基于STM32F103XX微处理器的Micr0 SD卡读写

摘要：基于STM32F103XX微控制器的远程智能心脏检测仪采用Micro SD作为存储介质保存特定的心电信号。所存Micro SD卡中的存储数据要能够在计算机上直接存取，需要存储的数据以FAT32文件格式写入Micro SD卡。研究了使用STM32F103XX微处理器，采用SPI模式与Micro SD接口，将数据写入Micro SD的软件方法及硬件设计。采用的FAT开源文件系统FATFS是专门为小型嵌入式系统而设计的，容易移值和使用，占用硬件资源相对较小而且功能强大。
关键词：STM32F1103XX；Micro SD；SPI；FATFS

O 引言
由于远程智能心脏检测仪器对采集到的心电信号是实时处理与存储的。因此，本文在STM32F103XX微处理器的基础上，采用Micro SD存储卡实现了关键心电信号的存储。

1 硬件电路设计
1．1 STM32F103xx微处理器简介
STM32F103XX基于高性能32位RISC的ARMCortex-M3核，工作频率为72 MHz。片上集成了高速存储器，通过APB总线连接了丰富、增强的外设和I／O。所有的设备都提供标准的通信接口。
1．2 SPI协议
由于SPI(setial peripheralinterface)总线占用的接口线少，通信效率高，并且支持大部分处理器芯片，因而是一种理想的选择。SPI是利用4根信号线进行通信的串行接口协议，包括主／从两种模式。4个接口信号为：串行数据输入(MISO，主设备输入、从设备输出)、串行数据输出(MOSI，主设备输出、从设备输入)、移位时钟(SCK)、低电平有效的从设备使能信号(cs)。SPI最大的特点是由主设备时钟信号的出现与否来确定主／从设备间的通信。一旦检测到主设备的时钟信号，数据开始传输。
1．3 Micro SD卡简介
Micro SD卡的接口可以支持2种操作模式：SDIO模式和SPI模式。设计者可以选择其中任一模式。SDIO模式允许4线的高速数据传输，传输速率高，但是大部分微控制器无此接口，使用软件模拟协议复杂。SPI模式使用简单通用的SPI通道接口，即可实现数据传输，目前大多数微控制器都提供SPI接口。SPI模式相对于SDIO模式的缺点是损失了传输速度，但目前微处理器的处理速度越来越高，利用SPI模式大多都能满
足工程需要。
Micro SD卡要求用全双工、8位的SPI操作。STM32F103XX微处理器和Micro SD卡之间只需要4根信号线就可以完成数据的读／写，当CS片选信号线为低电平时，微处理器开始所有的总线传输。数据从微处理器的MOSI引脚同步输入Micro SD卡的DI引脚，并由Micro SD卡的DO线同步输入微处理器的MISO引脚，数据在CLK信号的上升沿同步输入和输出。在每个数据传输的结尾还必须提供8个额外的时钟，以允许Micro SD卡完成任何未完结的操作。另外，使用SPI模式时，为了防止在无卡接入或卡驱动器呈高阻态时总线悬空，根据SD卡规范，这些信号需要在微处理器端用10～100 kΩ的上拉电阻，其硬件连接电路如图1所示。