【正点原子STM32H7R3开发套件试用体验】SD卡、音乐播放器

本文介绍了单片机开发过程中常用的 SD 卡的读写相关功能，以及使用正点原子STM32H7R3开发套件实现 SD 卡音频文件读取和播放。

SD 卡

SD 卡 (Secure Digital MemoryCard) 是由日本松下、东芝及美国 SanDisk 公司于 1999 年 8 月在 MMCMulti MediaCard) 基础上共同研制出来的一种多功能存储卡。

SD 卡 3.0 规范中，理论最大容量可达 2TB，理论最大读写速度可达104MB/s；在最新的 4.10 规范中，理论最大读写速度已提高到 312MB/s

SD 卡允许不同的接口访问其内部存储单元。 最常见的是 SDIO 模式和 SPI 模式。

两种通信协议的引脚模式如下表所示

SD 卡作为新一代记忆存储设备，借助其体积小、数据传输速度快、可热插拔、大容量等优良特性，广泛应用于便携式设备，如电子词典、移动电话、监控摄像机、数码相机、嵌入式开发、行车记录仪等。

硬件连接

• LED
  LED0 - PD14
• 按键
  KEY0 - PE9
• USART1
  USART1_TX - PB14
  USART1_RX - PB15
• HyperRAM
• 正点原子 2.8/3.5/4.3/7寸LCD模块
• SD卡
  SDMMC1_CK - PC12
  SDMMC1_CMD - PD2
  SDMMC1_D0 - PC8
  SDMMC1_D1 - PC9
  SDMMC1_D2 - PC10
  SDMMC1_D3 - PC11

项目实现

• LCD 显示 SD 卡信息
• 按 KEY0 键读取SD卡第0块的数据并通过串口显示
• LED0 闪烁，提示程序正在运行

原理图

代码

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./MALLOC/malloc.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/HYPERRAM/hyperram.h"
#include "./BSP/SDMMC/sdmmc_sdcard.h"
​
static HAL_SD_CardCIDTypeDef sd_card_cid_struct = {0};
​
static void show_sdcard_info(void)
{
    HAL_SD_GetCardInfo(&g_sd_handle, &g_sd_card_info_struct);
    HAL_SD_GetCardCID(&g_sd_handle, &sd_card_cid_struct);
    
    printf("Card Type: %s\r\n", (g_sd_card_info_struct.CardType == CARD_SDSC) ? ((g_sd_card_info_struct.CardVersion == CARD_V1_X) ? ("SDSC V1") :
                                                                              ((g_sd_card_info_struct.CardVersion == CARD_V1_X) ? ("SDSC V2") :
                                                                              (""))) :
                                ((g_sd_card_info_struct.CardType == CARD_SDHC_SDXC) ? ("SDHC") :
                                ((g_sd_card_info_struct.CardType == CARD_SECURED) ? ("SECURE") :
                                (""))));
    printf("Card ManufacturerID: %d\r\n", sd_card_cid_struct.ManufacturerID);
    printf("Card RCA: %d\r\n", g_sd_card_info_struct.RelCardAdd);
    printf("LogBlockNbr: %d \r\n", g_sd_card_info_struct.LogBlockNbr);
    printf("LogBlockSize: %d \r\n", g_sd_card_info_struct.LogBlockSize);
    printf("Card Capacity: %d MB\r\n", (uint32_t)(((uint64_t)g_sd_card_info_struct.LogBlockNbr * g_sd_card_info_struct.LogBlockSize) >> 20));
    printf("Card BlockSize: %d\r\n\r\n", g_sd_card_info_struct.BlockSize);
    
    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "SD Card Size:     MB", BLUE);
    lcd_show_num(30 + 13 * 8, 130, (uint32_t)(((uint64_t)g_sd_card_info_struct.LogBlockNbr * g_sd_card_info_struct.LogBlockSize) >> 20), 5, 16, BLUE);
}
​
static void sd_read_test(void)
{
    uint8_t *buf;
    uint16_t i;
    
    buf = (uint8_t *)mymalloc(SRAMIN, g_sd_card_info_struct.BlockSize);
    if (buf == NULL)
    {
        return;
    }
    
