Работа с SD картами с помощью микроконтроллера PIC: схема и программа

Карты формата SD (Secure Digital) в настоящее время являются одними из наиболее популярных типов карт, используемых для хранения информации, и находят широкое применение в смартфонах, цифровых камерах и других электронных устройствах. Но, возможно вы не знали, что записывать и считывать информацию с этих карт можно с помощью обычного 8-битного микроконтроллера. В этой статье мы исправим этот недостаток и рассмотрим запись информации на SD карту с помощью микроконтроллера PIC. Для этой цели мы будем подключать к микроконтроллеру PIC модуль работы с SD картами.

Ранее на нашем сайте мы уже рассматривали логгер данных на SD карту на основе платы Arduino, но, к сожалению, на микроконтроллере PIC эти процессы выглядят намного сложнее чем в плате Arduino.

Различные типы SD карт

Карты формата SD (Secure Digital) представляют собой устройства хранения информации с энергонезависимой памятью, разработанные SD Associations (SDA) и предназначенные для применения в портативных устройствах. Всего существует 4 основные разновидности данных карт.

SDSC (Secure Digital Standard Capacity, стандартной емкости)

Наиболее распространенный тип SD карт. Карты этого типа обладают максимальной емкостью 2 Гб и используют файловую систему FAT16. Максимальная скорость передачи информации в этих картах составляет 12,5 Мбит/с.

SDHC (Secure Digital High-Capacity, высокой емкости)

Эти карты обладают максимальной емкостью до 32 Гб и используют файловую систему FAT32. В большинстве случаев данные карты используют скорость передачи данных 12,5 или 25 Мбит/с, но они могут поддерживать скорость до 3938 Мбит/с в зависимости от используемого интерфейса шины (UHS-I, UHS-II, UHS-III, SD-Express).

SDXC (Secure Digital eXtended-Capacity, расширенной емкости)

Эти карты обладают максимальной емкостью до 2 Тб и используют файловые системы FAT32 или exFAT. Скорость передачи данных для этих карт по умолчанию составляет 12,5 или 25 Мбит/с, но они могут поддерживать скорость до 3938 Мбит/с в зависимости от используемого интерфейса шины (UHS-I, UHS-II, UHS-III, SD-Express).

SDUC (Secure Digital Ultra-Capacity)

Эти карты обладают максимальной емкостью до 128 Тб и используют только файловую систему exFAT. Скорость передачи данных для этих карт по умолчанию также составляет 12,5 или 25 Мбит/с, но они могут поддерживать скорость до 3938 Мбит/с в зависимости от используемого интерфейса шины (UHS-I, UHS-II, UHS-III, SD-Express).

SDIO (Secure Digital Input Output)

SDIO – это тип интерфейса для карт формата SD. Он может быть использован в качестве интерфейса ввода или вывода данных.

SD карты также классифицируются с соответствии со скоростью записи на них и физическим размерам.

Основные принципы работы с SD картами

В общем случае SD карта имеет 9 контактов, но только 7 из этих контактов используются для взаимодействия с картой по интерфейсу SPI. Внешний вид SD карты формата MicroSD и модуля для работы с SD картами показан на следующем рисунке.

Стандартная SD карта может работать в 3 режимах:

1. SPI Mode Pin Configuration

2. One-bit SD mode Pin Configuration

3. Four-bit SD Mode Pin Configuration

В данном проекте мы будем взаимодействовать с SD картой по интерфейсу SPI, более подробно об использовании данного интерфейса в микроконтроллерах PIC вы можете прочитать в этой статье. Рабочая частота обмена данными с SD картой в нашем проекте будет составлять от 100 до 400 кГц.

Необходимые компоненты

Микроконтроллер PIC18F46K22 (купить на AliExpress).
Модуль работы с SD картами (с регулятором напряжения 3.3 В и переключателем логических уровней) (купить на AliExpress).
Программатор PICkit 3 (купить на AliExpress).
Кварцевый генератор 20 МГц (купить на AliExpress).
Конденсаторы 33 пФ (2шт.) (купить на AliExpress).
Резисторы 4,7 кОм и 100 Ом (купить на AliExpress).
Резисторы 3,3 кОм (3 шт.) и 2,2 кОм (3 шт.) для понижения уровня напряжения (если будете работать с SD картой напрямую) (купить на AliExpress).
Светодиод (купить на AliExpress).
Кнопка.
Адаптер 12V для питания микроконтроллера PIC и модуля SD карт.
Макетная плата.
Соединительные провода.

