大学毕业论文---基于stm32的sd卡设计.doc

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1、淮南师范学院电子工程学院2013级电子信息科学与技术专业ARM嵌入式系统课程设计 成绩课程论文 题 目： 基于STM32的SD卡设计 课程名称： ARM嵌入式系统 学生姓名： 学生学号： 系 别： 电子工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 年 级： 2013级 任课教师： 电子工程学院制2015年10月基于STM32的SD卡设计学生：指导教师：电子工程学院：电子信息科学与技术1概述1.1设计背景21世纪是一信息传递及应用高速的时代，信息在人类社会活动中已经必不可缺，使用嵌入式系统的电子产品已经在人们的日常生活中广泛普及应用。其中人们日常生活中最经常接触使用到的数码相机、手机、MP3、MP4、

2、多媒体播放器等，其信息数据的存储大部分都是使用的SD卡。所以SD卡在嵌入式上应用有着十分大市场空间。 SD卡拥有轻小、高存储容量、高速的传输速率以及很高的安全性，更换和编程也相当方便。根据SD卡胡特性，它已然成为非常多数码产品的外部应用储存的第一选择目标。ALIENTKE MiniSTM32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。 2硬件设计2.1硬件读写模块SD卡存储模式是Flash。SD卡的卡内智能控制模块包含电源和时钟的管理、协议、算法安全、存取数据、ECC算法、处理缺陷和分析数据。FLA

3、SH每个扇区的写寿命在10万次左右，读的次数是无限制的。SD卡一般支持2种操作模式： 1、SD卡模式； 2、PI模式；SD卡的引脚排序如下图所示：图1 SD卡的引脚排序 SD卡的九个引脚功能：表1：SD卡引脚功能表针脚123456789SD卡模式CD/DAT3CMDVSSVCCCLKVSSDAT0DAT1DAT2SPI模式CSMOSIVSSVCCCLKVSSMIS0NCNCSD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10100K左右的上拉电阻。在STM32中，开板使用的是SPI的接口模式来进得

4、读写，所以，主要应用的便是SPI的模式。由于SD卡内部的供电电压上升是需要一段时间，大约是64个时钟，而且需要10个时钟与SD卡同步，所以在发送CMD0之前，要发送74个时钟。SD卡与STM32 进行数据交换，要将SD卡外部驱动，将外部储存卡与STM32联系起来。开发板对成为外部储存空间的SD卡进行读写，把读写命令解析并传送到SD卡中，从而实现开发板对外部储存卡的操作与控制。2.2硬件设计模块所需要的硬件资源如下： 1、SD卡。 2、STM32F103ZET6。 3、DS0（外部 LED0）。4、串口 1。 SD卡和STM32的连接：SPI1与安全数码卡通信，如下其引脚的连接定义为： PE3：

5、SPI1-SPI2全双工通讯，低电平作用； PA7：通讯结束后跟随一个CRC校验； PA5：SPI1、SPI2的NSS引脚是断开的； PA6：SPI驱动，NSS引脚由软件设置配置； PC12：MOSI输出，与STM32通信； CLK：时钟信号； CMD：双向命令和响应信号； DAT0-3：双向数据信号； VDD,VSS：电源和地信号；原理图如下：图2 SD卡接口与STM32连接原理图 在SPI模式下，引脚1（DAT3）作为SPI片选线CS用，引脚2（CMD）用作SPI总线的数据输出线MOSI，而引脚7（DAT0）为数据输入线MISO ，NSS由硬件配置， SPI2为主机， SPI1为从机，使

6、SS输出（置位 SPI_ CR2 SSOE位），SPI2 NSS引脚复位 SPI1的 NSS引脚并配置 SPI1为从机。在通讯中使用DMA可以减少代码密度和执行时间，容易接收和发送数据。利用各种硬件设备自身的特点来减小其运转开销，例如减小中断次数、利用DMA传输方式等。安全数码卡传输给STM32，STM32和SD卡进行数据间的互换。3软件设计3.1SD卡初始化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，I/O口配置）。（2） 上电延时（74个CLK）（3） 复位卡（CMD0），进入LDLE状态。（4） 发送CMD8，检查是否支持2.0协议。（5） 根据