    /* 读取并打印SD卡第0个块的数据 */
    if (sd_read_disk(buf, 0, 1) == 0)
    {
        lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "USART1 Sending Data...", BLUE);
        printf("Block 0 Data:\r\n");
        for (i=0; i<g_sd_card_info_struct.BlockSize; i++)
        {
            printf("%02X ", buf[i]);
        }
        printf("\r\nData End\r\n");
        lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "USART1 Send Data Over!", BLUE);
    }
    else
    {
        printf("SD read Failure!\r\n");
        lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD read Failure!      ", BLUE);
    }
    
    myfree(SRAMIN, buf);
}
​
int main(void)
{
    uint8_t t = 0;
    uint8_t key;
    
    sys_mpu_config();                   /* 配置MPU */
    sys_cache_enable();                 /* 使能Cache */
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(300, 6, 2);    /* 配置时钟，600MHz */
    delay_init(600);                    /* 初始化延时 */
    usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    key_init();                         /* 初始化按键 */
    hyperram_init();                    /* 初始化HyperRAM */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    my_mem_init(SRAMIN);                /* 初始化AXI-SRAM1~4内存池 */
    my_mem_init(SRAMEX);                /* 初始化XSPI2 HyperRAM内存池 */
    my_mem_init(SRAM12);                /* 初始化AHB-SRAM1~2内存池 */
    my_mem_init(SRAMDTCM);              /* 初始化DTCM内存池 */
    my_mem_init(SRAMITCM);              /* 初始化ITCM内存池 */
    
    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "SD TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
    while (sd_init() != 0)              /* SD卡初始化 */
    {
        lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "SD Card Error!", RED);
        delay_ms(500);
        lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "Please Check! ", RED);
        delay_ms(500);
        LED0_TOGGLE();
    }
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "SD Card OK!   ", RED);
    
    /* 显示SD卡信息 */
    show_sdcard_info();
    
    while (1)
    {
        key = key_scan(0);
        if (key == KEY0_PRES)
        {
            /* SD卡读测试 */
            sd_read_test();
        }
        
        if (++t == 20)
        {
            t = 0;
            LED0_TOGGLE();
        }
        
        delay_ms(10);
    }
}

效果

若检测 SD 卡失败，则需要考虑更换 SD 卡，

这里使用的品牌是闪迪 SanDisk

经测试，若使用其他品牌或杂牌 SD 卡，可能由于存储颗粒质量等兼容性问题，导致无法成功识别。

字库录入

在测试音乐播放器之前，需要测试字库是否存在。

若插入 SD 卡，提示字体加载错误，表明板载 SD NAND 未包含字体文件，需要先运行 汉字显示实验，将字库下载进 SD NAND 存储器。

硬件准备

• LED
  LED0 - PD14
• 按键
  WKUP - PC13
• HyperRAM
• 正点原子 2.8/3.5/4.3/7寸LCD模块
• NOR Flash
• SD NAND
• SD卡（需在根目录放置系统文件和字库文件，见附件）

项目实现

• 自动检查并在无字库时自动更新字库
• LCD 不断刷新显示汉字
• LED0 闪烁，提示程序正在运行

代码

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./MALLOC/malloc.h"
#include "./FATFS/exfuns/exfuns.h"
#include "./TEXT/text.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/HYPERRAM/hyperram.h"
#include "./BSP/SDNAND/spi_sdnand.h"
#include "./BSP/SDMMC/sdmmc_sdcard.h"
​
​
int main(void)
{
    uint8_t t = 0;
    uint8_t key;
    uint8_t res;
    uint32_t fontcnt;
    uint8_t i;
    uint8_t j;
    uint8_t fontx[2];
    
    sys_mpu_config();                   /* 配置MPU */
    sys_cache_enable();                 /* 使能Cache */
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(300, 6, 2);    /* 配置时钟，600MHz */
    delay_init(600);                    /* 初始化延时 */
    usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    key_init();                         /* 初始化按键 */
    hyperram_init();                    /* 初始化HyperRAM */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    my_mem_init(SRAMIN);                /* 初始化AXI-SRAM1~4内存池 */
    my_mem_init(SRAMEX);                /* 初始化XSPI2 HyperRAM内存池 */
    my_mem_init(SRAM12);                /* 初始化AHB-SRAM1~2内存池 */
    my_mem_init(SRAMDTCM);              /* 初始化DTCM内存池 */
    my_mem_init(SRAMITCM);              /* 初始化ITCM内存池 */
    exfuns_init();                      /* 为exfuns申请内存 */
    f_mount(fs[0], "0:", 1);            /* 挂载SD卡 */
    f_mount(fs[1], "1:", 1);            /* 挂载NOR Flash */
    f_mount(fs[2], "2:", 1);            /* 挂载NAND Flash */
    
