Модуль SD карты и Arduino.
Если в вашем проекте необходимо обеспечить загрузку аудио, видео, графики, записи любых данных, возникает вопрос внешней памяти. В большинстве микроконтроллеров встроенная память очень ограничена. Например, даже чип на Arduino Mega (Atmega2560) предоставляет всего лишь 4 Кбайта EEPROM для хранения данных. Конечно, флеш памяти побольше - 256 кбайт, но при ее использовании возникают проблемы с записью. Самое банальное - можно нечаянно перезаписать саму программу, загруженную на плату.
При загрузке графических или музыкальных файлов вам наверняка понадобится минимум 1 мегабайт хранилища. А если загружается больше информации? В этом случае можно использовать те же средства, что и в современных видеокамерах, сматфонах, mp3 плеерах: карта памяти! Карты памяти часто называют SD или microSD картами и они позволяют хранить гигабайты информации. Продаются карты памяти в любом магазине электроники, так что проблем с покупкой не будет. Кроме того, на большинстве компьютеров есть кард-ридеры, так что с передачей полученной информации проблем не будет.
Что необходимо знать при использовании SD карт с Arduino
Первое. Карты рассчитаны на 3.3 В. При записи данных сила тока может достигать больших значений: до 100 мА и даже больше! Это говорит о том, что надо обеспечить качественное питание 3.3 В для карты. Кроме того, надо иметь источник питания 3.3 В для питания логики. SD карты очень чувствительны - использование резисторов и длинных проводников при подключении приводят к значительному падению скорости передачи данных. Так что используйте максимально короткие коннекторы и избегайте резисторов в цепи питания логики. Вместо этого можно использовать преобразователи уровня на базе чипов HEF4050, 74LVX245 или 74AHC125.
Второе. Есть два режима: SPI и SDIO. SDIO отрабатывает быстрее, но реализовать его при работе с Arduino сложно. SPI режим гораздо проще наладить при работе с любым микроконтроллером. Для подключения в режиме SPI понадобится всего четыре пина (более детально мы рассмотрим этот вопрос дальше).
SD карты выпускаются в двух форм-факторах: microSD и SD. Подключение, программа, структура и т.п. Для них одинакова. Единственное отличие - размер. Micro SD карты значительно меньше по габаритам.
Третье. SD карты представляют из себя чип с отдельными секторами. То есть, определенной структуры, которую вы обязаны использовать нет. Это значит, что карту можно отформатировать под файловую систему Linux, GFAT (DOS) или Mac. На ней вообще может отсутствовать файловая система! При этом 99% компьютеров, камер, MP-3 плееров, GPS-навигаторов для использования требуют формат файловой системы FAT16 или FAT32. Загвоздка заключается в том, что в микроконтроллерах вроде Arduino выделяется относительно большой процент памяти при работе со сложными файловыми системами.
Форматирование SD карты
В принципе, вы можете использовать SD карту без файловой системы, но это не очень удобно. Для работы с Arduino лучше использовать формат FAT16 или FAT32. В основном это связано с наличием соответствующих библиотек. Некоторые поддерживают один формат, некоторые - другой. Библиотека Arduino SD поддерживает оба формата.
При покупке новой SE карты высока вероятность, что она уже будет форматирована под файловую систему FAT. Проблемы все равно могут появиться. Неизвестно, как именно ее форматировал производитель. Если карта старая, ее желательно тоже проверить. Библиотека Arduino SD, которую мы будем использовать поддерживает оба формата: FAT16 и FAT32. Если у вас небольшая карта, например, 8-32 мегабайта, она может быть форматирована под FAT12, которая не поддерживается. Придется ее форматнуть под 16 или 32. В общем, рекомендуем в любом случае отформатировать карту перед ее использованием.
Для форматирования можно использовать например эту программу: SD Card Formatter
На странице загрузки есть инструкция по использованию программы. Проблем у вас возникнуть не должно.
Подключение модуля SD-card к Arduino
После предварительной подготовки SD карты, можем приступить к подключению платы расширения microSD и Arduino. Плата расширения значительно облегчает подключение. На ней установлен регулятор, который преобразовывает напряжение 3.3 - 6 В в 3.3 В (I2C). Есть регулятор уровня, который преобразует питание логики из 3.3-5 В в 3.3 В. Это значит, что плату расширения можно использовать с микроконтроллерами 3.3 В и 5 В.
В нашем примере использован микроконтроллер Arduino. Если вы используете другой микроконтроллер, схема подключения и код могут отличаться.
Лучше всего подключать SD карту к пинам hardware SPI, потому-что при ее использовании происходит передача большого количества данных. На "классических платах Arduino (Duemilanove/Diecimila/Uno) это цифровой пин 13 (SCK), 12 (MISO) и 11 (MOSI). Вам также понадобится четвертый пин для цепи 'chip/slave select' (SS). Традиционно используют 10 пин, но можно и другой. Обратите внимание, что если у вас плата Arduino Mega, пины будут отличаться! В этом случае используйте 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK) и 53 (SS) для цепи CS. Опять таки, вы можете изменить пин SS (10 или 53). Но для первого раза рекомендуем подключать именно так для корректной отработки кода, который будет приведен ниже.
- Подключите пин 5V к пину 5V на Arduino
- Подключите пин GND к пину GND на Arduino
- Подключите Пин CLK к пину 13 или 52
- Подключите DO к пину 12 или 50
- Подключите DI к пину 11 или 51
- Подключите CS к пину 10 или 53
Есть еще один коннектор - CD - это пин для инициализации SD карты. Он замыкается на землю, когда карта установлена. Если вы хотите его задействовать, подключите подтягивающий резистор (около 10 кОм) и дальше к другому пину. В данном примере рассматривать эту опцию мы не будем.