7、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。开始发送74个时钟周期发送复位命令CMD0进入SPI总线模式发送激活命令CMD1SD卡响应Bit=0?结束NY图3 流程图（SD卡初始化）3.2读SD卡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，如果不使用CRC，两个字节在读取后可以丢掉。（6） 禁止片选之后，发多8个CLK。3.3写SD卡写数据通过CMD24来实现，具体过程如下：

8、（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。开始SD卡初始化发送命令CMD24接收SD卡响应超时错误发送数据起始标志发送512字节数据发送2字节CRC码接收SD卡响应&0x1F=5?结束返回NYYN开始SD卡初始化发送写命令CMD17应答=0xFE接收512字节数据接收2字节CRC码结束返回NY图4 流程图（读SD卡） 图5 流程图（写SD卡）4软件仿真打开keil5编译运行编写好的程序，没有错误后选择软件仿真（Debug）使用波形仿真。点开Setup设置引脚PORTA

9、.3，PORTA.5，PORTA.6，PORTA.7选择Bit模式。按下KEY0初始化SD卡,SD卡开始发送接收数据。点击Run.仿真情况如下图：5总结SD卡应用使让人越来依赖它，可以说是已经成为人类社会生活中不可或缺的一部分，SD卡具有广阔的发展前景和市场前景。21世纪是一信息传递及应用高速的时代，信息在人类社会活动中已经必不可缺，使用嵌入式系统的电子产品已经在人们的日常生活中广泛普及应用。 通过本次设计实验，让我各方面都有了一个提升。技术上，我更加深入了解STM32和SD卡，学到了以前没有学过的知识。在做这个设计时，也有着各种各样的困难，通过请教老师、同学和查找各种资料克服了一个又一个困难

10、，最终完成了这篇论文。本次设计实验从选题之初到准备材料到编写论文到完成论文，让我深刻的人数到我有很多不足之处，比如书本知识不能学以致用，缺乏综合应用知识的能力，分析问题的能力也比较弱。通过这次的学习和实践，我清楚的认识到自己的知识还很不全面，处理问题等方面都还需要一个更大的提升，做任何都要认真对待、全力以赴。也明白任何事都不像看起来那么简单，只有通过认真学习和动手实践才能克服困难，走向成功。参考文献1张洋，刘军，严汉宇.原子教你玩STM32（库函数版） M.北京航空航天大学出版社，2013. 2邓奕.电子线路CAD实用教程（第2版）M. 华中科技大学出版社.2012 3刘明福. 基于STM32

11、的SD卡设计D.江西科技学院.20124刘同法,肖志刚,彭继卫. ARM Cortex-M3内核微控制器快速入门与应用M北京航空航天大学出版社.2009 5 Cortex-M3 技术参考手册.pdf 6STM32不完全手册_库函数版本_V3.1.pdf7STM32固件库使用手册的中文翻译版.pdf8protel99se不完全使用手册.pdf9喻金钱、喻斌.STM32F系列ARMCortex-M3核微控制器开发与应用M.清华大学出版社.10 百度百科SD卡附录：#include sys.h#include mmc_sd.h#include spi.h#include usart.h u8 SD_

12、Type=0;/SD卡的类型 /移植修改区/移植时候的接口/data:要写入的数据/返回值:读到的数据u8 SD_SPI_ReadWriteByte(u8 data)return SPI1_ReadWriteByte(data); /SD卡初始化的时候,需要低速void SD_SPI_SpeedLow(void) SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_256);/设置到低速模式/SD卡正常工作的时候,可以高速了void SD_SPI_SpeedHigh(void) SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);/设置到高速模式/

13、SPI硬件层初始化void SD_SPI_Init(void) /设置硬件上与SD卡相关联的控制引脚输出/禁止其他外设(NRF/W25Q64)对SD卡产生影响GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE ); /PORTA时钟使能 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;/PA2.3.4 推挽 n_3|GPIO_Pin_4;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode

14、= GPIO_Mode_Out_PP ; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4);/PA2.3.4上拉 SPI1_Init();SD_CS=1;/取消选择,释放SPI总线void SD_DisSelect(void)SD_CS=1; SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);/提供额外的8个时钟/选择sd卡,并且等待卡准备OK/返回值:0,成功;