Реклама: ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН: 7703380158

Схема проекта

Схема логгера на SD карту на основе микроконтроллера PIC представлена на следующем рисунке.

Для работы с модулем SD карт мы используем микроконтроллер PIC18F46K22, работающий от напряжения 5V, которое является неприемлемым для SD карт. Поскольку SD карты работают с напряжением 3.3v, то мы используем делитель напряжения для понижения напряжения с 5V до 3.3v. В данном делителе напряжения мы используем резисторы 2,2 кОм и 3,3 кОм.

SD Card input voltage = 5v x (3.3k/ (2.2k+3.3k)) = 3v

1	SD Card input voltage = 5v x (3.3k/ (2.2k+3.3k)) = 3v

Внешний вид собранной конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Объяснение программы для микроконтроллера PIC

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

В данном проекте мы будем использовать для работы с модулем SD карт библиотеку Chan’s FatFs Generic FAT File System Module library. Для написания программы для микроконтроллера PIC18F46K22 мы будем использовать Microchip Code Configurator(MCC).

Первым делом в программе подключим используемые библиотеки.

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#include "ff.h"

1 2	#include "mcc_generated_files/mcc.h" #include "ff.h"

Далее объявим две переменные fatFs и file, необходимые для работы с SD картой.

FATFS fatFs;  /* FatFs work area needed for each volume */
FIL file;    /* File object needed for each open file */

1 2	FATFS fatFs; /* FatFs work area needed for each volume / FIL file; / File object needed for each open file */

Затем запрограммируем функцию для мигания светодиода. Периодичность мигания светодиода будет задаваться с помощью Timer0. Число, загружаемое в Timer0, мы подберем таким образом чтобы период мигания светодиода составлял 1 секунду.

void blink_led(){
            IO_RA1_Toggle();
}

void blink_led(){

IO_RA1_Toggle();

}

В основной функции программы main() мы будем вызывать функцию SYSTEM_Initialize() для инициализации периферийных устройств (прерывания, контакты, Timer0, Uart, SPI1). Также в ней мы установим глобальное разрешение прерываний и разрешим прерывания от периферийных устройств.

void main(void)
{
            UINT bw;
            // Initialize the device
            SYSTEM_Initialize();
            // If using interrupts in PIC18 High/Low Priority Mode you need to enable the Global High and Low Interrupts
            // If using interrupts in PIC Mid-Range Compatibility Mode you need to enable the Global and Peripheral Interrupts
            // Use the following macros to:
            // Enable the Global Interrupts
            INTERRUPT_GlobalInterruptEnable();
            // Disable the Global Interrupts
            //INTERRUPT_GlobalInterruptDisable();
            // Enable the Peripheral Interrupts
            INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable();
            // Disable the Peripheral Interrupts
            //INTERRUPT_PeripheralInterruptDisable();

void main(void)

{

UINT bw;

// Initialize the device

SYSTEM_Initialize();

// If using interrupts in PIC18 High/Low Priority Mode you need to enable the Global High and Low Interrupts

// If using interrupts in PIC Mid-Range Compatibility Mode you need to enable the Global and Peripheral Interrupts

// Use the following macros to:

// Enable the Global Interrupts

INTERRUPT_GlobalInterruptEnable();

// Disable the Global Interrupts

//INTERRUPT_GlobalInterruptDisable();

// Enable the Peripheral Interrupts

INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable();

// Disable the Peripheral Interrupts

//INTERRUPT_PeripheralInterruptDisable();

После этого мы будем вызывать функцию TMR0_SetInterruptHandler() чтобы задать функцию обработки прерывания от таймера, и затем мы запустим в работу Timer0.

TMR0_SetInterruptHandler(blink_led);
TMR0_StartTimer();

1 2	TMR0_SetInterruptHandler(blink_led); TMR0_StartTimer();

После выполнения всех этих предварительных инициализаций мы начнем основной процесс работы с SD картой. Сначала нам необходимо будет смонтировать SD карту при помощи вызова функции f_mount() и сохранить возвращаемое ею значение в переменную под названием FRESULT. Проверив содержимое этой переменной мы можем двигаться дальше. Если ее значение равно FR_OK – это будет означать что SD карта успешно смонтирована, в противном случае эта операция не удалась. После успешного монтирования SD карты мы будем вызывать функцию call f_open() для создания файла с именем “test.txt” и затем использовать функцию f_lseek() для перемещения курсора в конец этого файла. После этого мы будем вызывать функцию f_write() для записи информации в созданный нами файл и в конце этого процесса мы будем вызывать функцию f_close() для закрытия файла на SD карте.

