文章内容：
掌握电路原理图绘制，在使用 Altium Designer 绘制一个 stm32 最小系统的电路原理图基础上完成 STM32+SD 卡的系统原理图设计。

接上篇文章：安装 Altium Designer18 并用其绘制 stm32 最小系统的电路原理图

1 SD 卡

1.1 SD 卡物理结构

一张 SD 卡包括有存储单元、存储单元接口、电源检测、卡及接口控制器和接口驱动器 5 个部分。

• 存储单元是存储数据部件，存储单元通过存储单元接口与卡控制单元进行数据传输；
• 电源检测单元保证 SD 卡工作在合适的电压下，如出现掉电或上状态时，它会使控制单元和存储单元接口复位；
• 卡及接口控制单元控制 SD 卡的运行状态，它包括有 8 个寄存器；
• 接口驱动器控制 SD 卡引脚的输入输出。
  

1.2 SD卡的引脚定义

SD卡引脚功能详述：

• 注：
  S：电源供给
  I：输入
  O：采用推拉驱动的输出
  PP：采用推拉驱动的输入输出

2 绘制 STM32+SD 卡的系统原理图

2.1 STM32 的系统原理图

STM32 的系统原理图可以参考我的上篇博客：
安装 Altium Designer18 并用其绘制 stm32 最小系统的电路原理图

接下来直接在其基础上，绘制 SD 卡的系统原理图

2.2 绘制 STM32+SD 卡的系统原理图

• 选择器件
  可以在右上角的 Libraries ，选择下载的元件库，在里面寻找器件
  
  需要找到：
  AMS1117：stm32f103c8t6 最小系统.SchLib 元件库中
  P：Miscellaneous Connectors.IntLib 元件库中搜索 MHDR
  C：Miscellaneous Devices LC.IntLib 元件库中搜索 0805 100uf
• 连接结果
  

2.3 最终结果

STM32+SD 卡的电路原理图如下：

3 总结

在绘制之前需要了解 SD 卡的物理结构和引脚意义，考虑其与 STM32 之间的联系。

4 参考资料

1. SD卡引脚 电路图及工作原理介绍

转自：http://blog.csdn.net/zhangyanquen/article/details/6658802

SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点，那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来，将使系统变得更加出色。这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研究。对于SD卡的硬件结构，在官方的文档上有很详细的介绍，如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写，最核心的是它的时序，笔者在经过了实际的测试后，使用51单片机成功实现了对SD卡的扇区读写，并对其读写速度进行了评估。下面先来讲解SD卡的读写时序。

（1） SD卡的引脚定义：

SD卡引脚功能详述：

注：S：电源供给  I：输入 O：采用推拉驱动的输出
PP：采用推拉驱动的输入输出

SD卡SPI模式下与单片机的连接图：

SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。采用不同的初始化方式可以使SD卡工作于SD方式或SPI方式。这里只对其SPI方式进行介绍。

（2） SPI方式驱动SD卡的方法
     SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。从应用的角度来看，采用SPI接口的好处在于，很多单片机内部自带SPI控制器，不光给开发上带来方便，同时也见降低了开发成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能优势，要解决这一问题，就要用SD方式，因为它提供更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。以下介绍SD卡的驱动方法，只实现简单的扇区读写。
1） 命令与数据传输
1. 命令传输
SD卡自身有完备的命令系统，以实现各项操作。命令格式如下：

命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下：

每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式，如下表所示：

写命令的例程：
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
  向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD)
{
   unsigned char tmp;
   unsigned char retry=0;
   unsigned char i;

   //禁止SD卡片选
   SPI_CS=1;
   //发送8个时钟信号
   Write_Byte_SD(0xFF);
   //使能SD卡片选
   SPI_CS=0;

   //向SD卡发送6字节命令
   for (i=0;i<0x06;i++)
   {
      Write_Byte_SD(*CMD++);
   }
  
   //获得16位的回应
   Read_Byte_SD(); //read the first byte,ignore it.
   do
   {  //读取后8位
      tmp = Read_Byte_SD();
      retry++;
   }
   while((tmp==0xff)&&(retry<100));
   return(tmp);
}

2） 初始化
SD卡的初始化是非常重要的，只有进行了正确的初始化，才能进行后面的各项操作。在初始化过程中，SPI的时钟不能太快，否则会造初始化失败。在初始化成功后，应尽量提高SPI的速率。在刚开始要先发送至少74个时钟信号，这是必须的。在很多读者的实验中，很多是因为疏忽了这一点，而使初始化不成功。随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式
           初始化时序图：