15、1,失败;u8 SD_Select(void)SD_CS=0;if(SD_WaitReady()=0)return 0;/等待成功SD_DisSelect();return 1;/等待失败/等待卡准备好/返回值:0,准备好了;其他,错误代码u8 SD_WaitReady(void)u32 t=0;doif(SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF)=0XFF)return 0;/OKt+; while(t0XFFFFFF);/等待 return 1;/等待SD卡回应/Response:要得到的回应值/返回值:0,成功得到了该回应值/ 其他,得到回应值失败u8 SD_GetRespon

16、se(u8 Response)u16 Count=0xFFFF;/等待次数 while (SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF)!=Response)&Count)Count-;/等待得到准确的回应 if (Count=0)return MSD_RESPONSE_FAILURE;/得到回应失败 else return MSD_RESPONSE_NO_ERROR;/正确回应/从sd卡读取一个数据包的内容/buf:数据缓存区/len:要读取的数据长度./返回值:0,成功;其他,失败;u8 SD_RecvData(u8*buf,u16 len) if(SD_GetResponse(0x

17、FE)return 1;/等待SD卡发回数据起始令牌0xFE while(len-)/开始接收数据 *buf=SPI1_ReadWriteByte(0xFF); buf+; /下面是2个伪CRC（dummy CRC） SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF); SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF); return 0;/读取成功/向sd卡写入一个数据包的内容 512字节/buf:数据缓存区/cmd:指令/返回值:0,成功;其他,失败;u8 SD_SendBlock(u8*buf,u8 cmd)u16 t; if(SD_WaitReady()return 1;/等待准

18、备失效SD_SPI_ReadWriteByte(cmd);if(cmd!=0XFD)/不是结束指令for(t=0;t 24); SD_SPI_ReadWriteByte(arg 16); SD_SPI_ReadWriteByte(arg 8); SD_SPI_ReadWriteByte(arg); SD_SPI_ReadWriteByte(crc); if(cmd=CMD12)SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);/Skip a stuff byte when stop reading /等待响应，或超时退出Retry=0X1F;dor1=SD_SPI_ReadWriteByt

19、e(0xFF);while(r1&0X80) & Retry-); /返回状态值 return r1; /获取SD卡的CID信息，包括制造商信息/输入: u8 *cid_data(存放CID的内存，至少16Byte） /返回值:0：NO_ERR/ 1：错误 u8 SD_GetCID(u8 *cid_data) u8 r1; /发CMD10命令，读CID r1=SD_SendCmd(CMD10,0,0x01); if(r1=0x00)r1=SD_RecvData(cid_data,16);/接收16个字节的数据 SD_DisSelect();/取消片选if(r1)return 1;else re

20、turn 0; /获取SD卡的CSD信息，包括容量和速度信息/输入:u8 *cid_data(存放CID的内存，至少16Byte） /返回值:0：NO_ERR/1：错误 u8 SD_GetCSD(u8 *csd_data) u8 r1; r1=SD_SendCmd(CMD9,0,0x01);/发CMD9命令，读CSD if(r1=0) r1=SD_RecvData(csd_data, 16);/接收16个字节的数据 SD_DisSelect();/取消片选if(r1)return 1;else return 0; /获取SD卡的总扇区数（扇区数） /返回值:0： 取容量出错 / 其他:SD卡的

21、容量(扇区数/512字节)/每扇区的字节数必为512，因为如果不是512，则初始化不能通过.u32 SD_GetSectorCount(void) u8 csd16; u32 Capacity; u8 n;u16 csize; /取CSD信息，如果期间出错，返回0 if(SD_GetCSD(csd)!=0) return 0; /如果为SDHC卡，按照下面方式计算 if(csd0&0xC0)=0x40) /V2.00的卡 csize = csd9 + (u16)csd8 8) + 1;Capacity = (u32)csize 7) + (csd9 & 3) 6) + (u16)csd7 2)

22、 + (u16)(csd6 & 3) 10) + 1;Capacity= (u32)csize (n - 9);/得到扇区数 return Capacity;/初始化SD卡u8 SD_Initialize(void) u8 r1; / 存放SD卡的返回值 u16 retry; / 用来进行超时计数 u8 buf4; u16 i;SD_SPI_Init();/初始化IO SD_SPI_SpeedLow();/设置到低速模式 for(i=0;i10;i+)SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);/发送最少74个脉冲retry=20;dor1=SD_SendCmd(CMD0,0,0x9

