文章目录

一. 认识SD卡
- 1. 介绍SD卡
- 2. SD卡的物理结构
- 3. SD卡寄存器
- 4. SD卡模式
- 5. 初始化SD卡过程
- 6. SD卡读取数据
二. 实验操作——对SD卡进行数据读取
- 1. 硬件准备
- 2. 新建工程
- 3. 代码部分
- 4. 烧录程序
- 5. 实验结果分析
三. 总结
四. 参考资料

一. 认识SD卡

1. 介绍SD卡

SD存储卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，由于它体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良的特性，被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、平板电脑和多媒体播放器等。
控制器对SD卡进行读写通信操作一般有两种通信接口可选，一种是 SPI接口，另外一种就是 SDIO接口。

2. SD卡的物理结构

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。

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。

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。

寄存器及功能描述如下

寄存器名称	描述
OCR	32位的操作条件寄存器主要存储了VDD电压范围，SD卡操作电压范围为2~3.6V
CID	卡识别码寄存器，长度为16个字节，存储SD卡唯一标识号，该号在卡生产厂家编程后无法修改
CSD	卡特性数据寄存器，包含了访问该卡数据时的必要配置信息
SCR	SD卡配置寄存器（SCR），提供了SD卡的一些特殊特性在这张卡内，长度为64位，这个寄存器内容由制造商在生产厂内设置
RCA	卡相对地址寄存器是一个16位可写的地址寄存器，控制器可通过地址选择对应地址的SD卡
DSR	驱动级寄存器，属于可选寄存器，用于配置卡的驱动输出
SSR	SD状态(SD Status)：SD卡专有特征的信息
CSR	卡状态(Card Status)：卡状态信息

4. SD卡模式

SD卡的操作模式：SD卡模式（SDIO）、SPI模式(默认为SD模式)
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。
SPI命令格式为6字节构成，高位在前（MSB）。
引脚分布如下：
SD卡的主要引脚功能

引脚	功能
CLK	时钟信号，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率可在0～25MHz之间变化，SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0～25MHz 的频率
CMD	双向命令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址，也可以是到所有卡；回复是对之前命令的回答，回复可以来自单卡或所有卡
DAT0～3	数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡

5. 初始化SD卡过程

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。

初始化与SD卡连接的硬件条件（MCU的SPI配置，IO口配置）；
上电延时（>74个CLK）；
复位卡（CMD0），进入IDLE状态；
发送CMD8，检查是否支持2.0协议；
根据不同协议检查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）；
取消片选，发多8个CLK，结束初始化

SD卡初始化流程图：

6. SD卡读取数据

这里通过CMD17来实现，具体过程如下：

发送CMD17；
接收卡响应R1；
接收数据起始令牌0XFE；
接收数据；
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。
禁止片选之后，发多8个CLK.