   初始化例程：
//--------------------------------------------------------------------------
    初始化SD卡到SPI模式
//--------------------------------------------------------------------------
unsigned char SD_Init()
{ 
   unsigned char retry,temp;
   unsigned char i;
   unsigned char CMD[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};
SD_Port_Init(); //初始化驱动端口
  
   Init_Flag=1; //将初始化标志置1

   for (i=0;i<0x0f;i++)
   {
      Write_Byte_SD(0xff); //发送至少74个时钟信号
   }
 
   //向SD卡发送CMD0
   retry=0;
   do
   { //为了能够成功写入CMD0,在这里写200次
     temp=Write_Command_SD(CMD);
     retry++;
     if(retry==200)
     { //超过200次
       return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0 Error!
     }
   }
   while(temp!=1);  //回应01h，停止写入
  
   //发送CMD1到SD卡
   CMD[0] = 0x41; //CMD1
   CMD[5] = 0xFF;
   retry=0;
   do
   { //为了能成功写入CMD1,写100次
     temp=Write_Command_SD(CMD);
     retry++;
     if(retry==100)
     { //超过100次
       return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1 Error!
     }
   }
   while(temp!=0);//回应00h停止写入
  
   Init_Flag=0; //初始化完毕，初始化标志清零
  
   SPI_CS=1;  //片选无效
   return(0); //初始化成功
}
3） 读取CID
CID寄存器存储了SD卡的标识码。每一个卡都有唯一的标识码。
CID寄存器长度为128位。它的寄存器结构如下：
 

它的读取时序如下：

与此时序相对应的程序如下：
//------------------------------------------------------------------------------------
    读取SD卡的CID寄存器   16字节   成功返回0
//-------------------------------------------------------------------------------------
unsigned char Read_CID_SD(unsigned char *Buffer)
{
   //读取CID寄存器的命令
   unsigned char CMD[] = {0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
   unsigned char temp;
   temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes
   return(temp);
}

4）读取CSD
CSD（Card-Specific Data）寄存器提供了读写SD卡的一些信息。其中的一些单元可以由用户重新编程。具体的CSD结构如下：

读取CSD 的时序：

相应的程序例程如下：
//-----------------------------------------------------------------------------------------
    读SD卡的CSD寄存器   共16字节    返回0说明读取成功
//-----------------------------------------------------------------------------------------
unsigned char Read_CSD_SD(unsigned char *Buffer)
{ 
   //读取CSD寄存器的命令
   unsigned char CMD[] = {0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
   unsigned char temp;
   temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes
   return(temp);
}

读取SD卡信息
综合上面对CID与CSD寄存器的读取，可以知道很多关于SD卡的信息，以下程序可以获取这些信息。如下：
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
//返回
//  SD卡的容量，单位为M
//  sector count and multiplier MB are in
u08 == C_SIZE / (2^(9-C_SIZE_MULT))
//  SD卡的名称
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
void SD_get_volume_info()
{  
    unsigned char i;
    unsigned char c_temp[5];
    VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf;
    vinf=&SD_volume_Info; //Init the pointoer;
/读取CSD寄存器
    Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat);
//获取总扇区数
 vinf->sector_count = sectorBuffer.dat[6] & 0x03;
 vinf->sector_count <<= 8;
 vinf->sector_count += sectorBuffer.dat[7];
 vinf->sector_count <<= 2;
 vinf->sector_count += (sectorBuffer.dat[8] & 0xc0) >> 6;
 // 获取multiplier
 vinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat[9] & 0x03;
 vinf->sector_multiply <<= 1;
 vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat[10] & 0x80) >> 7;
//获取SD卡的容量
 vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply);
 // get the name of the card
 Read_CID_SD(sectorBuffer.dat);
 vinf->name[0] = sectorBuffer.dat[3];
 vinf->name[1] = sectorBuffer.dat[4];
 vinf->name[2] = sectorBuffer.dat[5];
 vinf->name[3] = sectorBuffer.dat[6];
 vinf->name[4] = sectorBuffer.dat[7];
 vinf->name[5] = 0x00; //end flag 
}
         以上程序将信息装载到一个结构体中，这个结构体的定义如下：
typedef struct SD_VOLUME_INFO
{ //SD/SD Card info
  unsigned int  size_MB;
  unsigned char sector_multiply;
  unsigned int  sector_count;
  unsigned char name[6];
} VOLUME_INFO_TYPE;

