Arduino 入門 Lesson 61 【SDカードスロットモジュール】その２

子供と一緒に始めるマイコンプログラム
Arduino 入門
Lesson 61
【SD カードスロットモジュール】
その２

こにんちは、管理人のomoroyaです。

センサーの使い方の基本を学習する入門編。

世の中には、まだまだ色々なセンサーがあります。

これからも、色々なセンサーで遊んでいきます。

本LessonはLesson 60から引き続き「SDカードモジュール」を使って遊びます。

Lesson 60では、SDカードモジュールの使いかたを学習しました。

動作させるためのスケッチは、サンプルコードを利用。

読み取り、書き込み等のコマンドについては理解していません。

本Lessonは「SD Module Library」のコマンドを学習していきます。

センサから得られたデータを記憶する観測装置（データロガー）作成のための基礎学習。

本Lessonは２，３回を想定。

２回目のLessonとなります。

Lesson 60同様に、本Lessonで扱うのは通常サイズのSDカード。

これから購入するかたは、新しいタイプ（マイクロSDで3.3V変換回路付きがおすすめ）
※SDカードの入力仕様は3.3V（Arduinoを利用するならレベル変換などが必要）

SD規格の概要 | SD Association

SDメモリカード開発者様向けのSD規格概要をご紹介します。…

以下が同等品。
※prime対応品（出荷元：Amazon）

VKLSVAN 3個セット SDカードリーダーモジュール SPIインターフェース Arduinoに対応

VKLSVAN

KKHMF SDカードスロットソケットリーダーモジュールArduino用 [並行輸入品]

EasyWordMall

これから始める方は3.3Vのレベル変換回路搭載のこちらがおすすめ。

KKHMF 5個 Micro SD TFカードメモリシールドモジュール Arduinoに対応 SPIマイクロSDアダプタ 6PIN

KKHMF

Arduino入門編の解説にて使用しているArduinoは互換品です。

互換品とは言え、Arduinoはオープンソースであり複製して販売するのもライセンス的に問題なし。

そのため互換品の品質も悪くなく、それでいて値段は安いです。

正規品本体の値段程度で豊富な部品が多数ついています。

ELEGOO Arduino用UNO R3スターターキットレベルアップチュートリアル付 mega2560 r3 nanoと互換 [並行輸入品]

ELEGOO

ELEGOO Arduino用のUNO R3 最終版スタータキット UNOチュートリアル付 (63 Items)

ELEGOO

正規品（Arduino UNO R3）の本体単品がほしい方はこちらとなります。

Arduino Uno Rev3 A000066

Arduino (アルドゥイーノ)

Arduino入門編2では「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」にて遊ぶため今のところは正規品を使用。（まだ互換品が・・・ほぼない）

Arduino UNO R4 Minima [ABX00080] - Renesas RA4M1 - USB-C、CAN、DAC (12ビット)、OP AMP、SWDコネクター。

Arduino (アルドゥイーノ)

Arduino (アルドゥイーノ)

はじめに

本Lessonで使用する「SDカードスロットモジュール」はSDカードのデータ読み取り、書き込みを行うためのカードスロットになります。

通信方法はSPI通信を使いますので、下記を読んでおくとより理解がすすみやすいかも。。。

Arduino 入門番外編 07 【SPI通信とは】

今回は、「Arduino 入門番外編 07 SPI通信とは」です。arduino 入門番外編はarduino自身の基本的な内容を記事にする予定です。今回は、arduinoの「SPI通信」について解説していきます。…

また、本LessonはLesson 60と同じ回路構成を利用してスケッチの読み取り、書き込みを理解していきます。

Lesson 60をすでにお読みの方は、「SD Module Library スケッチ例」からお読みください。

Lesson 61 目標

本Lessonの目標は以下です。

１．SD Module Libraryのコマンドを理解する
２．コマンドをスケッチを描いて理解する
３．楽しんで遊ぶ！

いつものように、遊びながら学習することが重要です。

下記はLesson 60で説明した内容と同じ。
※Lesson 60を学習済みの方は飛ばしてください。

「SDカードスロットモジュール 」ですが、SDカードの入力電圧が3.3Vであるためレギュレータが搭載されています。

そのためArduinoから5V供給したとしても、供給電圧は3.3Vとなるようになっています。

ただし、入力信号は直接SDカードにつながっているため、3.3Vへ降圧してあげる必要があります。

これから購入しようと考えている場合はレベル変換回路がすでに搭載されている下記をおすすめします。

KKHMF 5個 Micro SD TFカードメモリシールドモジュール Arduinoに対応 SPIマイクロSDアダプタ 6PIN

KKHMF

補足：本Lessonで使用する「SDカードスロットモジュール」
入力を3.3Vでプルアップしている回路となっています。
ダイオードを利用することでレベル変換回路不要で学習可能です。

