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
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
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参数
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回应
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描述
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CMD0(0X00)
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NONE
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R1
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复位SD卡
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CMD9(0X09)
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NONE
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R1
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读取卡特定数据寄存器
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CMD10(0X0A)
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NONE
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R1
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读取卡标志数据寄存器
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CMD16(0X10)
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块大小
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R1
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设置块大小（字节数）
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|
CMD17(0X11)
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地址
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R1
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读取一个块的数据
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CMD24(0X18)
|
地址
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R1
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写入一个块的数据
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CMD41(0X29)
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NONE
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R1
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引用命令的前命令
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CMD55(0X37)
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NONE
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R1
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开始卡的初始化
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CMD59(0X3B)
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仅最后一位有效
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R1
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设置CRC开启(1)或关闭(0)
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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；
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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