基于STM32F103XX微處理器的Micr0 SD卡讀寫

摘要：基于STM32F103XX微控制器的遠程智能心臟檢測儀采用Micro SD作為存儲介質保存特定的心電信號。所存Micro SD卡中的存儲數據要能夠在計算機上直接存取，需要存儲的數據以FAT32文件格式寫入Micro SD卡。研究了使用STM32F103XX微處理器，采用SPI模式與Micro SD接口，將數據寫入Micro SD的軟件方法及硬件設計。采用的FAT開源文件系統FATFS是專門為小型嵌入式系統而設計的，容易移值和使用，占用硬件資源相對較小而且功能強大。
關鍵詞：STM32F1103XX；Micro SD；SPI；FATFS

O 引言
由于遠程智能心臟檢測儀器對采集到的心電信號是實時處理與存儲的。因此，本文在STM32F103XX微處理器的基礎上，采用Micro SD存儲卡實現了關鍵心電信號的存儲。

1 硬件電路設計
1．1 STM32F103xx微處理器簡介
STM32F103XX基于高性能32位RISC的ARMCortex-M3核，工作頻率為72 MHz。片上集成了高速存儲器，通過APB總線連接了豐富、增強的外設和I／O。所有的設備都提供標準的通信接口。
1．2 SPI協議
由于SPI(setial peripheralinterface)總線占用的接口線少，通信效率高，并且支持大部分處理器芯片，因而是一種理想的選擇。SPI是利用4根信號線進行通信的串行接口協議，包括主／從兩種模式。4個接口信號為：串行數據輸入(MISO，主設備輸入、從設備輸出)、串行數據輸出(MOSI，主設備輸出、從設備輸入)、移位時鐘(SCK)、低電平有效的從設備使能信號(cs)。SPI最大的特點是由主設備時鐘信號的出現與否來確定主／從設備間的通信。一旦檢測到主設備的時鐘信號，數據開始傳輸。
1．3 Micro SD卡簡介
Micro SD卡的接口可以支持2種操作模式：SDIO模式和SPI模式。設計者可以選擇其中任一模式。SDIO模式允許4線的高速數據傳輸，傳輸速率高，但是大部分微控制器無此接口，使用軟件模擬協議復雜。SPI模式使用簡單通用的SPI通道接口，即可實現數據傳輸，目前大多數微控制器都提供SPI接口。SPI模式相對于SDIO模式的缺點是損失了傳輸速度，但目前微處理器的處理速度越來越高，利用SPI模式大多都能滿
足工程需要。
Micro SD卡要求用全雙工、8位的SPI操作。STM32F103XX微處理器和Micro SD卡之間只需要4根信號線就可以完成數據的讀／寫，當CS片選信號線為低電平時，微處理器開始所有的總線傳輸。數據從微處理器的MOSI引腳同步輸入Micro SD卡的DI引腳，并由Micro SD卡的DO線同步輸入微處理器的MISO引腳，數據在CLK信號的上升沿同步輸入和輸出。在每個數據傳輸的結尾還必須提供8個額外的時鐘，以允許Micro SD卡完成任何未完結的操作。另外，使用SPI模式時，為了防止在無卡接入或卡驅動器呈高阻態時總線懸空，根據SD卡規范，這些信號需要在微處理器端用10～100 kΩ的上拉電阻，其硬件連接電路如圖1所示。