एसडी कार्ड के लिए यूएसबी एडाप्टर का एनाटॉमी और क्लोनिंग

... या MIPS या हल्के एआरएम के साथ एक त्वरित माइक्रो-एसडी कार्ड के साथ अपने DIY प्रोजेक्ट की आपूर्ति कैसे करें।
सभी सम्मानित समुदाय को शुभ दिन। मैं अपनी कहानी को बॉक्स-डिवाइस के बारे में जारी रखना चाहूंगा, अर्थात्, वह कैसे USB 2 पोर्ट से जुड़ा एक माइक्रो-एसडी कार्ड प्राप्त करने में कामयाब रहा।

पूरी समस्या की जड़ यह थी कि USB 2, और सिर्फ एक ही नहीं, इसके प्रोसेसर मॉड्यूल है, लेकिन अफसोस, कोई QSPI (QuadSPI) या कार्ड इंटरफ़ेस नहीं है। यह दुखद तथ्य एसडी कार्ड से कैसे संबंधित है? बहुत ही सरल, इसके कनेक्शन के भौतिक आधार के किसी भी एसडी कार्ड में एक SPI (SerialPeripheral) इंटरफ़ेस है। क्लासिक एसपीआई धारावाहिक डेटा प्रसारित करने और प्राप्त करने के लिए एक भौतिक रेखा का उपयोग करता है। सरल और किफायती, दोनों पैसे और मिलीमेट्स के संदर्भ में। हालांकि, नुकसान, जैसा कि आप जानते हैं, फायदे की निरंतरता है, और एसपीआई के लिए, वे मुख्य रूप से अपेक्षाकृत कम डेटा विनिमय दर बन गए। इस समस्या को हल करने के लिए, एसडी कार्ड के साथ चार-बिट डेटा विनिमय मोड का आविष्कार किया गया था, जो क्यूएसपीआई प्रोटोकॉल का करीबी रिश्तेदार है। इस मोड का उपयोग करते समय, होस्ट कंट्रोलर और कार्ड पहले सिंगल-बिट मोड में एक्सचेंज मापदंडों पर सहमत होते हैं, और फिर चार-बिट मोड पर स्विच करते हैं जब वे प्राप्त करने और संचार करने के लिए एक लाइन का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन सब कुछ के लिए चार (कमांड को इंगित करने के लिए प्लस एक)।

यदि उपकरण सीधे चार-बिट प्रोटोकॉल का समर्थन नहीं करता है, लेकिन फिर भी एक त्वरित विनिमय की आवश्यकता है? स्पष्ट उत्तर प्रोजेक्ट को "फास्ट इंटरफ़ेस" ब्रिज - एक "चार-बिट एसडी कार्ड" प्रदान करना है।

इस समस्या को हल करने के लिए, USB-SD एडाप्टर के एक जोड़े को खरीदा गया था और तैयारी के अधीन किया गया था (vivisection का उपयोग नहीं किया गया था - हम राक्षस नहीं हैं)। टांका लगाने वाले लोहे और हेयर ड्रायर को गर्म करने से पहले, यह देखने के लिए बहुत महत्वपूर्ण जांच की गई थी कि क्या डेबियन प्रोसेसर मॉड्यूल एडॉप्टर सीटी को पेश करता है या नहीं। परीक्षण एक बड़ी सफलता थी, ऑपरेटिंग कमरे में आपका स्वागत है। खरीदी गई सीटी इस तरह दिखती है:


और इस तरह:


केस के भंग होने के बाद, मुद्रित सर्किट बोर्ड (इसके सभी दो पक्षों से) बनाना संभव हो गया।



सर्किट सरल है, इसका आधार आईसी GL823F है - एक कमांड सिस्टम 8051 के साथ एक माइक्रोकंट्रोलर और एक मुखौटा मेमोरी के साथ, एक यूएसबी 2 हार्डवेयर इंटरफ़ेस यूनिट से लैस है, जाहिरा तौर पर बहुत उच्च गुणवत्ता का नहीं (मैं यह क्यों कहता हूं - मैं एनालॉग भाग और क्रिस्टल ऑसिलेटर के सटीक पूर्वाग्रह अवरोधक नहीं देखता हूं , जिसका अर्थ है कि आंतरिक कैलिब्रेटेड जनरेटर के आधार पर प्राप्त सिग्नल से आवृत्ति को बहाल करना)। काम करेगा, लेकिन HiFi नहीं, नहीं। बाकी सब कुछ एक न्यूनतम बॉडी किट है: अवरुद्ध कैपेसिटर, पुल-अप और वर्तमान-सीमित प्रतिरोध, एलईडी और कनेक्टर्स, यह सब इंजीनियरिंग है।

