Подключение sd карты к ардуино

В большинстве проектов с Ардуино необходимо устанавливать вспомогательное хранилище для медиафайлов, будь это видео или аудио. Если возникает необходимость хранить и обрабатывать информацию, а стоковой флеш-памяти плат вам не хватает, то есть несколько решений.

Можно докупить специальную плату, обеспечивающую быстрый доступ к данным, но и стоящую не малых денег. Если же у вас нет желания тратиться, то расширить стоковую память платы можно и с arduino card SD, дабы не было проблем с записью и стиранием стоковых утилит с чипов. Однако далеко не все новички знают, как правильно подключать флешку к чипу и что для этого нужно. Давайте разберёмся во всех нюансах и узнаем, какие подводные камни такого решения вас поджидают.

Что необходимо знать при подключении SD card к Arduino

Прежде чем подсоединять что-либо, следует изучить нюансы, которые будут подстерегать вас на каждом шагу. Первое, с чем вам придётся столкнуться, это вольтаж карт памяти, ведь они рассчитаны на 3.3 В, что является стандартом.

Неудобство заключается в том, что для записи данных необходима и соответствующая сила тока, вплоть до 100 мА, если речь о действительно больших массивах информации. Соответственно, необходимо обеспечить всю систему хорошим источником питания, но основная проблема заключается в том, что карты крайне привередливы. Если вы будете пользоваться резисторами и длинными проводниками, то скорость записи и чтения может упасть в разы ниже средних показателей, поэтому следует обзавестись небольшими коннекторами и убрать, по возможности, всё сопротивление из цепочки для питания логики.

Чтобы не сжечь всю плату, достаточно прикупить преобразователи переменного и постоянного тока, лучше всего подойдут приборы под HEF4050 и 74FHC125 базу.

Далее, учтите, что система предоставляет несколько режимов записи данных. У вас в распоряжении:

1. SPI. Универсален, и подойдёт для любого микроконтроллера, а подключение требует всего четыре пина.
2. SDIO. Хороший выбор, если необходима высокая скорость передачи информации, но с arduino microsd реализуется крайне тяжело.

Учитывайте и формат карты, он не влияет ровным счётом ни на что, кроме размера вашей конечной поделки. Если необходимо серьёзно урезать габариты, то хорошим выбором станет microSD.

Сама по себе флешка – это небольшой чип со специально выделенными секторами, а соответственно, структур, обязательных к использованию, вы здесь не найдёте. Такой подход удобен для быстрого форматирования и сохранения данных в подходящей файловой системе.

Большинство устройств на сегодняшний день пользуются форматами NTFS, FAT32 и FAT16. Но чем сложнее система, тем больше памяти для работы arduino SD придётся выделить, что чревато последствиями в виде подлагиваний и плохой скорости отклика.

Схема подключения SD card к Arduino

Предварительно отформатировав карту памяти, приступайте к её подключению.

Отформатировать карту можно этой программой: SD Card Formatter

Платы расширений облегчат задачу, ведь они позволят урегулировать напряжение до необходимых нам 3.3 В, а контроллеры уровня преобразуют питание логики в подходящие для флешки.

Плата расширений потребуется под микроконтроллеры до 5 В, учитывайте это при её выборе. Главное достоинство Ардуино – простота, и подключение вспомогательных модулей не стало исключением. Лучшим выбором станет именно структура запуска через hardware SPI пины, дабы не усложнять новичкам жизнь. Нам потребуются 13, 12 и 11 цифровые пины, а также четвёртые, чтобы наладить «chipslave select» цепь. Под это, зачастую, берётся 10 пин, но если вы знаете, что делаете, можете выбрать и более подходящий.

Обратите внимание на то, что в зависимости от форм-фактора и типа платы Ардуино, точки подключения могут варьироваться. Например, для меги необходимо соединить цепь с 50, 51, 52 и 53 слотом.

В последующие разы вы можете поэкспериментировать с последними пинами на обеих картах, но поначалу лучше выбрать именно те, что указаны выше. Так вы сможете отработать код, избавившись от нежелательных поломок и осечек, что значительно упростит задачу в будущем. Оставшиеся 5 В и GND подсоединяйте к соответствующим портам, здесь никаких особых инструкций нет.

Еще один вариант наглядной схемы:

В конце процедуры необходимо замкнуть CD в заземление, так система не сможет инициализировать карту памяти. Но, в случае необходимости, всегда можно применить резисторы в 10 кОм и вспомогательные порты, однако мы не будем останавливаться на этом пине, так как сейчас он нам не нужен.

