则SD卡通信会失败。
- 初始化失败 ：检查CH376的V3电容、电源纹波。上电后延时100ms再发命令。
- 文件系统 ：SD卡必须先格式化为FAT32或FAT16。
- 长文件名 ：CH376默认支持短文件名，若需长文件名需额外配置。
八、扩展应用
- 配置文件读取 ：从SD卡读取参数，动态修改系统设置。
- 固件升级 ：将新固件放在SD卡，单片机读取后写入Flash。
九、总结
通过PIC16F1947的SPI接口控制CH376，可以快速实现SD卡的数据存储功能，省去自己编写FAT文件系统和SD卡驱动的麻烦。CH376的命令集清晰，开发周期短，非常适合嵌入式数据记录场景。
后续干货不断，咱们一起在单片机的世界里，共同进步。