    /* 检查字库 */
    while (fonts_init() != 0)
    {
UPD:
        lcd_clear(WHITE);
        lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "STM32", RED);
        
        /* 初始化SD卡 */
        while (sd_init() != 0)
        {
            lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "SD Card Error!", RED);
            delay_ms(500);
            lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "Please Check! ", RED);
            delay_ms(500);
            LED0_TOGGLE();
        }
        
        lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "SD Card OK", RED);
        lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "Font Updating...", RED);
        
        /* 更新字库 */
        res = fonts_update_font(30, 90, 16, (uint8_t *)"0:", RED);
        while (res != 0)
        {
            lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "Font Update Failed!", RED);
            delay_ms(200);
            lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "Please Check!      ", RED);
            delay_ms(200);
        }
        
        lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "Font Update Success!   ", RED);
        delay_ms(1500);
        lcd_clear(WHITE);
    }
    
    text_show_string(30, 30, 200, 16, "正点原子STM32开发板", 16, 0, RED);
    text_show_string(30, 50, 200, 16, "GBK字库测试程序", 16, 0, RED);
    text_show_string(30, 70, 200, 16, "ATOM@ALIENTEK", 16, 0, RED);
    text_show_string(30, 90, 200, 16, "WKUP: 更新字库", 16, 0, RED);
    
    text_show_string(30, 110, 200, 16, "内码高字节:", 16, 0, BLUE);
    text_show_string(30, 130, 200, 16, "内码低字节:", 16, 0, BLUE);
    text_show_string(30, 150, 200, 16, "汉字计数器:", 16, 0, BLUE);
    
    text_show_string(30, 180, 200, 32, "对应汉字为:", 32, 0, BLUE);
    text_show_string(30, 212, 200, 24, "对应汉字为:", 24, 0, BLUE);
    text_show_string(30, 236, 200, 16, "对应汉字(16*16)为:", 16, 0, BLUE);
    text_show_string(30, 252, 200, 12, "对应汉字(12*12)为:", 12, 0, BLUE);
    
    while (1)
    {
        fontcnt = 0;
        
        /* GBK内码高字节范围为0x81~0xFE */
        for (i=0x81; i<0xFF; i++)
        {
            fontx[0] = i;
            lcd_show_num(118, 110, i, 3, 16, BLUE);
            
            /* GBK内码低字节范围为0x40~0x7E、0x80~0xFE) */
            for (j=0x40; j<0xFE; j++)
            {
                if (j == 0x7F)
                {
                    continue;
                }
                
                fontcnt++;
                lcd_show_num(118, 130, j, 3, 16, BLUE);
                lcd_show_num(118, 150, fontcnt, 5, 16, BLUE);
                fontx[1] = j;
                text_show_font(30 + 176, 180, fontx, 32, 0, BLUE);
                text_show_font(30 + 132, 212, fontx, 24, 0, BLUE);
                text_show_font(30 + 144, 236, fontx, 16, 0, BLUE);
                text_show_font(30 + 108, 252, fontx, 12, 0, BLUE);
                
                t = 200;
                while ((t--) != 0)
                {
                    delay_ms(1);
                    
                    key = key_scan(0);
                    if (key == WKUP_PRES)
                    {
                        /* 更新字库 */
                        goto UPD;
                    }
                }
                
                LED0_TOGGLE();
            }
        }
    }
}

下载或升级、更新字库

效果

汉字字体显示

​

​

音乐播放器

这里我们利用正点原子STM32H7R3开发套件的板载元器件制作并测试了音乐播放器功能。

需要确保 SD 卡能够正确识别，且 SD NAND 字库已录入。

硬件准备

• LED
  LED0 - PD14
• 按键（功能实现）
  WKUP - PC13
  KEY0 - PE9
  KEY2 - PE7
• HyperRAM
• 正点原子 2.8/3.5/4.3/7寸LCD模块
• NOR Flash
• SD NAND
• **SD卡（需在根目录新建 **MUSIC 文件夹，并置入 *.wav 格式音频文件）
• ES8388

