绘制STM32最小系统电路原理图、STM32F103读取SD卡的数据

绘制STM32最小系统电路原理图、STM32F103读取SD卡的数据

1 AltiumDesigner 软件配置

1. 安装连接：百度网盘
   提取码：fnr9
2. 解压——安装包——双击打开AltiumDesigner18Setup.exe——

利用AD软件，完成以下任务
用Altium Designer绘制一个stm32最小系统的电路原理图，并在此基础上完成STM32+SD卡 的系统原理图设计。

2 AltiumDesigner 绘制STM32最小系统原理图

2.1 建立工程文件

1. File——New——Project——PCB Project
   （记得将工程保存在文件夹下。）
   
2. File——New——Project——PCB Project——Schematic
3. 导入元件库：右上角“库”——Libraries——可用库——右下角“添加库”——选指定的元件库——打开。
   

2.2 基本绘制方法

1. 选择芯片，将其拖入界面（STM32C8T6）。要放置其余原件也是类似方式。
   
2. 延长引脚线，设置标签。
   
   
   
3. 点击原件，按空格键可以旋转 90°。

2.3 绘制其余模块

系统供电稳压
调试JTAG、SW模块

复位模块

I/O接口

扩展供电接口

STM32USB

数据存储E2

OLED

STM32

3 AltiumDesigner 绘制STM32+SD卡原理图

如图示STM32F103CT6 和 SD 卡的原理图。

4 SD卡概述

4.1 SD 卡简介

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。

4.2 SD 卡模块结构

各个部分的功能：

一共有6个接口，分别是GND，VCC，CS，SCK，MOSI，MISO。VCC是供电，GND是接地。其他4根是SPI通讯时用的，CS是片选，SCK是时钟信号，MOSI为主输出从输入，MISO为主输入从输出。

4.3 SD 卡的寄存器

名称	宽度	描述
CID	128	卡标识寄存器
RCA	16	相对卡地址寄存器：本地系统中卡的地址，动态变化，在卡的初始化时确定。（SPI模式中没有）
CSD	128	卡描述数据寄存器：卡操作条件相关的信息数据
SCR	64	SD配置寄存器：SD卡特定信息数据
OCR	32	操作条件寄存器

4.4 SD 卡操作

• SD卡初始化过程（知道 SD 卡的类型V1、 V2、 V2HC 或者 MMC）：

  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）（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）；
  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（提供 SD 卡额外的时钟，完成某些操作），结束初始化；
  

• SD卡读取数据（CMD17）：

  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；
  

• SD卡写数据（CMD24）：

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

5 SD卡数据读取实作

用STM32F103完成对SD卡的数据读取（fat文件模式）。

5.1 源代码

工程文件连接：
百度网盘
提取码：e63q

1. main函数中修改文件名以及输出内容
   

   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 */
   }
   

2. 其余函数：

   // SD卡初始化函数  
    void Get_SDCard_Capacity(void)  
    // SD卡写入函数
    void WritetoSD(BYTE write_buff[],uint8_t bufSize)  
   

   //SD 卡初始化函数
   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);
   	}		
   } 
   

   //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
   	
   }
   

3. 编译构建
   
   没有错误。

5.2 硬件连线

USB和STM32芯片的连线和之前一样，这里主要是SD卡和STM32芯片的连线。【这里要选择 5V 要是电压不够大，后面的内容无法进行】

SD卡	STM32F103C8T6
SDCS	PA4
SCK	PA5
MOSI	PA7
MISO	PA6
VCC	5V
GND	GND

连线如下图：

5.3 结果及分析

烧录代码， 打开串口调试助手

发现每按一次复位键，串口只发送“main”，说明SD卡并没有起到作用。

将 SD 卡插到电脑上，可以看到弹出格式化 SD 卡的窗口：文件系统选择FAT（按下图设置）。

格式化成功。

再次烧录并打开串口，注意考虑是否线路连接正常（接触不良等问题。）初始化和发送数据的过程要等一会儿才能完成，大约几分钟。

初始化成功，显示了“总内存和可用内存，挂载成功，文件写入成功”等信息。

再等待一会儿，就会发送“ while ”。表示成功。
把SD卡插到电脑上，可以看到里面有一个 “HELLO.TXT ” 文件。

打开该文件，发现前面几个字符出现了乱码。

这是代码中的问题，修改代码：将 main 函数中的如下函数进行修改（数字部分）。

再次编译、烧录、运行，最后打开 .TXT 文件。

可以看到问题解决了。（但是第二个字母发生了变化，按字母的顺序变化的，这里是代码中设置的“+1”，相当于ASCII码变化了，对应的内容也发生了变化。）

6 总结

• 原理图部分：原理图主要是连线仔细与否的问题。学习一个和专业相关的新软件，并明白要运用到的芯片的原理结构，能够帮助我们更直观地理解硬件与软件的交接。
• SD卡读取部分：主要是供电电压不足的问题。在前人的基础上完成一件事情是容易的，但也没有任何成就感。我想我们更需要的是去做一个先行者。

7 参考文献

Altium Designer2018下载安装及基本使用
STM32使用SPI方式读写SD 卡
STM32——SD卡和FATFS文件系统