文章目錄

• 一、實驗要求
• 二、實驗過程及結果
• • （一）電路原理圖繪制
  • • 1. 安裝Altium Designer 18
    • • 1）軟件下載
      • 2）軟件安裝
    • 2. 繪制stm32最小系統的電路原理圖
    • • 1）新建工程
      • 2）添加元件庫
      • 3）繪制原理圖
      • • ① 繪制步驟
        • ② 繪制結果
    • 3. STM32+SD卡的系統原理圖設計
    • • 1）繪制步驟
      • 2）繪制結果
  • （二）SD卡數據讀取
  • • 1. SD卡介紹
    • • 1）SD卡物理結構
      • 2）SD卡引腳
      • 3）SDIO 總線
      • • ① 總線拓撲
        • ② 總線協議
        • ③ 命令
        • ④ 響應
      • 4）STM32 的 SDIO 功能框圖
    • 2. SD卡讀取
    • • 1）工程下載
      • 2）代碼修改
      • 3）硬件操作
      • 3）實際效果
• 三、實驗總結
• 四、參考資料

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一、實驗要求

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掌握電路原理圖繪制。安裝Altium Designer 18，學習使用Altium Designer繪制一個stm32最小系統的電路原理圖，并在此基礎上完成STM32+SD卡的系統原理圖設計。(該系統的PCB圖的繪制不做要求)

掌握SD卡協議原理，用STM32F103完成對SD卡的數據讀取（fat文件模式）。

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二、實驗過程及結果

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（一）電路原理圖繪制

1. 安裝Altium Designer 18

1）軟件下載

百度網盤：ADB安裝文件.zip
提取碼：luha

2）軟件安裝

打開AltiumDesigner18Setup.exe文件，開始安裝

打開Crack文件夾，復制shfolder.dll文件到Altium Designer的安裝目錄下

打開Altium Designer 軟件，選擇license，選擇文件并打開

點擊設置，勾選Use localized resources，點擊OK，重啟Altium Designer，漢化成功

2. 繪制stm32最小系統的電路原理圖

1）新建工程

點擊File->New->Project->PCD Project，新建工程

右擊PCD_Project1.PrjPCB，選擇Add New to Project->Schematic，新建原理圖

2）添加元件庫

百度網盤：元件庫.zip
提取碼：luha
按步驟添加元件庫文件：

3）繪制原理圖

① 繪制步驟

在元件庫中找到stm32f103c8t6芯片，雙擊打開，將元件放在中間

點擊放置線延長管腳，左鍵在起始和終點各點擊一下連接，右鍵釋放掉
（可使用 ctrl + c 復制，ctrl + v 粘貼，按空格可每90°旋轉器件）

點擊Net Label放置網絡編號，按tab鍵進入設置窗口，編輯編號名稱，回車退出編輯框，再左鍵放下

選擇Text String備注文字，按tab鍵編輯屬性，按回車鍵確定

② 繪制結果

• STM32C8T6 芯片
  R：在Miscellaneous Devices LC.IntLib元件庫中搜索0805 10K
  
• 電源指示燈及單片機應用燈
  R：在Miscellaneous Devices LC.IntLib元件庫中搜索0805 1K
  D：在Miscellaneous Devices LC.IntLib元件庫中搜索0603
  
• STM32 去耦電路
  C：在Miscellaneous Devices LC.IntLib 元件庫中搜索0805 100nF
  
• 晶振電路
  Y：在Miscellaneous Devices.IntLib元件庫中搜索XTAL
  C：在Miscellaneous Devices LC.IntLib元件庫中搜索0805 22pF
  
  晶振電路為主控芯片提供系統時鐘，所有的外設工作和CPU 工作都要基于該時鐘，類似于整個系統的“心跳節拍”。
• 復位電路
  S：在Miscellaneous Devices.IntLib元件庫中搜索SW-PB
  C：在Miscellaneous Devices LC.IntLib元件庫中搜索0805 1uF
  
  低電平復位（引腳 NRST），硬件按鍵復位屬于系統復位之一。其中，電容 C5 的目的是按鍵消抖，防止在按鍵剛剛接觸/松開時的電平抖動引發誤動作（按鍵閉合/松開的接觸過程大約有 10ms 的抖動，對于主控芯片 I/O 控制而言是很長的時間，足以執行多次復位動作。由于電容電壓不會突變，所以采用電容濾波，防止抖動復位誤動作）。
• 降壓電路
  AMS1117：在stm32f103c8t6 最小系統.SchLib元件庫中
  