Загрузка библиотек и запуск SD card на Arduino

Чтобы подсоединиться к SD карте и свободно передавать на неё данные, потребуется написать немало кода, однако здесь нам поможет встроенная библиотека SD.

Библиотеку по работе с картами памяти можно найти на официальном сайте производителя микроконтроллера: https://www.arduino.cc/en/Reference/SD

Открыв подменю «образцов», найдите заготовку «cardinfo», именно её мы не будем использовать в качестве прописной функции при загрузке информации. Скетч пригодится лишь для проверки, опознаётся ли дополнительная память на устройстве. Проверяйте chipSelect, учитывая, что подключение идёт через 10 пин.

#include     const int chipSelect = 4;    void setup()  {    Serial.begin(9600);  while (!Serial) {  ; // wait for serial port to connect.  }  Serial.print(“Initializing SD card…”);  pinMode(10, OUTPUT);    //iniot SD card  if (!SD.begin(chipSelect))  {  Serial.println(“Card failed, or not present”);  return;  }  Serial.println(“card initialized.”);  }    void loop()  {    String dataString = “”;    // read three sensors and append to the string  for (int analogPin = 0; analogPin < 3; analogPin++)  {  int sensor = analogRead(analogPin);  dataString += String(sensor);  if (analogPin < 2)  {  dataString += “,”;  }  }    // open the file.  File dataFile = SD.open(“data.txt”, FILE_WRITE);    // if the file is available, write to it:  if (dataFile)  {  dataFile.println(dataString);  dataFile.close();  }  // if the file isn’t open  else  {  Serial.println(“error opening data.txt”);  }  }

Если всё прошло удачно, то на экран выведется информация о типе файловой системы и объёме вашей SD-карты. Если же производитель подсунул вам не лучший продукт, могут возникнуть ошибки. Здесь проще купить новую флешку, чем бороться с ошибками файловой системы, изначально заложенными в девайс.

Когда вы получите отклик от системы, можете начинать подгружать библиотеки и нужные вам файлы. SD-карта полностью работает и подключена, однако не забудьте протестировать несколько типов файловых систем, дабы подобрать оптимальный вариант по скорости и потреблению ресурсов. В каждом конкретном случае эти параметры будут разными, поэтому не бойтесь экспериментировать.

Заключение

SD-карта – необходимый элемент любой системы, в которой вы собираетесь использовать медиафайлы. Это будет хорошим решением как для приборов под «умный дом», так и для самодельных плееров. Однако не забывайте, что качество конечного продукта приравнивается к качеству его худшего компонента, и не стоит экономить на SD-картах.

SD и microSD карты могут существенно расширить возможности проектов ардуино, работающих с большими объемами данных: регистраторов данных, метеостанций, систем умного дома. Платы arduino оснащены сравнительно небольшой внутренней памятью, всего до 4 килобайт, включая и флэш-память, и EEPROM. Этой памяти не хватит для записи больших объемов данных, тем более, если плата будет постоянно выключаться или выключаться. Подключение SD карты ардуино в качестве внешнего накопителя позволяет многократно увеличить место для хранения любой информации. Съемные накопители SD стоят дешево, легко подключаются и удобны в использовании. О правильном подключении SD карты к Arduino и пойдет речь в статье.

Описание модуля для SD карты памяти

Работа с памятью SD в ардуино не представляет особых трудностей. Самым простым способом является подключение готового модуля и использование стандартной библиотеки. С этого варианта мы и начнем.

Использование готового модуля обладает различными преимуществами. Это довольно простое и удобное средство для работы с большим объемом данных. Он не требует особых навыков в подключении, все разъемы подписаны прямо на плате. За удобство приходится платить, но стоимость модуля относительно не велика, его легко можно найти по доступным ценам в российских и зарубежных интернет-магазинах.

Универсальный модуль представляет собой обыкновенную плату, на которой помещены слот для карты, резисторы и регулятор напряжений. Он обладает следующими техническими характеристиками:

• Диапазон рабочих напряжений 4,5-5 В;
• Поддержка SD карты до 2 Гб;
• Ток 80 мА;
• Файловая система FAT 16.

Модуль SD-карты реализует такие функции как хранение, чтение и запись информации на карту, которая требуется для нормального функционирования прибора на базе микроконтроллера.

Естественно, у недорогих модулей карт памяти есть и недостатки. Например, самые дешевые и распространенные модели поддерживают только карты до 4Гб и почти все модули позволяют хранить на SD карте файлы объемом до двух гигабайт – это ограничение используемой в большинстве моделей файловой системы FAT.