हम एक हेअर ड्रायर के साथ घटकों को उड़ा देते हैं और मुद्रित सर्किट बोर्ड की जांच करते हैं। कई मायनों में, बोर्ड चढ़ाना छेदों के साथ दो तरफा है। एक माइक्रोस्कोप में बोर्ड की एक छोटी परीक्षा के बाद, कनेक्शन आरेख का स्केचिंग और जीएल-संबंधित आईसीएस पर डेटाशीट के साथ तुलना, हम सर्किट आरेख को पुनर्स्थापित करते हैं।



और यहाँ अब हम एक छोटी सी परेशानी देखने लगे हैं। वास्तव में क्या? हमारा बॉक्स 3.3V के एक गारंटीकृत वोल्टेज द्वारा संचालित है, और GL823 पर सर्किट को 5 वोल्ट की आवश्यकता है। ठीक है, आवश्यकतानुसार - वह इसकी आदत है, क्योंकि यह इतना है कि यूएसबी उसे देता है। माइक्रो एसडी स्वयं 3.3V द्वारा संचालित है, इसलिए अंतर्निहित LDO स्टेबलाइजर GL823 में जोड़ा जाता है। इसलिए सवाल - और अगर सर्किट 3.3V से संचालित होता है, तो क्या यह काम कर सकता है? यदि एलडीओ बहुत अधिक वोल्टेज नहीं गिराता है, तो यह हो सकता है, लेकिन सभी एलडीओ समान रूप से उपयोगी नहीं हैं। डेटाशीट थोड़ा संकेत देता है - एसडी कार्ड को खिलाने वाले आउटपुट को पीएमओएस कहा जाता है। यह संक्षिप्त नाम खुशी नहीं दे सकता है - यह माना जा सकता है कि हाईसाइड पीएमओएस योजना का उपयोग किया जाता है, जिसमें नियंत्रण तत्व में वोल्टेज ड्रॉप बहुत छोटा हो सकता है। हालांकि, यह सब तर्क है, और एकमात्र निर्णायक तर्क अनुभव है, वह कठिन गलतियों का पुत्र है।

तो हम किस तरह का अनुभव देंगे? आइए 5 वी यूएसबी या 3.3 वी से, दो स्विच किए गए वोल्टेज के साथ आईसी को अलग-अलग स्टेबलाइजर द्वारा प्राप्त करने की कोशिश करें। अब हमारे पास योजनाबद्ध आरेख बनाने के लिए पर्याप्त ज्ञान है।


सर्किट पर घटकों की संख्या कुछ इस कारण से अजीब है कि पीसीबी निर्माता पर कई और परीक्षण सर्किट के साथ एक बहु-आदेश दिया गया था, और उन सभी के माध्यम से घटकों की संख्या थी। लेख तैयार करते समय, मैं फोटोग्राफ के अनुसार सर्किट आरेख लाया, और यह हुआ कि क्या हुआ।

हम आरेख में क्या देखते हैं? स्पष्ट रूप से, कोर GL823F है। माइक्रो-एसडी कनेक्टर स्पष्ट रूप से इससे जुड़ा हुआ है। केवल एक चीज जिसे नोट किया जाना चाहिए - कनेक्टर में पिन 9, स्लॉट में कार्ड का स्लाइडिंग संपर्क है, जब कार्ड जगह में होता है, तो इसे जमीन पर रखा जाता है। सी 7-सी 10 - पावर सर्किट पर अवरोधक कैपेसिटर। यदि आप शोर प्रतिरक्षा को थोड़ा बढ़ाना चाहते हैं, तो पिन 2 और 16 डीडी 1 को फेराइट चोक के माध्यम से जोड़ा जा सकता है। R4 HL1 के माध्यम से करंट को सीमित करता है, R5 स्लॉट में कार्ड की अनुपस्थिति में GPIO लाइन को एक तक खींचता है। DA2, C11 और C12 एक 3.3V रैखिक वोल्टेज नियामक बनाते हैं।

चूंकि उस समय जब सर्किट खींचा जा रहा था, एक तरफ, यह स्पष्ट नहीं था कि यह कितना उपभोग करेगा, और दूसरी तरफ कुछ यूएसबी फ्लैश ड्राइव (यह उंगली से बात नहीं करेगा) का उपयोग करने में एक अप्रिय अनुभव था जो रिकॉर्डिंग के समय 400mA का सेवन करता था, इसे जोड़ने का फैसला किया गया था R6। सामान्य तौर पर, यह एक मानक तकनीक है - सर्किट में रैखिक एलडीओ की ध्यान देने योग्य खपत के साथ (यहां कीवर्ड निम्न हैं), इनपुट पर बढ़ी हुई शक्ति के साथ एक कम-प्रतिरोध अवरोधक डालें और उस पर गर्मी का एक हिस्सा अलग करें, और स्टेबलाइज़र पर नहीं। हालांकि, अनुभव से पता चला है कि R6 की कोई आवश्यकता नहीं है, और आप अभी भी इसे बोर्ड की फोटो में देखेंगे।

