模組介紹 : faya SD卡模組

學習目標 : 認識faya SD卡模組的功能及使用方式
學習時間 : 35mins
示範模組 : (1) faya brickNano
                   (2) faya SD卡模組


====================功能介紹====================
faya SD卡模組透過SPI接線，從Arduino的函式下指令，就能讀取讀取SD卡資料，也能建立檔案並將資料記錄在檔案裡。

faya SD卡模組的右邊有八個埠，分別是CS、MOSI、SCLK、MISO、DAT1、DAT2、DETECT、PROTECT，其中CS、MOSI、SCLK、MISO是SPI通訊協定，用來和Arduion互相溝通。

在Arduino brickNano中SPI通訊有固定的腳位，如下所示:

SD卡模組             Arduino brickNano
CS                ==>              D10
MOSI           ==>              D11
MISO           ==>              D12
SCLK           ==>              D13

====================原理知識====================

以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:

上圖為SD卡的腳位定義，SD卡支援兩種匯流排方式：SD方式與SPI方式。其中SD方式採用6線制進行資料通信，其特點是資料位元數寬（4位元）、速度快。SPI方式採用4線制進行資料通信，其特點是速度要比SD方式慢，但匯流排簡單、不需要進行CRC校驗，比較適合單晶片採用這種方式對SD卡進行讀寫操作。

SD卡只能使用3.3V 的IO電壓，所以MCU一定要能夠支援3.3V的IO埠輸出。 注意：在SPI模式下，CS/MOSI/MISO/CLK 都需要加10~100K 左右的提升電阻。 SD 卡要進入SPI 模式很簡單，CS 為（低電壓）則SPI 模式被啟用。

電路圖如下所示:

====================範例實作(一)====================

了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:

(1)使用Serial Monitor，查看SD卡的規格以及所儲存的檔案資訊

接線:

(1) 電源線連接如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版

(2) 訊號線連接

                   Arduino_D10 ===> SD卡模組_CS               
                   Arduino_D11 ===> SD卡模組_MOSI

                   Arduino_D12 ===> SD卡模組_MISO
                   Arduino_D13 ===> SD卡模組_SCLK
                  *注意D12和D13並未按照順序

範例程式:

	// 2018/06/08
	// Faya-Nugget 範例程式 (SDCard_1.ino)
	// 單元: 模組介紹-faya SD卡模組
	// 網址: https://fayalab.blogspot.com/2018/06/sdcard.html
	// 目標: (1)在Serial Monitor端觀看SD卡裡的資料
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// D10 ==> CS (SD卡模組)
	// D11 ==> MOSI (SD卡模組)
	// D12 ==> MISO (SD卡模組)
	// D13 ==> SCLK (SD卡模組)
	// 匯入SD卡 所需library
	#include <SPI.h>
	#include <SD.h>
	// set up variables using the SD utility library functions: 定義類別
	Sd2Card card;
	SdVolume volume;
	SdFile root;
	const int chipSelect = 10; //定義CS腳位
	void setup() {
	// 開啟串列通訊，9600 baud rate
	Serial.begin(9600);
	while (!Serial) {
	; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
	}
	Serial.print("\nInitializing SD card...");
	// we'll use the initialization code from the utility libraries
	// since we're just testing if the card is working!
	if (!card.init(SPI_HALF_SPEED, chipSelect)) {
	Serial.println("initialization failed. Things to check:");
	Serial.println("* is a card inserted?");
	Serial.println("* is your wiring correct?");
	Serial.println("* did you change the chipSelect pin to match your shield or module?");
	return;
	} else {
	Serial.println("Wiring is correct and a card is present.");
	}
	// print the type of card
	Serial.print("\nCard type: ");
	switch (card.type()) {
	case SD_CARD_TYPE_SD1:
	Serial.println("SD1");
	break;
	case SD_CARD_TYPE_SD2:
	Serial.println("SD2");
	break;
	case SD_CARD_TYPE_SDHC:
	Serial.println("SDHC");
	break;
	default:
	Serial.println("Unknown");
	}
	// Now we will try to open the 'volume'/'partition' - it should be FAT16 or FAT32
	if (!volume.init(card)) {
	Serial.println("Could not find FAT16/FAT32 partition.\nMake sure you've formatted the card");
	return;
	}
	// print the type and size of the first FAT-type volume
	uint32_t volumesize;
	Serial.print("\nVolume type is FAT");
	Serial.println(volume.fatType(), DEC);
	Serial.println();
	volumesize = volume.blocksPerCluster(); // clusters are collections of blocks
	volumesize *= volume.clusterCount(); // we'll have a lot of clusters
	volumesize *= 512; // SD card blocks are always 512 bytes
	Serial.print("Volume size (bytes): ");
	Serial.println(volumesize);
	Serial.print("Volume size (Kbytes): ");
	volumesize /= 1024;
	Serial.println(volumesize);
	Serial.print("Volume size (Mbytes): ");
	volumesize /= 1024;
	Serial.println(volumesize);
	Serial.println("\nFiles found on the card (name, date and size in bytes): ");
	root.openRoot(volume);
	// list all files in the card with date and size
	// 顯示檔案日期和大小
	root.ls(LS_R | LS_DATE | LS_SIZE);
	}
	void loop(void) {
	}