23、5);/进入IDLE状态while(r1!=0X01) & retry-); SD_Type=0;/默认无卡if(r1=0X01)if(SD_SendCmd(CMD8,0x1AA,0x87)=1)/SD V2.0for(i=0;i4;i+)bufi=SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);/Get trailing return value of R7 respif(buf2=0X01&buf3=0XAA)/卡是否支持2.73.6Vretry=0XFFFE;doSD_SendCmd(CMD55,0,0X01);/发送CMD55r1=SD_SendCmd(CMD41,0x40000

24、000,0X01);/发送CMD41while(r1&retry-);if(retry&SD_SendCmd(CMD58,0,0X01)=0)/鉴别SD2.0卡版本开始for(i=0;i4;i+)bufi=SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);/得到OCR值if(buf0&0x40)SD_Type=SD_TYPE_V2HC; /检查CCSelse SD_Type=SD_TYPE_V2; else/SD V1.x/ MMCV3SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);/发送CMD55r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01);/发送CMD41if(r1=1)S

25、D_Type=SD_TYPE_V1;retry=0XFFFE;do /等待退出IDLE模式SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);/发送CMD55r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01);/发送CMD41while(r1&retry-);else/MMC卡不支持CMD55+CMD41识别SD_Type=SD_TYPE_MMC;/MMC V3retry=0XFFFE;do /等待退出IDLE模式 r1=SD_SendCmd(CMD1,0,0X01);/发送CMD1while(r1&retry-); if(retry=0|SD_SendCmd(CMD16,512,0X01)

26、!=0)SD_Type=SD_TYPE_ERR;/错误的卡SD_DisSelect();/取消片选SD_SPI_SpeedHigh();/高速if(SD_Type)return 0;else if(r1)return r1; return 0xaa;/其他错误/读SD卡/buf:数据缓存区/sector:扇区/cnt:扇区数/返回值:0,ok;其他,失败.u8 SD_ReadDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt)u8 r1;if(SD_Type!=SD_TYPE_V2HC)sector = 9;/转换为字节地址if(cnt=1)r1=SD_SendCmd(CMD17,se

27、ctor,0X01);/读命令if(r1=0)/指令发送成功r1=SD_RecvData(buf,512);/接收512个字节 elser1=SD_SendCmd(CMD18,sector,0X01);/连续读命令dor1=SD_RecvData(buf,512);/接收512个字节 buf+=512; while(-cnt & r1=0); SD_SendCmd(CMD12,0,0X01);/发送停止命令 SD_DisSelect();/取消片选return r1;/写SD卡/buf:数据缓存区/sector:起始扇区/cnt:扇区数/返回值:0,ok;其他,失败.u8 SD_WriteDi

28、sk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt)u8 r1;if(SD_Type!=SD_TYPE_V2HC)sector *= 512;/转换为字节地址if(cnt=1)r1=SD_SendCmd(CMD24,sector,0X01);/读命令if(r1=0)/指令发送成功r1=SD_SendBlock(buf,0xFE);/写512个字节 elseif(SD_Type!=SD_TYPE_MMC)SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);SD_SendCmd(CMD23,cnt,0X01);/发送指令 r1=SD_SendCmd(CMD25,sector,0X01);/连续读

29、命令if(r1=0)dor1=SD_SendBlock(buf,0xFC);/接收512个字节 buf+=512; while(-cnt & r1=0);r1=SD_SendBlock(0,0xFD);/接收512个字节 SD_DisSelect();/取消片选return r1;/#include led.h#include delay.h#include sys.h#include usart.h#include lcd.h#include key.h#include malloc.h #include MMC_SD.h /读取SD卡的指定扇区的内容，并通过串口1输出/sec：扇区物理地址

30、编号void SD_Read_Sectorx(u32 sec)u8 *buf;u16 i;buf=mymalloc(512);/申请内存if(SD_ReadDisk(buf,sec,1)=0)/读取0扇区的内容LCD_ShowString(60,190,200,16,16,USART1 Sending Data.);printf(SECTOR 0 DATA:rn);for(i=0;i11,5,16);/显示SD卡容量while(1)key=KEY_Scan(0);if(key=KEY0_PRES)SD_Read_Sectorx(0);/KEY0按,读取SD卡扇区0的内容t+;delay_ms(10);if(t=20)LED0=!LED0;t=0; - 17 -