ArduinoでmicroSDカードを使う

　Arduinoをデータロガーとして使う為にマイクロSD（TF）カードモジュールを入手しました。

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SDカードモジュール

　AliExpress（FYD Open Source Hardware）で$0.41、送料無料でしたのでつい買ってしまいました。 ‘20.4/7に注文、4/10に発送され4/27に到着しました。

　購入したのはSDカードスロットと電圧をArduinoの5VからSDカードの3.3Vに変換してくれる（はずの）回路が搭載されているモジュールです。

　作りはお値段相当ということで、基板の側面から繊維が飛び出しています。

　見た感じ同じようなモジュールがAmazon や楽天、AliExpress の他のショップにも売っていて、シルクが少し違うけど乗っているチップは同じに見える。何か違いがあるのだろうか？

配線

　インターフェイスはSPIでArduino UNOとの接続は以下のようになります。

Arduino UNO ピン	SD モジュール
13	SCK
12	MISO
11	MOSI
4	CS
5V	VCC
GND	GND

CS（チップセレクト）

　CSはArduinoのリファレンスではピン10と記載されていましたが、その通り接続しても動きませんでした。サンプルコードに” const int chipSelect = 4; ”又は”SD.begin(4)”とあったのでピン4につなぐと正常に動きました。

　CSの線をUNOの空いているピン0～10に順番につないで、サンプルコードの”chipSelect”の値を合わせて書き換えて動作させると、ピン0,1 では動作せず、ピン2～10で正常に動作しました。

　ピン0,1はシリアル通信で使われているので、シリアルモニタを使っていると使えません。

　サンプルコードからシリアル通信のコードを削除して確認すると、ピン0,1でも正常に動作しました。

micro SD

micro SDカードの準備

　micro SDカードはFAT16かFAT32でフォーマットされている必要があります。micro SDHCも使用可能ですがmicro SDXCは使えないとのことです。

　手元にあった2GBのmicro SDカードをFAT16で、16GBのmicro SDHC カードをFAT32でそれぞれPCでフォーマットしました。 SDXC は持っていなかったので試していません。

スケッチ

サンプルスケッチ

　SDカードの読み書きに関するサンプルスケッチがArduino IDE には入っています。『ファイル』 ⇒ 『スケッチ例』 ⇒ 『SD』 ⇒ 『CardInfo』を開きます。

　配線して、スロットにフォーマットしたmicro SD カードを入れたArduino とPC をUSB ケーブルで接続して、シリアルモニタを立ち上げておきます。

　スケッチを書きこみ正常にSDカードを読み込めると、カードの情報がシリアルモニタに表示されます。 micro SD カード、micro SDHC カード、どちらとも正常に認識されました。

　試しにmicro SDHC カードをNTFS でフォーマットしてみるとエラーとなりました。

データの書き込み及び読み出し

　データの書き込みと読み出し方法はサンプルスケッチの”ReadWrite”を参考にします。 Arduino IDE の『ファイル』 ⇒ 『スケッチ例』 ⇒ 『SD』 ⇒ 『ReadWrite』にあります。

準備

#include <SPI.h>
#include <SD.h>

File myFile;

　まず、SIP通信を行う<SPI.h>とSDカードの読み書きを行う<SD.h>の二つのライブラリを読み込みます。この二つのライブラリはArduino IDE に標準で入っています。

　続いて”File”クラスのインスタンスを”myFile”という名前で宣言します。

書き込み

void setup() {
  if (!SD.begin(4)) {
    while (1);
  }

  myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE);

  if (myFile) {
    myFile.println("testing 1, 2, 3.");
    myFile.close();
  }
}

　サンプルスケッチ”ReadWrite”の”setup”関数からSD の書き込みに関するコードのみ抜き出しました。

　＊理解しやすいように必要な部分のみ抜き出しましたが、エラートラップ等がないので、このまま使うと不具合が生じたときに原因究明が困難になります。実際にはサンプルスケッチを参考にエラートラップを入れるべきです。

　2行目の”SD.begin(4)”でライブラリを初期化します。カッコ内の数値がCS（チップセレクト）のピン番号になります。

　3行目では、正常に初期化できなかったらArduinoの電源が切れるかリセットされるまで無限ループし、先のコードを実行しません。カードが入っていなかったり、正常にフォーマットされていなかったり、Arduino のピンとモジュールとの接続に問題がある場合に初期化失敗します。

　6行目で”test.txt”というファイルを書き込み読み出しモードで開きます（二つ目のパラメーターで”FILE_WRITE”を記述すると書き込み読み出しモードになる）。ファイルが無ければ新しく作られます。開いた状態で”myFile”オブジェクトに格納します。ファイルを開くのに失敗すると”myFile”には”false”が格納されます。

　ファイル名半角8文字、拡張子半角3文字の8.3形式のファイル名で、アルファベットは大文字になります。

　8行目で”myFile”が”false”でないか（ファイルがちゃんと開けたか）確認し、ファイルが開けていたら9行目で”testing 1, 2, 3.”というテキストを書き込み改行します。ファイル内に既に書き込まれていた内容があった場合、最後に追加して書き込まれます。そして10行目でファイルを閉じます。

void loop() {
}

　このコードでは書き込みは1回のみなので”loop”関数には何も書きません。

読み出し

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
  }

  if (!SD.begin(4)) {
    while (1);
  }
  myFile = SD.open("test.txt");
  if (myFile) {
    while (myFile.available()) {
      Serial.write(myFile.read());
    }
    myFile.close();
  } 
}

　サンプルスケッチ”ReadWrite”の”setup”関数からSD からの読み出しに関するコードのみ抜き出しました。

　読み込んだファイルの内容をシリアルモニタに表示したいので、2～4行目でシリアル通信の準備をします。

　6行目の”SD.begin(4)”でライブラリを初期化します。カッコ内の数値がCS（チップセレクト）のピン番号になります。

　7行目は、正常に初期化できなかったらArduinoの電源が切れるかリセットされるまで無限ループし、先のコードを実行しません

　9行目で”test.txt”というファイルを書き込みモードで開きます（二つ目のパラメーターを省略するとデフォルトで読み出しモードで開く。明示的に”FILE_READ”と記述しても良い。）。開いた状態で”myFile”オブジェクトに格納します。ファイルが存在しなければ開けません。ファイルを開くのに失敗すると”myFile”には”false”が格納されます。

　10行目で”myFile”が”false”でないか（ファイルがちゃんと開けたか）確認します。

　ファイルが開けていたら11行目フィアルに内容があるか確認し、内容があれば12行目でファイルの内容を1バイト読み出し、シリアルモニタに表示します。

　ファイルの内容の読み出しは、ファイルの最初から1バイトずつ読み出し、ファイルの最後になると”myFile.available()”が”false”を返してループを抜け、14行目でファイルを閉じて終了します。

　 ”loop”関数には何も書きません。