原理图

项目实现

• LCD上显示当前播放音乐的信息
• 扬声器和耳机（若插入）播放当前选中的音乐
• 按下WKUP按键，切换音乐播放或暂停
• 按下KEY0按键，切换播放下一首音乐
• 按下KEY2按键，切换播放上一首音乐
• LED0 闪烁，提示程序正在运行

代码

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./MALLOC/malloc.h"
#include "./FATFS/exfuns/exfuns.h"
#include "./TEXT/text.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/HYPERRAM/hyperram.h"
#include "./BSP/SDNAND/spi_sdnand.h"
#include "./BSP/SDMMC/sdmmc_sdcard.h"
#include "./BSP/ES8388/es8388.h"
#include "./APP/audioplay.h"
​
int main(void)
{
    sys_mpu_config();                   /* 配置MPU */
    sys_cache_enable();                 /* 使能Cache */
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(300, 6, 2);    /* 配置时钟，600MHz */
    delay_init(600);                    /* 初始化延时 */
    usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    key_init();                         /* 初始化按键 */
    hyperram_init();                    /* 初始化HyperRAM */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    my_mem_init(SRAMIN);                /* 初始化AXI-SRAM1~4内存池 */
    my_mem_init(SRAMEX);                /* 初始化XSPI2 HyperRAM内存池 */
    my_mem_init(SRAM12);                /* 初始化AHB-SRAM1~2内存池 */
    my_mem_init(SRAMDTCM);              /* 初始化DTCM内存池 */
    my_mem_init(SRAMITCM);              /* 初始化ITCM内存池 */
    exfuns_init();                      /* 为exfuns申请内存 */
    f_mount(fs[0], "0:", 1);            /* 挂载SD卡 */
    f_mount(fs[1], "1:", 1);            /* 挂载NOR Flash */
    f_mount(fs[2], "2:", 1);            /* 挂载NAND Flash */
    
    /* 初始化SD卡 */
    while (sd_init() != 0)
    {
        lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "SD Card Error!", RED);
        delay_ms(500);
        lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "Please Check! ", RED);
        delay_ms(500);
    }
    lcd_fill(30, 30, 30 + 200, 30 + 16, WHITE);
    
    /* 检查字库 */
    while (fonts_init() != 0)
    {
        lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "Font Error!  ", RED);
        delay_ms(500);
        lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "Please Check!", RED);
        delay_ms(500);
    }
    lcd_fill(30, 30, 30 + 200, 30 + 16, WHITE);
    
    text_show_string(30, 50, 200, 16, "正点原子STM32开发板",16,0, RED);
    text_show_string(30, 70, 200, 16, "音乐播放器实验", 16, 0, RED);
    text_show_string(30, 90, 200, 16, "正点原子@ALIENTEK", 16, 0, RED);
    text_show_string(30, 110, 200, 16, "KEY0: Next", 16, 0, RED);
    text_show_string(30, 130, 200, 16, "KEY1: Prev", 16, 0, RED);
    text_show_string(30, 150, 200, 16, "KWY_UP: Play/Pause", 16, 0, RED);
    
    es8388_init();                      /* ES8388初始化 */
    es8388_adda_cfg(1, 0);              /* 开启DAC关闭ADC */
    es8388_output_cfg(1, 1);            /* DAC选择通道输出 */
    es8388_hpvol_set(25);               /* 设置耳机音量 */
    es8388_spkvol_set(25);              /* 设置喇叭音量 */
    
    while (1)
    {
        audio_play();
    }
}

效果

音乐播放

​

​

通过按键切换播放的音频文件，以及播放的开始和暂停等功能。

总结

本文介绍了 SD 卡在嵌入式开发中的应用，使用 正点原子STM32H7R3开发套件 实现了读取 SD 卡音频文件，并通过板载扬声器进行播放。SD 卡作为工业和消费级电子产品中常见的存储器件，由于其小巧便携、安全可靠、适应性强等优点，在芯片开发和设计以及应用中扮演着重要角色。本文为深入学习和开发 SD 卡相关功能提供了有价值的参考。