XS4 को केवल एक प्रयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है - 5 और 3.3 वोल्ट के बीच स्विचिंग पावर DD1। XS2 एक मानक USBB कनेक्टर है जिससे आप इसे अपने सामने रख सकते हैं, और पीसी पर टेबल के नीचे मुक्त यूएसबी पोर्ट पर नहीं चढ़ सकते।

ट्रेसिंग, सॉफ्टवेयर के निर्माण और स्थापना के बाद यहां क्या हुआ है:



जैसा कि आप देख सकते हैं, बोर्ड के नीचे की तरफ पूरी तरह से सीधा है, और शीर्ष पक्ष अधिक जटिल नहीं है।

मैं प्लॉट के अंत में देरी नहीं करने जा रहा हूं, मैं अभी यह कहना चाहूंगा कि उस अनुभव से पता चला है कि 3.3 V स्रोत से GL823F को पावर करना संभव है, XS4 को स्विच करने से बिजली की खपत (वर्तमान नहीं) को छोड़कर कुछ भी प्रभावित नहीं होता है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि बनाया गया बोर्ड ठीक से काम कर रहा है, हमने तीन अलग-अलग माइक्रो-एसडी कार्ड के लिए एक ही समय में रिकॉर्डिंग की गति और वर्तमान में खपत को मापा। फोटो प्रतियोगी - स्टूडियो में!


वर्तमान खपत का आकलन (माप क्या किया गया है, मेरी जीभ को बुलाया नहीं जा सकता) इस तरह के एक संयुक्त विद्युत-वोल्टेज-बैटरी मीटर का उपयोग करके किया गया था। स्पष्ट रूप से, यह कुछ आश्चर्य की बात है कि वह USB डेटा भी प्रसारित करता है।


केवल वर्तमान खपत का उपयोग किया गया था, इस का विभाजन मूल्य, इसलिए बोलने के लिए, डिवाइस 0.01A है, साथ ही कम से कम महत्वपूर्ण बिट के 1 यूनिट का एक नमूना त्रुटि अभी भी 0.01A है। इसलिए, तालिका केवल संकेत की सीमाएं दिखाती है, जिसके बीच उपभोग किए गए वर्तमान का आंकड़ा कूद गया। मुझे उम्मीद है, हालांकि, उन लोगों के लिए जो अपने निर्णयों में GL823 को लागू करने में रुचि रखते हैं, फिर भी ऊपरी खपत बार का मूल्यांकन करना संभव होगा।

बनाए गए बोर्ड का परीक्षण करने के अलावा, निष्पक्षता बढ़ाने के लिए, एक और एसडी कार्ड रीडर का उपयोग करके नियंत्रण माप के एक जोड़े को बनाया गया था। यहाँ एक है:


यह नमूना तैयार नहीं किया गया था, मैंने इसे अपनी बेटी से 5 मिनट के लिए उधार लिया था, और अगर मैंने इसे पचाया होता, तो वे मुझे तुरंत वापस भेज देते। एक बात सुनिश्चित है - इसमें चिप GL823 परिवार से संबंधित नहीं है, जिनके सदस्य एसडी मानक के साथ काम करने में सक्षम हैं, उनके लिए एक बहु-मानक बहुत कठिन है।

पढ़ने और लिखने की गति को सबसे सरल तरीके से मापा गया था: 1,058,268 kB के आकार वाली एक ही फाइल टेस्ट कार्ड से लिखी और पढ़ी गई थी। नियंत्रण प्रयोग (किसी अन्य पाठक पर) केवल एक या किसी अन्य दशमलव क्रम द्वारा सिस्टम त्रुटियों को बाहर करने के लिए किया गया था, उस पर डेटा संसाधित नहीं किया गया था, मुझे केवल यह विश्वास हो गया कि खपत के समय और धाराओं ने पिछले चरण में प्राप्त लोगों को हराया।


यदि आप अपनी परियोजना में वर्णित सर्किट को लागू करना चाहते हैं, तो खपत का आकलन करते समय, इस तथ्य के लिए सुधार करें कि आपूर्ति वोल्टेज 5 वोल्ट के यूएसबी वोल्टेज से आया था, लेकिन GL823 3.3 वी के वोल्टेज से संचालित था, और अंतर 5-3.3 = 1.7 है (और यह 50 है) 3.3%) सिर्फ DA2 पर खो गया था। जब 3.3 सेंट्स के एक केंद्रीकृत (और, मुझे आशा है, एक स्पंदित) स्रोत से संचालित किया जाता है, तो हमें अच्छी बचत मिलती है।