Pinout MicroSD — układ pinów i połączenie z Arduino

Karty MicroSD należą do najpopularniejszych nośników danych stosowanych we współczesnych urządzeniach elektronicznych.

Wraz ze wzrostem ilości przechowywanych informacji rośnie zapotrzebowanie na niewielkie i wygodne pamięci masowe, dlatego format Micro Secure Digital zdobył tak dużą popularność.

Niewielkie wymiary, mała masa i duża pojemność sprawiają, że karty MicroSD doskonale pasują do smartfonów, laptopów i wielu innych urządzeń.

W artykule omawiamy typy kart MicroSD, ich zalety i ograniczenia, a także podpowiadamy, jak wybrać odpowiedni model i połączyć go z Arduino.

Konfiguracja pinów MicroSD

Poniższa tabela przedstawia konfigurację pinów karty Micro Secure Digital.

Układ pinów karty MicroSD

Źródło: Wikimedia Commons

Najważniejsze cechy i parametry karty MicroSD:

Pojemność pamięci: 4GB, 8GB, 16GB, 32GB, 64GB itd.

Wymiary: 11×11×15 mm

Klasa prędkości: od klasy 2 do klasy 10

Napięcie robocze: 2.7V- 3.3V

Prędkość transferu: średnio 95 MB na sekundę

Obsługiwane systemy pamięci masowej: FAT12, FAT16

Standard karty: SDHC/SD/SDXC

Rodzaje kart MicroSD

Wyróżnia się cztery kategorie kart MicroSD. Mają one zbliżony interfejs fizyczny, lecz różnią się obsługiwaną pojemnością:

1. Karta MicroSDHC (Secure Digital High Capacity)

2. Karta MicroSDXC (Secure Digital Extended Capacity)

3. Karta MicroSDUC

4. Karta MicroSD (Secure Digital)

Zalety i wady kart MicroSD

Zalety

łatwy dostęp do danych na komputerach osobistych,

przenośność i możliwość wymiany,

odciążenie pamięci wewnętrznej telefonu,

niewielki pobór energii,

łatwa rozbudowa przestrzeni na dane,

nieulotny charakter pamięci.

Wady

ograniczona liczba cykli zapisu i ponownego zapisu,

niższa wydajność niż pamięci wewnętrznej urządzenia,

brak dostępu do aplikacji zapisanych na karcie po jej wyjęciu,

ryzyko pogorszenia wydajności telefonu przez kartę niskiej jakości,

podatność na uszkodzenia mechaniczne.

Jak wybrać kartę MicroSD?

Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów kart pamięci.

Przy wyborze odpowiedniej karty MicroSD należy uwzględnić następujące czynniki:

format fizyczny i pojemność,

prędkość karty, zależną między innymi od sygnału zegarowego,

zgodność z urządzeniem,

planowane zastosowanie.

Warto również upewnić się, że urządzenie ma odpowiednie gniazdo, ponieważ nie każdy sprzęt obsługuje karty pamięci.

Gniazdo karty pamięci i gniazdo USB 

Połączenie modułu karty MicroSD z Arduino

Przygotowanie karty Micro Secure Digital

Przed umieszczeniem karty MicroSD w module i połączeniem go z Arduino należy ją sformatować.

W zależności od biblioteki używanej w Arduino IDE karta powinna mieć system plików FAT32 lub FAT16.

System FAT 16 lub FAT 32 zwykle lepiej współpracuje z kartami przeznaczonymi do urządzeń konsumenckich niż z nośnikami przemysłowymi.

Nowa karta MicroSD jest zazwyczaj fabrycznie sformatowana w systemie FAT.

Fabryczny sposób formatowania może jednak powodować problemy w konkretnym projekcie.

Starszą, wcześniej używaną kartę również należy przygotować od nowa. W praktyce najlepiej sformatować każdą kartę MicroSD przed rozpoczęciem pracy z Arduino.

Producenci zalecają narzędzie SD Memory Card Formatter udostępniane przez SD Association. Pomaga ono uniknąć wielu problemów wynikających z nieprawidłowego formatowania.

Pobierz i zainstaluj program, wybierz właściwy dysk, a następnie kliknij przycisk FORMAT.

Formatowanie karty MicroSD w programie SD Formatter

Łączenie modułu karty MicroSD z Arduino

Po przygotowaniu karty MicroSD można podłączyć moduł rozszerzeń.

Najpierw umieść moduł karty MicroSD na płytce prototypowej. Następnie połącz pin VCC modułu z 5V Arduino, a pin GND z zaciskiem GND. Pozostałe wyprowadzenia posłużą do komunikacji SPI.

Karty MicroSD przesyłają duże ilości danych, dlatego najlepiej podłączyć je do sprzętowych pinów SPI mikrokontrolera. Taki interfejs jest szybszy i wydajniejszy od implementacji programowej.

Poszczególne płytki Arduino wykorzystują różne piny SPI, dlatego sposób połączenia zależy od konkretnego modelu.

Arduino

W Arduino Uno i Nano sprzętowe piny SPI to: cyfrowy 13(SCK), 12(MISO) i 11(MOSI). Potrzebne jest również czwarte wyprowadzenie dla linii SS (Slave Select), najczęściej pin 10. Do funkcji SS można jednak wybrać także inny pin cyfrowy.