Еще одним недостатком карт памяти является относительно долгое время записи, однако существуют пути работы с ней, позволяющие увеличить ее скорость работы. Для этого используется механизм кэширования, когда данные сначала копятся в оперативной памяти, а потом сбрасываются за раз на карту памяти.

Платы Arduino для работы с SD

Для работы с SD card существует несколько различных плат:

• Arduino Ethernet – эта  плата оснащена специальным модулем для вывода данных. Для выхода CS используется контакт 4. Для правильной работы нужно применять команду SD.begin(4).
• Adafruit Micro-SD – это отладочная плата, которая используется при работе с Micro-SD картами.
• Sparkfun SD – закрепляется сверху Ардуино, для выхода CS использует 8 контакт. В новой версии платы есть соединение с 3.3 В и встроен шестиразрядный инвертор.

Подключение SD и microSD к ардуино

Существует два вида карт – microSD и SD. Они одинаковы по подключению, структуре и программе, различаются же только размером. Перед работой советуется отформатировать карту SD. Обычно новые карты уже отформатированы и готовы к работе, но если используется старая карта, то лучше провести форматирование в файловой системе Arduino. Для проведения процедуры на компьютере должна быть установлена библиотека SD, желательно FAT16. Для форматирования на Windows нужно щелкнуть на иконке карты и нажать “Format”.

Для подключения карты используется 6 контактов, взаимодействие производится по интерфейсу SPI. Она выглядит на плате как разъем на лицевой поверхности с шестью штырями. Чтобы подключить карту, нужны сам контроллер, модуль карты и 6 проводов. Помимо SPI существует режим SDIO, но он сложен в реализации и слабо совместим с Ардуино. SPI легко налаживается для работы со всеми микроконтроллерами, поэтому советуется использовать именно его.

Подключение цифровых выводов производится так: для платы  Arduino Nano или Uno контакт MOSI подключается к D11, MISO к D12,SCK к D13, CS к 4, VCC на +5 В,.GND к GND. На плате имеются разъемы для подключения к 3,3 и 5 вольтам. Питание самой карты составляет 3,3 вольт, поэтому проще применять микроконтроллер с таким же питанием, в ином случае нужен преобразователей уровней напряжения. На самых распространенных платах ардуино такой выход есть.

При подключении SD карты нужно учитывать соответствие SPI контактов для разных тип плат Arduino:

Библиотека ардуино для работы с SD и microSD

Для удобства работы с внешними накопителями данных в среде Arduino IDE доступны уже готовые библиотеки. Ничего дополнительно скачивать или устанавливать в большинстве случаев не понадобится.

Для подключения библиотеки в скетче нужно использовать инструкцию include:

    #include   #include <sd><>

Библиотека SPI нужна для правильной работы устройств, подключаемых по SPI.

Библиотечные функции нужно для считывания и записи данных на карту. Библиотека может поддерживать SD и SDHC карты.

Имена записываются в формате 8.3, то есть 8 знаков для названия, 3 для расширения. Путь к файлу записывается с помощью слэшей «/».

Встроенные примеры библиотеки SD

В Arduino IDE встроены готовые примеры для быстрого изучение функций бибилотеки:

• Card Info – это извлечение информации, хранящейся в SD карте. С ее помощью можно узнать, в какую файловую систему отформатирована карта, наличие свободного места, какие данные записаны.
• Yun Datalogger – позволяет записывать лог-данные с трех сенсоров на карту.
• Datalogger – регистрирует и созраняет данные, полученные с датчика на карту.
• Dump File – считывание данные с карты, передает их в серийный порт.
• Files – создает и удаляет данные. Существует функция file.write(), которая помещает записанные данные в буфер. Перемещение информации на карту происходит при вызове функций flush() или close(), поэтому важно закрывать его после каждого открытия файла, иначе данные будут потеряны.
• Read Write – записывает и считывает файлы с карты.

Функции библиотеки SD

Ардуино-библиотека SD содержит различные функции, с помощью которыми можно управлять данными. Функции класса SD:

• begin() – функция инициализирует библиотеку, присваивает контакт для сигнала.
• exists() – призвана проверить, имеется ли на карте необходимая информация.
• mkdir() – позволяет создать нужную папку на карте памяти.
• rmdir() – с помощью этой функции можно удалить папку. Важно, чтобы удаляемая папка была пустой.
• open() – позволяет открыть файл, который нужен для записи или чтения. Если нужный файл отсутствует на карте, то он будет создан.
• remove() – удаляет любой файл.

В ответ на все эти функции должно прийти одно из значений – true, в случае удачного завершения операции и false при неудаче.

Создание, редактирование и удаление файлов.