printf("\r\n============= Start Interfacing with SD Card =============\r\n");
            FRESULT stat = f_mount(&fatFs, "", 1);
            if (stat == FR_OK) {    /* Mount SD */             
            printf("SD Card Mount Successful\r\n");
            SD_LED_SetHigh();
             if (f_open(&file, "Sd_test.txt", FA_OPEN_ALWAYS | FA_READ | FA_WRITE) == FR_OK) {    /* Open or create a file */            
            printf("Create a file successful\r\n");            
                         if ((file.fsize != 0) && (f_lseek(&file, file.fsize) != FR_OK)) goto endSD;    /* Jump to the end of the file */
                         f_write(&file, "Hello Guys!\r\n", 13, &bw);
            f_write(&file, "This is text message written to SD card. For more information, please visit www.circuitdigest.com\r\n", 99, &bw);
                         endSD: f_close(&file);                                                                                    /* Close the file */
            SD_LED_SetLow();
             }else{
            printf("Create a file unsuccessful\r\n");
            SD_LED_SetLow();
            }
    }else{
            printf("SD Card Mount UnSuccessful\r\n ------ FRESULT %d ------\r\n");
            }
            printf("\r\n============= Finish Interfacing with SD Card ============= \r\n\r\n\r\n\r\n");

printf("\r\n============= Start Interfacing with SD Card =============\r\n");

FRESULT stat = f_mount(&fatFs, "", 1);

if (stat == FR_OK) { /* Mount SD */

printf("SD Card Mount Successful\r\n");

SD_LED_SetHigh();

if (f_open(&file, "Sd_test.txt", FA_OPEN_ALWAYS | FA_READ | FA_WRITE) == FR_OK) { /* Open or create a file */

printf("Create a file successful\r\n");

if ((file.fsize != 0) && (f_lseek(&file, file.fsize) != FR_OK)) goto endSD; /* Jump to the end of the file */

f_write(&file, "Hello Guys!\r\n", 13, &bw);

f_write(&file, "This is text message written to SD card. For more information, please visit www.circuitdigest.com\r\n", 99, &bw);

endSD: f_close(&file); /* Close the file */

SD_LED_SetLow();

}else{

printf("Create a file unsuccessful\r\n");

SD_LED_SetLow();

}

}else{

printf("SD Card Mount UnSuccessful\r\n ------ FRESULT %d ------\r\n");

}

printf("\r\n============= Finish Interfacing with SD Card ============= \r\n\r\n\r\n\r\n");

Тестирование работы проекта

После того как аппаратная и программная части нашего проекта будут готовы мы протестируем его работу с помощью лога, присутствующего в коде нашей программы. Как вы можете видеть, мы использовали конвертер USB в UART чтобы выводить лог отладки в окно монитора последовательной связи, в качестве которого мы использовали программу PuTTY.

После того как мы увидим сообщение ‘Create a file successful’ мы вытащим нашу SD карту из модуля для работы с SD картами и поместим SD карту в компьютер чтобы проверить успешно ли записался на нее наш файл.

После этого можно открыть файл и проверить его содержимое – так мы проверим успешность нашей операции записи в этот файл.

Более подробно работу проекта вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи.

Исходный код программы

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#include "ff.h"
FATFS fatFs; /* FatFs work area needed for each volume */
FIL file; /* File object needed for each open file */

void blink_led(){
    IO_RA1_Toggle();
}

/*
                         Main application
 */

void main(void)
{
    UINT bw;
    // Initialize the device
    SYSTEM_Initialize();
    // If using interrupts in PIC18 High/Low Priority Mode you need to enable the Global High and Low Interrupts
    // If using interrupts in PIC Mid-Range Compatibility Mode you need to enable the Global and Peripheral Interrupts
    // Use the following macros to:
    // Enable the Global Interrupts
    INTERRUPT_GlobalInterruptEnable();
    // Disable the Global Interrupts
    //INTERRUPT_GlobalInterruptDisable();
    // Enable the Peripheral Interrupts
    INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable();
    // Disable the Peripheral Interrupts
    //INTERRUPT_PeripheralInterruptDisable();
    TMR0_SetInterruptHandler(blink_led);
    TMR0_StartTimer();
    SD_LED_SetLow();
    printf("##########################################################\r\n");
    printf("SD Interface with PIC18\r\n");
    printf("##########################################################\r\n");
    printf("System setup Done\r\n");
    printf("\r\n============= Start Interfacing with SD Card =============\r\n");
    FRESULT stat = f_mount(&fatFs, "", 1);
    if (stat == FR_OK) { /* Mount SD */
        printf("SD Card Mount Successful\r\n");
        SD_LED_SetHigh();
if (f_open(&file, "Sd_test.txt", FA_OPEN_ALWAYS | FA_READ | FA_WRITE) == FR_OK) { /* Open or create a file */          
            printf("Create a file successful\r\n");           