Poniższa tabela ułatwia prawidłowe połączenie pinów modułu MicroSD z Arduino.

W przypadku Arduino Mega należy użyć pinów cyfrowych 50(MISO), 51(MOSI), 52(SCK) oraz 53(SS).

Poniższa tabela przedstawia przypisanie pinów cyfrowych w różnych płytkach Arduino.

Kod Arduino

Po podłączeniu modułu MicroSD do Arduino można wgrać program.

Przykładowy program znajduje się w bibliotece Arduino IDE. Wybierz kolejno File, Examples, SD i CardInfo. Szkic z informacjami o karcie otworzy się w bieżącym oknie.

Następnie ustaw numer pinu chip select na 10. Wartość ta dotyczy Arduino Uno lub Arduino Nano; w innym układzie wpisz numer faktycznie używanego pinu.

Skompiluj i wgraj kod. Jeśli wszystkie czynności zostały wykonane poprawnie, w monitorze portu szeregowego pojawią się informacje o karcie MicroSD.

Warto pamiętać, że domyślna prędkość odczytu i zapisu kart SD wynosi 12,5Mbps.

Informacje o karcie MicroSD wyświetlone w monitorze portu szeregowego

Jeśli po wgraniu kodu nic się nie pojawia, prawdopodobną przyczyną jest błąd połączenia. Sprawdź ponownie każdy przewód i porównaj układ ze schematem.

Jeśli połączenia są prawidłowe, problem może leżeć po stronie karty MicroSD. W takiej sytuacji program wyświetli komunikat o nieudanej inicjalizacji wraz ze wskazówkami diagnostycznymi.

Komunikat o nieudanej inicjalizacji wraz ze wskazówkami diagnostycznymi

Przy prawidłowym okablowaniu i karcie sformatowanej jako FAT 32 lub FAT16 program powinien wyświetlić parametry nośnika oraz listę zapisanych na nim plików.

Jeśli karta została sformatowana nieprawidłowo albo jest zablokowana, pojawi się poniższy komunikat.

Komunikat wskazujący prawidłowe okablowanie, ale błędny format karty

Po pomyślnej inicjalizacji karty MicroSD można użyć poniższego kodu do zapisywania i odczytywania danych z plików.

Kod Arduino

Kod jest prosty: po uruchomieniu mikrokontrolera najpierw otwiera połączenie szeregowe z prędkością 9600 bodów.

Inicjalizacja karty rozpoczyna się po wpisaniu I lub me w monitorze portu szeregowego. Program następnie informuje, czy operacja zakończyła się powodzeniem.

Jak zaprojektować obwód MicroSD?

Sposób zaprojektowania obwodu ma bezpośredni wpływ na niezawodność całego urządzenia. Poniżej przedstawiamy przykłady, które mogą posłużyć jako punkt wyjścia do budowy układu z kartą MicroSD.

Przykład 1

Schemat połączenia karty SD z interfejsem SDMMC w 4-bitowym trybie transmisji

W tym układzie należy pamiętać, że:

Standardowa karta jest wrażliwa na warunki otoczenia i może zostać uszkodzona przez ładunki elektrostatyczne zgromadzone na ciele człowieka, a następnie uwolnione przy dotknięciu.

Dlatego warto ograniczać zakłócenia promieniowane i przewodzone za pomocą filtrów EMI oraz diod TVS. Pomaga to spełnić wymagania EMC i chroni układ przed wyładowaniami.

Rozkład pinów MicroSD: przykład 2

Układ karty SD pracującej w trybie SPI

Sygnały chip select, MOSI, zegara i MISO należy połączyć zgodnie ze specyfikacją SDA i przedstawionym schematem. Karta SD pracuje w tym przypadku w trybie SPI.

Układ pinów karty MicroSD — ważne uwagi

Niezależnie od tego, czy karta SD pracuje w trybie SPI, czy 4-bitowym, ścieżki przenoszą szybkie sygnały zegarowe i dane.

Aby uniknąć błędów transmisji, należy:

dokładnie przeanalizować czas propagacji i upewnić się, że dane są stabilne przed aktywnym zboczem zegara wyzwalającym odczyt lub zapis,

prowadzić ścieżki nad ciągłą płaszczyzną masy, aby ograniczyć przesłuchy.

Zastosowania kart MicroSD

rejestratory danych,

przenośne odtwarzacze multimedialne,

przechowywanie plików audio,

wyświetlacze graficzne,

urządzenia przenośne.

Podsumowanie

Po przeczytaniu tego artykułu wiesz już, jak połączyć moduł karty MicroSD z Arduino.

Najważniejsze zasady, o których warto pamiętać:

prawidłowo sformatuj kartę MicroSD przed połączeniem jej z Arduino,

połącz odpowiednie piny Arduino i modułu MicroSD,

dokładnie sprawdź okablowanie i usuń wszelkie błędy.

Pierwsza konfiguracja może wymagać kilku prób, ale staranne sprawdzenie formatowania, połączeń i numeru pinu SS zwykle pozwala szybko znaleźć problem. Jeśli masz pytania, skontaktuj się z nami.