Для работы с файлами в ардуино существует класс File. В него входят функции, которые предназначены для записи и чтения информации с карты:

• available() – проверяет наличие в файле байт, которые доступны для чтения. В ответ приходит количество места, которое доступно для чтения.
• close() – закрывает файл, перед эти проверяет, сохранены ли данные на карту.
• flush() – функция позволяет убедиться, что данные записаны на карту.
• name() – возвращает указатель на имя.
• peek() – считывает байты данных, при этом не перемещает указатель на следующий символ.
• position() – находит текущее положение указателя в файле.
• print() – выводит данные в отдельный файл.
• println() – печатает данные в файл до места, где появляется символ перевода каретки и пустая строка.
• seek() – меняет положение текущей позиции в файле.
• size() – выводит информацию о размере данных.
• read() – считывает информацию.
• write() – производит запись в файл.
• isDirectory() – с помощью этого метода происходит проверка, является ли файл директорией, то есть каталогом или папкой.
• openNextFile() – выводит имя последующего файла.
• rewindDirectory() – возвращает к первому файлу в директории.

Для корректной работы платы нужно проследить, чтобы был сконфигурирован SS выход.

Скетч примера работы с SD библиотекой ардуино

Ниже приведен скетч, демонстрирующий пример работы с модулем карты памяти.

  /*   Регистратор данных с использованием SD карт     Пример сохранения данных с аналоговых портов на SD карте.   Данные будут сохраняться в файле в виде набора строк с разделителем полей в виде символа ","     Схема подключения:   * Аналоговые сенсоры подключаются к аналоговым пинам   * Модуль SD карты подключен в SPI по стандартной схеме:   ** MOSI - пин 11   ** MISO - пин12   ** CLK - пин 13   ** CS - pin 4   */    #include   #include <sd>    coint PIN_CHIP_SELECT = 4;    void setup() {    Serial.begin(9600);    Serial.print("Initializing SD card...");   // Этот пин обязательно должен быть определен как OUTPUT    pinMode(10, OUTPUT);      // Пытаемся проинициализировать модуль    if (!SD.begin(PIN_CHIP_SELECT)) {      Serial.println("Card failed, or not present");      // Если что-то пошло не так, завершаем работу:      return;    }    Serial.println("card initialized.");  }    void loop() {    // Строка с данными, которые мы поместим в файл:    String logStringData = "";      // Считываем данные с портов и записываем в строку    for (int i = 0; i < 5; i++) {      int sensor = analogRead(i);      logStringData += String(sensor);      if (i < 4) {        logStringData += ",";      }    }      // Открываем файл, но помним, что одновременно можно работать только с одним файлом.    // Если файла с таким именем не будет, ардуино создаст его.    File dataFile = SD.open("datalog.csv", FILE_WRITE);      // Если все хорошо, то записываем строку:    if (dataFile) {      dataFile.println(logStringData);      dataFile.close();      // Публикуем в мониторе порта для отладки      Serial.println(logStringData);    }    else {    // Сообщаем об ошибке, если все плохо      Serial.println("error opening datalog.csv");    }  }  </sd>

Создание файла и выбор названия для arduino SD card

Создание файла – одна из самых распространенных задач, возникающих при работе с SD картами в ардуино. Как мы убедились в предыдущем скетче, для создания файла достаточно просто открыт его. Если мы захотим проверить, есть ли такой файл, можно использовать функцию exists():

• SD.exists(“datalog.csv”);

Функция возвращает TRUE, если файл существует.

        char filename[] = "datalog00.CSV"; // Первоначальное название    for (uint8_t i = 0; i < 100; i++) {      filename[6] = i / 10 + '0';      filename[7] = i % 10 + '0';        if (! SD.exists(filename)) { // Проверяем наличие        logfile = SD.open(filename, FILE_WRITE);        break;  // Дальше продолжать смысла нет      }    }  

Заключение

Как мы с вами убедились, подключить SD карту памяти к Ардуино и использовать ее в проекте не очень сложно. Для этого есть готовые библиотеки в Arduino IDE и самые разнообразные варианты модулей.  Приобрести карту памяти можно в любом магазине электроники, они стоят недорого, при этом позволяют существенно расширить потенциал платы Ардуино. С использованием карт памяти можно собирать и сохранять для последующего анализа большие объемы данных. С помощью нашей статьи мы сможете наделить памятью свои исследовательские проекты, создать системы голосового оповещения для умного дома, создать простой wav-проигрыватель и многое другое.

</sd></pre>Используемые источники:

• https://arduinoplus.ru/podkluchaem-sd-kartu-k-nashemu-arduino/
• https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/podklyuchenie-sd-karty-k-arduino/