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備註:
- 此範例程式直接使用Arduino IDE的SD卡範例程式 (CardInfo.ino)，通常讀取記憶卡和檔案資訊的程式格式都一致的，我們只要把修改硬體腳位即可。

範例結果:

插入SD卡，下載程式後，開啟Serial Monitor，SD卡和檔案資訊會顯示在視窗中，如下所示。

====================範例實作(二)====================

目標:

(1)利用Arduino在SD卡裡建立檔案(test.txt)並儲存

接線:

和範例實作(一)的接法相同

範例程式:

	// 2018/06/08
	// Faya-Nugget 範例程式 (SDCard_2.ino)
	// 單元: 模組介紹-faya SD卡模組
	// 網址: https://fayalab.blogspot.com/2018/06/sdcard.html
	// 目標: (1)在SD卡裡建立TXT檔案並寫入
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// D10 ==> CS (SD卡模組)
	// D11 ==> MOSI (SD卡模組)
	// D12 ==> MISO (SD卡模組)
	// D13 ==> SCLK (SD卡模組)
	// 匯入SD卡 所需library
	#include <SPI.h>
	#include <SD.h>
	File myFile;
	void setup() {
	// Open serial communications and wait for port to open:
	Serial.begin(9600);
	while (!Serial) {
	; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
	}
	Serial.print("Initializing SD card...");
	if (!SD.begin(10)) {
	Serial.println("initialization failed!");
	return;
	}
	Serial.println("initialization done.");
	// open the file. note that only one file can be open at a time,
	// so you have to close this one before opening another.
	myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE);
	// if the file opened okay, write to it:
	if (myFile) {
	delay(1000);
	Serial.print("Writing to test.txt...");
	myFile.println("Hello Fayalab");
	myFile.println("testing 1, 2, 3.");
	// close the file:
	myFile.close();
	Serial.println("done.");
	} else {
	// if the file didn't open, print an error:
	Serial.println("error opening test.txt");
	}
	}
	void loop() {
	// nothing happens after setup
	}

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備註:
- 此範例程式直接使用Arduino IDE的SD卡範例程式 (Files.ino)，會在SD卡內建立一個檔案[test.txt]，並且在裡面寫入內容。
- L41: 寫入 [Hello Fayalab ]
- L42: 寫入 [testing 1, 2, 3. ]

範例結果:

打開Serial Monitor，MCU會建立檔案[text.txt]在SD卡中

將SD卡插入電腦讀卡機，用電腦記事本開啟檔案，可看到剛剛在程式裡建立的內容。

討論:

• SD卡模組通常都會搭配數種模組做搭配以利做為紀錄用，當成一個小型紀錄器，該模組是必不可缺的模組，只是看使用者如何搭配與運用，這模組有多種可能性就等著你去實現它。

• 使用者可以在Arduino的介面上選檔案>範例>SD裡都有許多參考範例可以用讓SD卡使用更廣。

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