if ((file.fsize != 0) && (f_lseek(&file, file.fsize) != FR_OK)) goto endSD; /* Jump to the end of the file */
f_write(&file, "Hello Guys!\r\n", 13, &bw);
            f_write(&file, "This is text message written to SD card. For more information, please visit www.circuitdigest.com\r\n", 99, &bw);
endSD: f_close(&file); /* Close the file */       
            SD_LED_SetLow();
}else{
            printf("Create a file unsuccessful\r\n");
            SD_LED_SetLow();
        }
}else{
        printf("SD Card Mount UnSuccessful\r\n ------ FRESULT %d ------\r\n");
    }
    printf("\r\n============= Finish Interfacing with SD Card ============= \r\n\r\n\r\n\r\n");
while (1) {
// Add your application code
}
}

/**
 End of File
*/

#include "mcc_generated_files/mcc.h"

#include "ff.h"

FATFS fatFs; /* FatFs work area needed for each volume */

FIL file; /* File object needed for each open file */

void blink_led(){

IO_RA1_Toggle();

}

Main application

void main(void)

{

UINT bw;

// Initialize the device

SYSTEM_Initialize();

// If using interrupts in PIC18 High/Low Priority Mode you need to enable the Global High and Low Interrupts

// If using interrupts in PIC Mid-Range Compatibility Mode you need to enable the Global and Peripheral Interrupts

// Use the following macros to:

// Enable the Global Interrupts

INTERRUPT_GlobalInterruptEnable();

// Disable the Global Interrupts

//INTERRUPT_GlobalInterruptDisable();

// Enable the Peripheral Interrupts

INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable();

// Disable the Peripheral Interrupts

//INTERRUPT_PeripheralInterruptDisable();

TMR0_SetInterruptHandler(blink_led);

TMR0_StartTimer();

SD_LED_SetLow();

printf("##########################################################\r\n");

printf("SD Interface with PIC18\r\n");

printf("##########################################################\r\n");

printf("System setup Done\r\n");

printf("\r\n============= Start Interfacing with SD Card =============\r\n");

FRESULT stat = f_mount(&fatFs, "", 1);

if (stat == FR_OK) { /* Mount SD */

printf("SD Card Mount Successful\r\n");

SD_LED_SetHigh();

if (f_open(&file, "Sd_test.txt", FA_OPEN_ALWAYS | FA_READ | FA_WRITE) == FR_OK) { /* Open or create a file */

printf("Create a file successful\r\n");

if ((file.fsize != 0) && (f_lseek(&file, file.fsize) != FR_OK)) goto endSD; /* Jump to the end of the file */

f_write(&file, "Hello Guys!\r\n", 13, &bw);

f_write(&file, "This is text message written to SD card. For more information, please visit www.circuitdigest.com\r\n", 99, &bw);

endSD: f_close(&file); /* Close the file */

SD_LED_SetLow();

}else{

printf("Create a file unsuccessful\r\n");

SD_LED_SetLow();

}

}else{

printf("SD Card Mount UnSuccessful\r\n ------ FRESULT %d ------\r\n");

}

printf("\r\n============= Finish Interfacing with SD Card ============= \r\n\r\n\r\n\r\n");

while (1) {

// Add your application code

}

/**

End of File

Видео, демонстрирующее работу проекта

Источник статьи

4 ответа к “Запись информации на SD карту с помощью микроконтроллера PIC”

Добрый день, можете помочь с описанием схемы этого проекта, не могу разобраться, буду очень благодарен

Добрый вечер. А что конкретно в этой схеме вас интересует? Вроде бы схема достаточно простая и частично описана в статье

хотелось бы поподробнее узнать, каким образом для работы с 2ТБ используется FAT32 на картах SDHC

Ну может быть небольшая опечатка в статье. Но не в этом же основной смысл статьи. ))

Различные типы SD карт

Основные принципы работы с SD картами

Необходимые компоненты

Схема проекта

Объяснение программы для микроконтроллера PIC

Тестирование работы проекта

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу проекта

Похожие статьи

4 ответа к “Запись информации на SD карту с помощью микроконтроллера PIC”

Добавить комментарий Отменить ответ

Добавить комментарий