二. 实验操作——对SD卡进行数据读取

1. 硬件准备

SD卡

注意：VCC要接5V！！！
硬件连接方式

stm32	SD卡模块
PA4	SDCS
PA5	SCK
PA6	MISO
PA7	MOSI
VCC	VCC
GND	GND

连接图

2. 新建工程

详细的工程文件获取链接：https://pan.baidu.com/s/1MFVI8M022kbmuOlGbAl6aw
提取码：xhc1

CubeMX相关配置

SPI1选择全双工模式
USART1选择异步模式
FATFS中勾选User-defined
时钟设置
生成工程

3. 代码部分

int fputc(int ch, FILE *f)
{HAL_UART_Transmit(&huart1, (unsigned char *)&ch, 1, 0xFFFF);   return ch;
}
uint16_t uart_value[3];
uint8_t aRxBuffer1; //uart rx buff void WritetoSD(BYTE write_buff[],uint8_t bufSize);
char SD_FileName[] = "hello.txt";
uint8_t WriteBuffer[] = "01 write buff to sd \r\n";//uint8_t test_sd =0;    //用于测试格式化
uint8_t write_cnt =0;  //写SD卡次数void WritetoSD(BYTE write_buff[],uint8_t bufSize)
{FATFS fs;FIL file;uint8_t res=0;UINT Bw;  res = SD_init();       //SD卡初始化if(res == 1){printf("SD卡初始化失败! \r\n");      }else{printf("SD卡初始化成功！ \r\n");        }res=f_mount(&fs,"0:",1);        //挂载//  if(test_sd == 0)      //用于测试格式化if(res == FR_NO_FILESYSTEM)      //没有文件系统，格式化{//      test_sd =1;                //用于测试格式化printf("没有文件系统! \r\n");      res = f_mkfs("", 0, 0);      //格式化sd卡if(res == FR_OK){printf("格式化成功! \r\n");     res = f_mount(NULL,"0:",1);      //格式化后先取消挂载res = f_mount(&fs,"0:",1);            //重新挂载  if(res == FR_OK){printf("SD卡已经成功挂载，可以进进行文件写入测试!\r\n");}  }else{printf("格式化失败! \r\n");      }}else if(res == FR_OK){printf("挂载成功! \r\n");       }else{printf("挂载失败! \r\n");}  res = f_open(&file,SD_FileName,FA_OPEN_ALWAYS |FA_WRITE);if((res & FR_DENIED) == FR_DENIED){printf("卡存储已满，写入失败!\r\n");      }f_lseek(&file, f_size(&file));//确保写词写入不会覆盖之前的数据if(res == FR_OK){printf("打开成功/创建文件成功！ \r\n");        res = f_write(&file,write_buff,bufSize,&Bw);       //写数据到SD卡if(res == FR_OK){printf("文件写入成功！ \r\n");            }else{printf("文件写入失败！ \r\n");}     }else{printf("打开文件失败!\r\n");} f_close(&file);                     //关闭文件      f_mount(NULL,"0:",1);      //取消挂载}void Get_SDCard_Capacity(void)
{FRESULT result;FATFS FS;FATFS *fs;DWORD fre_clust,AvailableSize,UsedSize;  uint16_t TotalSpace;uint8_t res;res = SD_init();       //SD卡初始化if(res == 1){printf("SD卡初始化失败! \r\n");      }else{printf("SD卡初始化成功！ \r\n");        }/* 挂载 */res=f_mount(&FS,"0:",1);        //挂载if (res != FR_OK){printf("FileSystem Mounted Failed (%d)\r\n", result);}res = f_getfree("0:", &fre_clust, &fs);  /* 根目录 */if ( res == FR_OK ) {TotalSpace=(uint16_t)(((fs->n_fatent - 2) * fs->csize ) / 2 /1024);AvailableSize=(uint16_t)((fre_clust * fs->csize) / 2 /1024);UsedSize=TotalSpace-AvailableSize;              /* Print free space in unit of MB (assuming 512 bytes/sector) */printf("\r\n%d MB total drive space.\r\n""%d MB available.\r\n""%d MB  used.\r\n",TotalSpace, AvailableSize,UsedSize);}else {printf("Get SDCard Capacity Failed (%d)\r\n", result);}
} /* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();

针对SD卡文件的每个步骤，进行相应的字段输出，来具体判断究竟进行到了什么地步。

4. 烧录程序

执行程序后，将生成的hex文件烧录进入单片机中

5. 实验结果分析

打开串口助手，观察输出结果

可以发现写入次数超过11次后，会不断返回while值，而hello.txt文本里有11行内容，之后也不会再写入了。
打开SD卡看到了hello文本文件写入了内容，但是出现乱码情况
删除hello.txt文件，对主函数进行修改
再烧录一次，再次观察，结果显示正常

有序写入，说明是成功的。

三. 总结

本文讲解了SD卡的协议原理，最后实现用STM32F103完成对SD卡的数据读取，由于站在别人的肩膀上做实验，已经避免了许多坑，所以整个实验过程比较顺利，但是需要注意的是线必须要接好，接触不良很容易读取失败，需要多尝试几遍，毕竟成功没有那么容易。

四. 参考资料

SD卡协议简介
简述SD卡的工作原理
SD卡学习（SDIO和SPI模式）
STM32利用SPI读写SD卡的程序详解

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