在断路器离线测试仪的设计和使用过程中，需要积累大量的正常状态和故障状态下的历史动作数据，形成样本库，作为断路器进行故障诊断的依据。从数据库的建立和维护的角度来说，上位机" title="上位机">上位机比仪器本身更占有优势。同时，由于仪器自身硬件系统资源的局限，相对复杂的故障诊断分析也需要利用上位机软件来实现。因此，这就需要容量大、移动灵活的测试仪和上位机的中间存储介质。
　　SD卡(Secure Digital Memory Card)是一种基于Flash的新一代存储器，具有体积小、容量大、数据传输快、移动灵活、安全性能好等优点，是许多便携式电子仪器理想的外部存储介质。
1 ATMEGA128的SPI接口简介及基本数据传输
　　SPI全称为“Series Peripheral Interface”，意为“串行外设接口”，是一种全双工、3线同步数据传输的串行总线接口。图1为ATMEGA128单片机主机-从机通过SPI进行互连的示意图。

　　系统包括两个移位寄存器和一个主机时钟发生器。主机通过将需要的从机的 SS 引脚拉低，启动一次通讯过程。主机和从机将需要发送的数据放入相应的移位寄存器中。主机在SCK 引脚上产生时钟脉冲以交换数据。主机的数据从主机的MOSI移出，从从机的MOSI移入；从机的数据从从机的MISO移出，从主机的MISO移入。主机通过将从机的SS引脚拉高实现与从机的同步。
　　基本的通过SPI接口发送和接收单个字节的流程如图2所示。

　　值得注意的是，因为发送和接收是同时进行的，所以发送和接收数据使用同一个函数。在发送数据时，并不关心函数的返回值；在接收数据时，可以发送并无实际意义的字节(如0xFF)作为函数的参数。
2 SPI模式下的ATMEGA128单片机与SD卡的接口电路
　　SD卡为用户提供两种操作模式：SD模式和SPI模式。SPI模式下SD卡的引脚定义如表1所示。在该模式下，SD卡为主机提供了CS、SCLK、DI、DO四线接口。ATMEGA128单片机与SD卡的接口电路" title="接口电路">接口电路如图3所示。

　　因为不涉及主从机之间的转换，所以单片机的SS引脚闲置不用。单片机的PORTXn引脚作为SD卡的选通信号。
　　对于单片机来说，SPI接口和程序下载接口复用，节约了单片机的硬件开销，提高了单片机的资源利用率。
3 SPI模式下对SD卡的操作
　　SPI模式下SD卡的操作流程如图4所示。

　　上电后，SD卡自动进入SD模式。单片机此时使CS信号为低电平，并向SD卡发送RESET命令(CMD0)，如果SD卡有0x01作为响应，则表明SD卡进入SPI模式下的Idle状态。在等待至少74个时钟周期后，向SD卡发送SEND_OP_COND(CMD1)命令，当轮询到SD卡的响应为0x00时，说明SD卡已经准备好接收读写操作" title="读写操作">读写操作了。
　　对SD卡的基本读写操作命令有：数据块读命令READ_ BLOCK(CMD17)、多数据块读命令READ_MULTIPLE_BLOCK(CMD18)和数据块写命令WRITE_BLOCK(CMD24)、多数据块写命令WRITE_MULTIPLE_BLOCK(CMD25)。
　　对SD卡的操作都是由一些命令来实现的。所有的命令都是由48个数据位组成的，其结构如表2所示。
　　在应用时，可以连续发送6个字节来实现上述的命令格式。

4 应用于断路器离线测试仪的SD卡文件系统设计
　　在使用断路器离线测试仪的过程中，希望记录下断路器每次动作时的线圈电流以及动作电压。按照图5所示的结构来组织数据的存储。
　　首先为各次动作数据文件创建父文件夹，以动作的次数作为文件夹名，CURRENT.TXT和VOLTAGE.TXT分别为各文件夹下记录电流、电压数据的扩展名为TXT的子文件。
　　SD卡数据区的组织结构如表3所示。