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STM32F405RGT6 和 STM32L476RGT6 驱动 SD NAND指南

SD NAND-贴片式TF卡-贴片式SD卡-免费测试2025-03-08144

以下是针对 STM32F405RGT6STM32L476RGT6 驱动 SD NAND(SD卡)的详细指南,涵盖硬件接线、软件代码、注意事项及问题处理。


一、硬件接线图

1. SDIO模式(高速传输)

  • STM32F405RGT6 引脚分配

    SD卡引脚STM32F405引脚功能
    CLKPC12 (SDIO_CK)时钟信号
    CMDPD2 (SDIO_CMD)命令/响应线
    D0PC8 (SDIO_D0)数据线0
    D1PC9 (SDIO_D1)数据线1
    D2PC10 (SDIO_D2)数据线2
    D3PC11 (SDIO_D3)数据线3
    VCC3.3V电源
    GNDGND地线
  • STM32L476RGT6 引脚分配

    SD卡引脚STM32L476引脚功能
    CLKPC12 (SDIO_CK)时钟信号
    CMDPD2 (SDIO_CMD)命令/响应线
    D0PC8 (SDIO_D0)数据线0
    D1PC9 (SDIO_D1)数据线1
    D2PC10 (SDIO_D2)数据线2
    D3PC11 (SDIO_D3)数据线3
    VCC3.3V电源
    GNDGND地线
  • 注意事项

    • 数据线(D0-D3)和CMD线需接10kΩ上拉电阻。

    • 电源需稳定(建议加100nF电容滤波)。


2. SPI模式(简单但速度较慢)

  • STM32F405RGT6 引脚分配

    SD卡引脚STM32F405引脚功能
    CLKPA5 (SPI1_SCK)时钟信号
    DI (MOSI)PA7 (SPI1_MOSI)主机输出从机输入
    DO (MISO)PA6 (SPI1_MISO)主机输入从机输出
    CSPA4 (自定义GPIO)片选信号
    VCC3.3V电源
    GNDGND地线
  • STM32L476RGT6 引脚分配

    SD卡引脚STM32L476引脚功能
    CLKPA5 (SPI1_SCK)时钟信号
    DI (MOSI)PA7 (SPI1_MOSI)主机输出从机输入
    DO (MISO)PA6 (SPI1_MISO)主机输入从机输出
    CSPA4 (自定义GPIO)片选信号
    VCC3.3V电源
    GNDGND地线
  • 注意事项

    • MISO需接10kΩ上拉电阻。

    • 片选(CS)通过GPIO控制,建议初始化为高电平。


二、软件驱动代码

1. SDIO模式(基于HAL库)

// STM32F405RGT6 / STM32L476RGT6 通用代码#include "stm32f4xx_hal.h"  // F405使用f4xx,L476使用l4xxSD_HandleTypeDef hsd;void SDIO_Init(void) {
 hsd.Instance = SDIO;
 hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;
 hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;
 hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;
 hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_4B;
 hsd.Init.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;
 
 // F405主频较高,分频需更大(例如 ClockDiv=8)
 // L476主频较低,分频可更小(例如 ClockDiv=4)
 hsd.Init.ClockDiv = 8;

 if (HAL_SD_Init(&hsd) != HAL_OK) {
   Error_Handler();
 }
 // 配置4位总线模式
 if (HAL_SD_ConfigWideBusOperation(&hsd, SDIO_BUS_WIDE_4B) != HAL_OK) {
   Error_Handler();
 }}

2. SPI模式(基于HAL库)

// STM32F405RGT6 / STM32L476RGT6 通用代码#include "stm32f4xx_hal.h"  // L476使用l4xxSPI_HandleTypeDef hspi1;void SPI_Init(void) {
 hspi1.Instance = SPI1;
 hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
 hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
 hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
 hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
 hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
 hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
 hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; // 初始低速
 HAL_SPI_Init(&hspi1);}// 发送CMD0(复位卡)uint8_t SD_SPI_GoIdle(void) {
 uint8_t cmd[6] = {0x40, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x95}; // CMD0 + CRC
 uint8_t response;
 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);
 HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 6, 100);
 HAL_SPI_Receive(&hspi1, &response, 1, 100);
 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
 return response; // 期望返回0x01(空闲状态)}

三、注意事项

  1. 电源管理

    • STM32L476 是低功耗芯片,需关闭低功耗模式(如调高系统时钟或禁用睡眠模式)。

    • STM32F405 需确保SDIO时钟源(如PLL48CLK)正确配置。

  2. 信号完整性

    • 数据线长度尽量短,避免干扰。

    • 在高速模式(SDIO)下,建议使用屏蔽线或PCB走线优化。

  3. 文件系统适配

    • 若使用FATFS,需正确实现 disk_readdisk_write 函数。

    • 示例代码参考STM32Cube库中的 FATFS 模块。

  4. SD卡初始化

    • SPI模式下需多次发送CMD0(复位)直到返回0x01。

    • SDIO模式下需检查卡状态:HAL_SD_GetCardState(&hsd).


四、常见问题及处理

1. SDIO模式初始化失败

  • 可能原因

    • 时钟配置错误(检查 hsd.Init.ClockDiv 分频值)。

    • 未正确配置4位总线模式(调用 HAL_SD_ConfigWideBusOperation)。

  • 解决

    • 使用STM32CubeMX生成SDIO初始化代码,验证分频参数。

2. SPI模式无响应

  • 调试步骤

    1. 用逻辑分析仪检查CLK、MOSI、MISO信号。

    2. 确认CS信号在传输期间保持低电平。

    3. 检查SD卡是否支持SPI模式(部分工业级SD卡需要特殊初始化)。

3. 读写数据不稳定

  • 硬件问题

    • 检查电源电压(3.3V±10%)。

    • 增加数据线上拉电阻(10kΩ~50kΩ)。

  • 软件问题

    • 降低时钟频率(例如SPI预分频设为SPI_BAUDRATEPRESCALER_64)。

    • 启用SDIO的CRC校验功能。

4. STM32L476低功耗模式异常

  • 现象

    • 进入睡眠模式后SD卡无法唤醒。

  • 解决

    • 在进入低功耗前卸载SD卡。

    • 使用HAL_SD_DeInit()释放资源,唤醒后重新初始化。


五、参考资源

  1. STM32Cube库

    • F405参考:STM32Cube_FW_F4_Vx.x.x/Projects/STM32F4-Discovery/Applications

    • L476参考:STM32Cube_FW_L4_Vx.x.x/Projects/NUCLEO-L476RG/Examples

  2. SD卡协议文档

    • 《SD Specifications Part 1 Physical Layer Simplified Specification》

  3. 调试工具

    • 逻辑分析仪(Saleae/PulseView)抓取SDIO/SPI波形。

    • STM32CubeMonitor实时监控SD卡状态。

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