一、前言

      在FastBond2阶段1中，通过视频以及文档的方式展示了Scheme-it绘制的原理图，介绍了电路的结构以及所用到规定厂家的芯片。

      FastBond2阶段1链接：FastBond2阶段1-基于SD卡的数据存储与检索

      本文将介绍使用Kicad绘制原理图和PCB，以及成品的功能测试和程序的主要说明。

二、原理图及PCB设计

      本项目在阶段1绘制的原理图以及框图都是通过Scheme-it绘制的，链接如下。

      原理图链接：https://www.digikey.cn/schemeit/project/sd-card-2023-07-20-1543-7ba9362455694cc4a617c301bc13dfd1

     系统框图链接：https://www.digikey.cn/schemeit/project/sd-框图-2023-07-20-1546-cbcf9cf2e4b04ff6b75376fbfcebeec2

      如系统框图所示，由MCU为NCP380LSN05AAT1G供电，NCP380LSN05AAT1G是一个固定/可调限流开关，当输出负载超过限流阈值或出现短路时，该器件通过切换到恒流调节模式将输出电流限制到所需的水平。之后NCP380LSN05AAT1G为SD卡供电，提供稳定的电流。SD卡与MCU通过SPI接口连接以此来进行数据传输。芯片采用RP2040，RP2040是由Raspberry Pi设计的微控制器芯片，可以通过micropython进行编程。

      NCP380LSN05AAT1G为一款高边配电开关，专为可能遇到重容性负载和短路的应用而设计。

NCP380LSN05AAT1G的部分各项特性：

• 工作电压：2.5V-5.5V
• 75mΩ 高边MOSFET
• 反向电压保护
• 温度范围界限：-40℃ ~ 125℃
• 使能引脚EN

Kicad设计的原理图如下图所示。

      Kicad绘制出原理图后，通过关联封装等操作就可导入到PCB工程中，再通过布局布线就可完成PCB设计，PCB设计如下图所示。

三、成品功能测试

成品如下图所示。

12指神探与SD拓展版连接图如下所示。

      下面在Thonny中用micropython编程实现读写操作，进行功能验证。

      通过使用FAT结构的虚拟文件系统，将sd卡的目录成功挂载到虚拟文件系统中，如上图所示。

在sd中创建了一个fastbond.txt的文件，并进行读写操作，同时可以在目录中找到fastbond.txt这个文件，如上图所示。

四、程序说明

主函数如下图所示。

import machine
import sdcard
import os


def sdtest():
    
    cs = machine.Pin(21, machine.Pin.OUT)

    spi = machine.SPI(0,
                      baudrate=1000000,
                      polarity=0,
                      phase=0,
                      bits=8,
                      firstbit=machine.SPI.MSB,
                      sck=machine.Pin(22),
                      mosi=machine.Pin(23),
                      miso=machine.Pin(20))
    sd = sdcard.SDCard(spi, cs)
    vfs = os.VfsFat(sd)
    os.mount(vfs, "/sd")
    print("Filesystem check")
    print(os.listdir("/sd"))

    line = "eetree\n"
    lines = line * 200  
    short = "1234567890\n"

    fn = "/sd/rats.txt"
    print()
    print("Multiple block read/write")
    with open(fn, "w") as f:
        n = f.write(lines)
        print(n, "bytes written")
        n = f.write(short)
        print(n, "bytes written")
        n = f.write(lines)
        print(n, "bytes written")

    with open(fn, "r") as f:
        result1 = f.read()
        print(len(result1), "bytes read")

    print()
    print("Verifying data read back")
    success = True
    if result1 == "".join((lines, short, lines)):
        print("file Pass")
    else:
        print("file Fail")
        success = False
    print()
    print("Tests", "passed" if success else "failed")
    
if __name__ == '__main__':
    sdtest()

      首先，进行spi0的初始化，将spi以及cs连接到sdcard类中，之后挂在sd卡目录，这样就完成了初始操作。下面在/sd目录下创建一个rat.txt文件，之后将一系列字符串写入，将读出的数据进行比对，结果如下图所示。

      首先，写入了“eetree\n”字符串200次，在UFT-8的编码中，1个英文或数字占1个字节，“\n”占1个字节，因此写入7*200个字节，之后写入“1234567890\n”占11个字节，再次写入“eetree\n”字符串200次，总计2811个字节，可以看到验证正确，证明sd卡读写操作无误。

      sd卡的初始化以及通过SPI读和写操作在视频中讲解。

五、活动总结

      通过FastBond活动，增强了我的动手能力，写文档以及语言表达的能力，使我明白了sd卡的底层逻辑和SPI的应用。虽然作品比较粗糙，但我还是会尽力完善，提高自己的水平。