  由 LDO（Low Dropout Regulator）低壓差線性穩壓器將 5V 轉換為 3.3V，為主控芯片供電。
• 下載方式選擇及程序燒錄接口
  P：在Miscellaneous Connectors.IntLib元件庫中搜索MHDR
  
  程序開發的過程需下載 bin/hex 文件和在線仿真調試，可采用 SWD/JTAG 方式。SWD 比 JTAG 在高速模式下更可靠，且只需 4 引腳，因此實際開發一般采用 SWD 方式。其中，時鐘線 CLK 用于 JLink 和芯片的時鐘同步，一般頻率設置為 4MHz，可根據實際情況調整頻率。
• 電源輸入及輸出
  J：在base.SchLib元件庫中搜索USB micro
  
• 外接IO
  P：在Miscellaneous Connectors.IntLib元件庫中搜索MHDR1X16

3. STM32+SD卡的系統原理圖設計

1）繪制步驟

點擊右上角的Libraries，選擇下載的元件庫并尋找器件
AMS1117：在stm32f103c8t6 最小系統.SchLib元件庫中
P：在Miscellaneous Connectors.IntLib元件庫中搜索MHDR
C：在Miscellaneous Devices LC.IntLib元件庫中搜索0805 100uF

2）繪制結果

STM32+SD卡原理圖

（二）SD卡數據讀取

1. SD卡介紹

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一種為滿足安全性、容量、性能和使用環境等各方面的需求而設計的一種新型存儲器件，SD卡允許在兩種模式下工作，即SD模式和SPI模式。其中，SD模式采用6線制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3進行數據通信；SPI模式采用4線制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut進行數據通信。SD模式時的數據傳輸速度比SPI模式時快，采用單片機對SD卡進行讀寫時一般采用SPI模式。采用不同的初始化方式可以使SD卡工作于SD或SPI模式。

1）SD卡物理結構

一張SD卡包括有存儲單元、存儲單元接口、電源檢測、卡及接口控制器和接口驅動器5 個部分。存儲單元是存儲數據部件，存儲單元通過存儲單元接口與卡控制單元進行數據傳輸；電源檢測單元保證SD卡工作在合適的電壓下，如出現掉電或上狀態時，它會使控制單元和存儲單元接口復位；卡及接口控制單元控制SD卡的運行狀態，它包括8 個寄存器；接口驅動器控制 SD 卡引腳的輸入輸出。

SD 卡總共有 8 個寄存器，用于設定或表示 SD 卡信息，其只能通過對應的命令訪問。SDIO 定義了 64 個命令，每個命令都有特殊意義，可實現某一特定功能。SD 卡接收到命令后，根據命令要求對 SD 卡內部寄存器進行修改，程序控制中只需發送組合命令就可實現 SD 卡的控制以及讀寫操作。

2）SD卡引腳

S：電源供給 I：輸入 O：采用推拉驅動的輸出 PP：采用推拉驅動的輸入輸出

3）SDIO 總線

① 總線拓撲

SD 卡一般支持 SDIO 和 SPI 兩種接口，STM32F42x系列控制器的SDIO是不支持 SPI 通信模式的，如需 SPI 通信只能使用 SPI 外設。

SD 卡使用 9-pin 接口通信，其中 3 根電源線、1 根時鐘線、1 根命令線和 4 根數據線。
CLK：時鐘線，由 SDIO 主機產生，即由 STM32 控制器輸出
CMD：命令控制線，SDIO主機通過該線發送命令控制SD卡，若命令要求SD卡提供應答（響應），SD卡也通過該線傳輸應答信息
D0-3：數據線，傳輸讀寫數據，SD卡可將 D0 拉低表示忙狀態
VDD、VSS1、VSS2：電源和地信號

無論SDIO是從主機控制器向 SD 卡傳輸，還是從 SD 卡向主機控制器傳輸，都只以 CLK 時鐘線的上升沿為有效。SD 卡操作過程使用兩種不同頻率的時鐘同步數據：識別卡階段時鐘頻率 FOD（最高為 400kHz）和數據傳輸模式下時鐘頻率 FPP（默認最高為 25MHz，若通過相關寄存器配置使 SDIO 工作在高速模式，此時最高頻率為 50MHz）。

