利用STM32F103完成对SD卡的数据读取详细操作

只看该作者 · 2022-7-28 23:05

要求：掌握SD卡协议原理，用STM32F103完成对SD卡的数据读取（fat文件模式）。
一、SD卡协议原理
1、SD卡简述
很多单片机系统都需要大容量存储设备，以存储数据。目前常用的有 U 盘，FLASH 芯片，SD 卡等。他们各有优点，综合比较，最适合单片机系统的莫过于 SD 卡了，它不仅容量可以做到很大（32GB 以上），支持 SPI/SDIO 驱动，而且有多种体积的尺寸可供选择（标准的 SD 卡尺寸，以及 TF 卡尺寸等），能满足不同应用的要求。只需要少数几个 IO 口即可外扩一个高达 32GB 以上的外部存储器，容量从几十 M 到几十G 选择尺度很大，更换也很方便，编程也简单，是单片机大容量外部存储器的首选。

只看该作者 · 2022-7-28 23:08

2、SD卡物理结构

一般SD卡包括有存储单元、存储单元接口、电源检测、卡及接口控制器和接口驱动器 5个部分。

只看该作者 · 2022-7-28 23:12

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只看该作者 · 2022-7-28 23:21

存储单元是存储数据部件，存储单元通过存储单元接口与卡控制单元进行数据传输；
电源检测单元保证SD卡工作在合适的电压下，如出现掉电或上状态时，它会使控制单元和存储单元接口复位；
卡及接口控制单元控制SD卡的运行状态，它包括有8个寄存器；接口驱动器控制SD卡引脚的输入输出。

只看该作者 · 2022-7-28 23:22

3、SD卡寄存器SD卡总共有8个寄存器，用于设定或表示SD卡信息。
这些寄存器只能通过对应的命令访问，SDIO定义64个命令，每个命令都有特殊意义，可以实现某一特定功能，SD卡接收到命令后，根据命令要求对SD卡内部寄存器进行修改，程序控制中只需要发送组合命令就可以实现SD卡的控制以及读写操作。
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版权声明：本文为CSDN博主「FDFOEVER」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
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只看该作者 · 2022-7-28 23:35

4、SD卡操作模式
SD卡一般都支持 SDIO 和 SPI 这两种接口。其中SD卡模式的信号线有：CLK、CMD、DAT0-DAT3，6根线。 SPI模式的信号线有：CS、CLK、MISO（DATAOUT）、MOSI(DATAIN),4根线。 SD卡的命令格式：命令CMD0就是0，CMD16就是16，以此类推。 SD卡的命令总共有12类，下表为几个比较重要的命令：
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只看该作者 · 2022-7-28 23:36

5、SD卡初始化(SPI模式)
SPI操作模式下：在SD卡收到复位命令时，CS为有效电平（低电平），则SPI模式被启用，在发送CMD之前要先发送74个时钟，64个为内部供电上升时间，10个用于SD卡同步；之后才能开始CMD操作，在初始化时CLK时钟不能超过400KHz。
1、初始化与SD卡连接的硬件条件（MCU的SPI配置，IO口配置）；
2、上电延时（>74个CLK）；
3、复位卡（CMD0），进入IDLE状态；
4、发送CMD8，检查是否支持2.0协议；
5、根据不同协议检查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）；
6、取消片选，发多8个CLK，结束初始化
这样我们就完成了对SD卡的初始化，注意末尾发送的8个CLK是提供SD卡额外的时钟，完成某些操作。通过SD卡初始化，我们可以知道SD卡的类型（V1、V2、V2HC或者MMC），在完成了初始化之后，就可以开始读写数据了。

只看该作者 · 2022-7-28 23:37

6、SD卡读取与写入(SPI模式)

1、发送CMD17；
2、接收卡响应R1；
3、接收数据起始令牌0XFE；
4、接收数据；
5、接收2个字节的CRC，如果不使用CRC，这两个字节在读取后可以丢掉。
6、禁止片选之后，发多8个CLK；

只看该作者 · 2022-7-28 23:37

以上就是一个典型的读取SD卡数据过程，SD卡的写于读数据差不多，写数据通过CMD24来实现，具体过程如下：

只看该作者 · 2022-7-28 23:39

1、发送CMD24;
2、接收卡响应R1；
3、发送写数据起始令牌0XFE；
4、发送数据；
5、发送2字节的伪CRC；
6、禁止片选之后，发多8个CLK；

只看该作者 · 2022-7-28 23:40

以上就是一个典型的写SD卡过程

只看该作者 · 2022-7-28 23:41

二、实验操作

1、硬件准备

SD卡模块及SD卡

只看该作者 · 2022-7-28 23:50

1、硬件准备

SD卡模块及SD卡
在这里插入图片描述

2、连线

在这里插入图片描述

3、HAL库配置

因为STM32要连接SD卡模块，所以我们要进行相应配置。

只看该作者 · 2022-7-28 23:53

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只看该作者 · 2022-7-28 23:58

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只看该作者 · 2022-7-28 23:59

4、代码分析

完整工程代码如下（hal库版本）
链接：https://pan.baidu.com/s/1brMbq0lioa7OfQFXt9oO9Q
提取码：1234

只看该作者 · 2022-7-28 23:59

针对main主函数进行分析

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