USIM是Universal Subscriber Identity Module（全球用户识别卡）的缩写。全球用户身份模块(USIM)，也叫做升级SIM ，是在UMTS（全称为Universal Mobile Telecommunication System – 通用无线通信系统） 3G 网络的一个构件。一般也指SIM卡。

USIM卡结构
USIM卡主要由五部分组成。分别为：CPU，程序存储器ROM,工作存储器RAM，数据存储器EEPROM和串行通信单元。

SIM卡存储
在日常的手机使用时，我们会发现，一些手机号或者短信，通话记录，会跟着手机卡显示在不同的手机里。这也就说明了SIM卡本身存在一定的存储空间。然而不同的SIM卡其容量是不同的，一般为32K,64K以及128K。

SIM卡尺寸
在购买SIM卡时，都知道，其分为三种尺寸。
标准的SIM卡 尺寸15X25mm
Micro SIM卡尺寸15X12mm
Nan0 SIM卡 尺寸12.3X8.8mm

SIM卡电路
SIM卡电路主要分为以下几个部分
VCC：电源，存在1.8V/3V/5V，按照协议，目前常用的为CLASS B 与CLASS C 。其中：CLASS B电压为2.7-3.3V。CLASS C电压为1.62-1.98V。功耗方面 CLASS B最大为6mA。CLASS C 最大为4mA。一般情况下，SIM卡检测电路要求支持1.8V与3.0V。

RST：复位，用于对内部处理器进行复位的。低电平：0-0.2VCC。高电平：0.8VCC-VCC。
CLK：时钟，时钟均在1-4MHZ。低电平：0-0.2VCC。高电平：0.7VCC-VCC。
IO，数据 与手机内部进行信息传输的通信线。低电平：-0.3-0.2VCC。高电平：0.7VCC-VCC+0.3。

VPP，SIM卡的编程供电。一般情况下为NC，在设备具备NFC功能的情况下会使用到该引脚。

DET，检测管脚，低电平拔出，高电平插入。
其中，DET脚并不是SIM卡的引脚信号。其仅存在与连接器卡座上，属于机械引脚，通过机械结构实现插卡与拔卡的状态切换。

SIM卡卡座电路设计

然而在手机平板方面 这块的连接器座子并非如此。大家伙应该都知道，目前的手机卡卡槽方面，不仅支持放单卡，双卡，还可以放SD卡，所以说这方面的座子也是很有讲究的。

（图示仅画出单卡部分，SD卡部分未画）

除了VCC与GND以外，其余信号均直接连接到CPU。

在网上一些电路上，我们或许会看到在信号线上加TVS管，为了防止浪涌击穿。然而在小编从事的手机平板领域，TVS管加的并不多，一方面需要采用低容的TVS可以处理浪涌与静电问题，但另一方面却增加了成本。低容的TVS管价格往往比普通的TVS价格昂贵。同时，据大量项目的经验积累，SIM卡部分大都不加TVS管的情况下，在进行浪涌测试以及静电测试时也能PASS。所以在设计这方面时，如果不确定是否要加，可以先预留TVS管位置，前期先不贴，然后进行浪涌静电测试，视结果来判定最终要不要加！

如果真的执意要加。其实还是要注意一些事项的。

电路中TVS 电容 电阻 选型

电容进行CLK IO线路滤波处理时，容值不能过大。过大不但没有了滤除射频干扰的能力，且会导致信号波形变缓，严重者将导致读卡失败。通常选择33pf电容。

端接电阻阻值不能过大，导致信号驱动能力下降及波形异常，33R电阻使用较多。

在一些防浪涌静电措施中，会加一些TVS管。TVS管选择低容值，容值过大会导致波形变缓，读卡失败。

Layout小结：

1. 将esd保护器件放置在相应引脚附近。如果需要rc筛选器,请将其放置在相应的esd保护器件。

2. sim卡接口的走线为10CM或更短。

3. 将sim卡信号与其他高速信号隔离开来,包地处理，以防止信号接收高受sim卡影响的速度信号。

4. SIM卡的走线最好一组一起走。

5. 走线尽可能的走在内层。

6. 电容要靠近SIM卡焊盘放置。

7. SIM卡中的CLK线务必做包地处理。