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卡与FATS

1、SD卡

（1）简介
SD 卡(Secure Digital Memory Card)在我们生活中已经非常普遍了，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。SDIO 全称是安全数字输入/输出接口，多媒体卡(MMC)、SD 卡、SD I/O 卡都有 SDIO 接口。SD I/O 卡本身不是用于存储的卡，它是指利用 SDIO 传输协议的一种外设。比如 Wi-Fi Card，它主要是提供 Wi-Fi功能，有些 Wi-Fi模块是使用串口或者 SPI接口进行通信的，但 Wi-Fi SDIO Card是使用 SDIO 接口进行通信的。
（2）操作模式
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。
在这里插入图片描述

CLK 时钟同步线
CMD 命令信号线，主机发出的命令以及从机对命令的响应都是通过这条线进行传输
DAT[3:0] 表示4条数据线，主机和从机的数据都是从这四条数据线上传输

（3）物理结构
一张 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 5个部分控制 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。

SD卡功能框图如下

2、FATFS文件系统

FATFS是面向小型嵌入式系统的一种通用的FAT文件系统，它由ANSI C语言编写且完全独立于底层的I/O介质，因此它可以很容易的不加修改的移植到其他处理器当中，就可以利用文件系统的各种函数，对已格式化的SD卡的文件进行读写。

二、工程实现

因为能力有限，所以这次主要完成的是对于已经完成的工程的直接使用，并且在此基础上做出一点修改。具体有关于工程的搭建，可以看这篇文章：
https://blog.csdn.net/qq_39758638/article/details/103573843
在这里放上工程的下载连接：
https://pan.baidu.com/s/1izzu14Zy2myHm2ZI4NFSGg
提取码：t11v

1、编译运行

打开下载的文件中的MDK-ARM文件夹，在其中可以找到工程文件，使用keil打开
在这里插入图片描述
编译运行，发现没有错误

2、接线

按下图方式接线

SD卡	STM32
CS	PA4
SCK	PA5
MISO	PA6
MISI	PA7
VCC	5V
GUN	GUN

在这里插入图片描述
注意点：

供电需要是5V，最开始设置的供电是3.3V,但是实验没有成功，改成5V，才能够成功运行，所以可能是3.3V的供电不足
连接的杜邦线尽可能短，并且最好连线紧一点，就是这些细节很大程度上决定了你会不会成功

3、初始化文件模式

在正式开始烧录之前，要想初始化SD卡的，文件系统为FAT32，然后点击开始就可以完成
在这里插入图片描述
出现弹窗，然后点击确定

格式化成功

4、烧录

打开mcuisp文件，按照以下顺序进行烧录

搜索串口
选择刚才生成的hex文件
读取器件信息
开始编程

出现右侧的字样说明烧录成功
在这里插入图片描述

5、实验结果

打开串口调试助手，然后点击打开串口
如果右侧一直是mian的字样，尝试用手按紧接线试一试
发现串口收到了信息，显示SD卡初始化成功，挂载成功，打开成功，创建文件成功
请添加图片描述
使用读卡器读取SD卡，发现在文件夹中保存有一个文件HELLO.TXT
在这里插入图片描述
打开文件后，发现显示了一串字符，但是含有乱码

为了解决这个错误，对代码进行了修改，将main.c中的这两行注释掉

再次执行一遍以上的步骤，发现没有错误了

三、代码分析

主函数

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();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_FATFS_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&aRxBuffer1,1); 	//enable uart	

	printf(" mian \r\n");

	Get_SDCard_Capacity();	//得到使用内存并选择格式化



  /* USER CODE END 2 */

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

SD卡写入函数

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
	
}

四、实验感想

这次实验并不困难，但是很容易因为一些微小的操作不当导致出错。我在做实验时，也是重复了许多次，才终于成功，是一次宝贵的经验。

参考文献

https://blog.csdn.net/ZHONGCAI0901/article/details/113190393

STM32用cube配置FATFS模式下SPI读写SD卡

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