基于STM32F103XX微處理器的Micr0 SD卡讀寫

摘要：基于STM32F103XX微控制器的遠(yuǎn)程智能心臟檢測儀采用Micro SD作為存儲(chǔ)介質(zhì)保存特定的心電信號。所存Micro SD卡中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)要能夠在計(jì)算機(jī)上直接存取，需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)寫入Micro SD的軟件方法及硬件設(shè)計(jì)。采用的FAT開源文件系統(tǒng)FATFS是專門為小型嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，容易移值和使用，占用硬件資源相對較小而且功能強(qiáng)大。
關(guān)鍵詞：STM32F1103XX；Micro SD；SPI；FATFS

O 引言
由于遠(yuǎn)程智能心臟檢測儀器對采集到的心電信號是實(shí)時(shí)處理與存儲(chǔ)的。因此，本文在STM32F103XX微處理器的基礎(chǔ)上，采用Micro SD存儲(chǔ)卡實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵心電信號的存儲(chǔ)。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
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(chǔ)器，通過APB總線連接了豐富、增強(qiáng)的外設(shè)和I／O。所有的設(shè)備都提供標(biāo)準(zhǔn)的通信接口。
1．2 SPI協(xié)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(jìn)行通信的串行接口協(xié)議，包括主／從兩種模式。4個(gè)接口信號為：串行數(shù)據(jù)輸入(MISO，主設(shè)備輸入、從設(shè)備輸出)、串行數(shù)據(jù)輸出(MOSI，主設(shè)備輸出、從設(shè)備輸入)、移位時(shí)鐘(SCK)、低電平有效的從設(shè)備使能信號(cs)。SPI最大的特點(diǎn)是由主設(shè)備時(shí)鐘信號的出現(xiàn)與否來確定主／從設(shè)備間的通信。一旦檢測到主設(shè)備的時(shí)鐘信號，數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)者可以選擇其中任一模式。SDIO模式允許4線的高速數(shù)據(jù)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(xié)議復(fù)雜。SPI模式使用簡單通用的SPI通道接口，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，目前大多數(shù)微控制器都提供SPI接口。SPI模式相對于SDIO模式的缺點(diǎn)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(shù)據(jù)的讀／寫，當(dāng)CS片選信號線為低電平時(shí)，微處理器開始所有的總線傳輸。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)在CLK信號的上升沿同步輸入和輸出。在每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)尾還必須提供8個(gè)額外的時(shí)鐘，以允許Micro SD卡完成任何未完結(jié)的操作。另外，使用SPI模式時(shí)，為了防止在無卡接入或卡驅(qū)動(dòng)器呈高阻態(tài)時(shí)總線懸空，根據(jù)SD卡規(guī)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。