② 總線協議

SD 總線通信是基于命令和數據傳輸的。通訊由一個起始位（“0”），由一個停止位（“1”）終止。SD 通信一般是主機發送一個命令（Command），從設備在接收到命令后作出響應（Response），如需會有數據（Data）傳輸參與。
SD 總線的基本交互是命令與響應交互。
主機向 SD 卡寫入數據塊操作：

SD 數據是以塊（Black）形式傳輸的，SDHC 卡數據塊長度一般為 512 字節，數據可從主機到卡，也可從卡到主機。數據塊需要 CRC 位來保證數據傳輸成功，CRC 位由 SD卡系統硬件生成。STM32 控制器可以控制使用單線或 4 線傳輸。

③ 命令

SD 命令由主機發出，以廣播命令和尋址命令為例，廣播命令是針對與 SD 主機總線連接的所有從設備發送的，尋址命令是指定某個地址設備進行命令傳輸。
SD 命令格式固定為 48bit，都是通過 CMD 線連續傳輸的（數據線不參與）。

④ 響應

響應由 SD 卡向主機發出，部分命令要求 SD 卡作出響應，其多用于反饋 SD 卡的狀態。SDIO 總共有 7 個響應類型（R1~R7），其中 SD 卡沒有 R4、R5 類型響應。特定的命令對應有特定的響應類型，比如當主機發送 CMD3 命令時，可得到響應 R6。SD 卡的響應通過 CMD 線連續傳輸，根據響應內容大小可分為短響應和長響應。短響應是 48bit 長度，只有 R2 類型是長響應，其長度為 136bit。

4）STM32 的 SDIO 功能框圖

STM32 控制器有一個 SDIO，由兩部分組成：SDIO 適配器和 AHB 接口。SDIO 適配器提供 SDIO 主機功能，可提供 SD 時鐘、發送命令和進行數據傳輸；AHB 接口用于控制器訪問 SDIO 適配器寄存器，可產生中斷和 DMA 請求信號。

2. SD卡讀取

1）工程下載

百度云盤：STM32cube配置FATFS模式SPI讀寫SD卡.zip
提取碼：e63q

2）代碼修改

main.c程序

char SD_FileName[] = "hello.txt"; uint8_t WriteBuffer[] = "姝華 6319****0710\r\n";

while (1){ WritetoSD(WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer)); HAL_Delay(500);//WriteBuffer[0] = WriteBuffer[0] +10;//WriteBuffer[1] = WriteBuffer[1] +10;write_cnt ++;while(write_cnt > 5){ printf(" while \r\n");HAL_Delay(500);} /* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}

3）硬件操作

SD卡STM32F103C8T6

CS	PA4
SCK	PA5
MISO	PA6
MOSI	PA7

硬件連接圖

打開mcuisp軟件，開始燒錄.hex文件

3）實際效果

打開串口調試助手

串口收到數據，其中包括總內存、可使用內存及已使用內存、SD卡初始化成功、掛載成功、文件寫入成功等顯示。
程序一共寫入六次文件，寫入完成后將每過0.5秒輸出一個while。

使用讀卡器打開SD卡

打開HELLO.txt文件

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三、實驗總結

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在本次實驗過程中，我學會了如何使用Altium Designer繪制stm32最小系統的電路原理圖，并在此基礎上完成了STM32+SD卡的系統原理圖設計，同時我還學會了如何使用STM32F103完成對SD卡的數據讀取。使用Altium Designer繪制原理圖并不困難，只是需要格外細心，避免器件選取錯誤。而使用STM32F103完成對SD卡的數據讀取其實也比較容易，主要是硬件操作難以出來結果，也需要耐心操作。總而言之，此次實驗不僅提高了我的動手操作能力，還加深了我對電路原理圖繪制和SD卡協議原理的認識。

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四、參考資料

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1、零死角玩轉STM32—F103指南者.pdf
2、STM32用cube配置FATFS模式下SPI讀寫SD卡
3、基于 Altium Designer18 繪制 STM32+SD 卡的電路原理圖
4、安裝 Altium Designer18 并用其繪制 stm32 最小系統的電路原理圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的SD卡数据读取的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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