3.20 SD卡实验

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），而且支持SPI接口，方便移动，有几种体积的尺寸可供选择（标准的SD 卡尺寸，以及 TF 卡尺寸），能满足不同应用的要求。只需要4 个IO 口，就可以外扩一个最大

达32GB 以上的外部存储器，容量选择尺度很大，更换也很方便，而且方便移动，编程也比较 简单，是单片机大容量外部存储器的首选。

ALIENTKE MiniSTM3开发板就带有SD卡接口，利用STM32自带的SPI接口，最大通信

速度可达18Mbps，每秒可传输数据2M字节以上，对于一般应用足够了。本节将向大家介绍， 如何在ALIENTEK MiniSTM32开发板上读取SD卡。本节分为如下几个部分：

3.20.1 SD 卡简介 3.20.2 硬件设计

3.20.3 软件设计

3.20.4 下载与测试

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3.20.1 SD 卡简介

SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快

闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助 理(PDA)和多媒体播放器等。SD 卡由日本松下、东芝及美国 SanDisk公司于1999年 8月

共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD 记忆卡，重量只有2 克，但却拥有高记忆容量、快 速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。

SD卡一般支持2种操作模式：

1，SD 卡模式； 2，SPI模式；

主机可以选择以上任意一种模式同SD 卡通信，SD卡模式允许4 线的高速数据传输。 SPI 模式允许简单的通过 SPI 接口来和SD 卡通信，这种模式同 SD 卡模式相比就是丧失了

速度。

SD卡的引脚排序如下图所示：

图3.20.1.1 SD 卡引脚排序图

SD卡引脚功能描述如下表所示：

表3.20.1.1 SD卡引脚功能表

SD卡只能使用 3.3V 的IO电平，所以，MCU一定要能够支持 3.3V 的IO 端口输出。

注意：在SPI模式下，CS/MOSI/MISO/CLK都需要加 10~100K左右的上拉电阻。

SD卡要进入 SPI模式很简单，就是在SD卡收到复位命令（CMD0）时，CS为有效电

平（低电平）则 SPI 模式被启用。不过在发送 CMD0 之前，要发送>74 个时钟，这是因为 SD卡内部有个供电电压上升时间，大概为64个CLK，剩下的10个CLK 用于SD卡同步，

之后才能开始CMD0的操作，在卡初始化的时候，CLK时钟最大不能超过400Khz！。

ALENTEK MiniSTM32开发板使用的是SPI模式来读写SD卡，下面我们就重点介绍一 下SD卡在 SPI模式下的相关操作。

首先介绍SPI模式下几个重要的操作命令，如下表所示：

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命令 CMD0(0X00) CMD9(0X09) CMD10(0X0A) CMD16(0X10) CMD17(0X11) CMD24(0X18)

参数 NONE NONE NONE 块大小 地址 地址 NONE NONE 回应 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 描述 复位SD卡 读取卡特定数据寄存器 读取卡标志数据寄存器 设置块大小（字节数） 读取一个块的数据 写入一个块的数据 引用命令的前命令 开始卡的初始化 CMD41(0X29) CMD55(0X37) CMD59(0X3B) 仅最后一位有效

R1 设置 CRC开启(1)或关闭(0) 表3.20.1.2 SPI模式下 SD 卡部分操作指令 其中R1的回应格式如下表所示：

表3.20.1.3 SD卡R1回应格式

接着我们看看SD卡的初始化，SD卡的典型初始化过程如下： 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）；

4、激活卡，内部初始化并获取卡类型（CMD1（用于 MMC卡）、CMD55、CMD41）；

5.、查询 OCR，获取供电状况（CMD58）； 6、是否使用CRC（CMD59）；

7、设置读写块数据长度（CMD16）；

8、读取CSD，获取存储卡的其他信息（CMD9）；

9、发送8CLK后，禁止片选；

这样我们就完成了对SD 卡的初始化，这里面我们一般设置读写块数据长度为512个字 节，并禁止使用CRC。在完成了初始化之后，就可以开始读写数据了。

SD 卡读取数据，这里通过CMD17来实现，具体过程如下： 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，如果没有开启 CRC，这两个字节在读取后可以丢掉。 6、8CLK之后禁止片选；

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：

1、发送CMD24;

2、接收卡响应R1；

3、发送写数据起始令牌0XFE；

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4、发送数据；

5、发送2字节的伪CRC；

6、8CLK 之后禁止片选；

以上就是一个典型的写SD卡过程。关于SD卡的介绍，我们就介绍到这里，更详细的 介绍请参考SD卡的参考资料。

3.20.2 硬件设计

本节实验功能简介：开机的时候先初始化SD卡，如果SD卡初始化完成，则读取扇区 0的数据，然后通过串口打印到电脑上。如果没初始化通过，则在LCD上提示初始化失败。

同样用DS0来指示程序正在运行。

所要用到的硬件资源如下：

1）STM32F103RBT6。 2）DS0（外部LED0）。 3）串口1。

4）TFTLCD液晶模块。 5）SD 卡。

前面四部分，在之前的实例已经介绍过了，这里我们介绍一下SD卡在开发板上 的连接 方式，SD卡与MCU的连接原理图如下：

图3.20.2.1 SD卡与STM32连接电路图

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