準備

ではLessonの準備に取り掛かりましょう。

下記はLesson 60で説明した内容と同じ。
※Lesson 60を学習済みの方は飛ばしてください。

電子部品は「SDカードスロットモジュール」と「1N4148×3個」。
※1N4148：ダイオード『入力3.3V対応に利用』

あとは「SDカード」をご用意ください。
※SDカードは使用できるようにFAT16／FAT32にフォーマットしておいてください。

必要なもの

USB接続用のPC（IDE統合環境がインストールされたPC）
→管理人が勝手に比較したBTOメーカーを紹介しています。
UNO R3(以下UNO)、おすすめUNO互換品（ELEGOO）
PCとUNOを接続するUSBケーブル
ブレッドボード安価（大）、ブレッドボード安価（中）
※おすすめブレッドボード（大）、おすすめブレッドボード（中）
M-M Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）
M-F Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）
M-F M-M F-F セット Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）

※SDカードは、マイクロ、通常サイズ、お好みで選択ください。
※ブレッドボードはセンサとUNOを直接つなぐ場合不要です。
※ジャンパワイヤーは「M-M」「M-F」を必要に応じて使い分けてください。

Jumper wire、抵抗は今後も頻繁に利用します。

Jumper wireはできれば、「オス-メスオス-オスメス –メス」の３種類を揃えておくことをお勧めします。

ELEGOO 120pcs多色デュポンワイヤー、arduino用ワイヤ—ゲ—ジ28AWG オス-メスオス-オスメス –メスブレッドボードジャンパーワイヤー

ELEGOO

短めが使いやすい場合も。

ブレッドボード・ジャンパーワイヤー 40*6ピン 10cm Emith デュポンケーブル Arduino Raspberry piに適用ジャンパー線 6本セット

Emith

抵抗も単品で揃えるよりはセットをおすすめします。

OSOYOO(オソヨー)金属皮膜抵抗器抵抗セット 10Ω~1MΩ 30種類各20本入り合計600本 (600本セット)

OSOYOO

ELEGOO 17値1％抵抗器、0オーム〜1Mオーム（525本）

ELEGOO

抵抗、LEDなどを個別でセット品を購入しても、そんなに使わない！

という方は、「電子工作基本部品セット」が使い勝手が良い。

OSOYOO(オソヨー) 電子工作基本部品セット LED 5色合計100PCS 金属皮膜抵抗器 30種類合計600本電解コンデンサ 12種類合計120本セラミックコンデンサー 30種類合計300本ダイオード 8種類合計100本トランジスタ 17種類合計170本 (電子部品セット6種類)

OSOYOO

使用部品説明

「SDカードスロットモジュール」について説明していきます。

下記はLesson 60で説明した内容と同じ。
※Lesson 60を学習済みの方は飛ばしてください。

SDカードスロットモジュール　実物写真

下の写真が「SDカードスロットモジュール」の実物写真です。

端子は以下となります。

端子名	内容
5V	Arduinoから5V供給
3.3V	3.3Vを供給することも可能
GND	ArduinoのGNDと接続
SCK	シリアルクロック
MISO	スレーブからマスタへのデータ送信ライン
MOSI	マスタからスレーブへのデータ送信ライン
CS	デバイスを選択するための信号 SSと呼ばれることも

詳しく知りたい方は下記を参照ください↓。

Arduino 入門番外編 07 【SPI通信とは】

SDカードスロットモジュール　回路図

「SDカードスロットモジュール」の回路図。

下記はLesson 60で説明した内容と同じ。
※Lesson 60を学習済みの方は飛ばしてください。

「1117」のレギュレータが搭載されており、5Vを供給することで3.3Vとして扱うことができます。

注意
信号線は直接SDカードにつながるためArduinoの出力ピン（5V）を直接つなぐと壊れる可能性があります。

本Lessonで使用する「SDカードスロットモジュール」の回路図と思われるものを発見。（慈渓博瑞テクノロジー株式会社 SDカードモジュール.pdf）←中国の会社だと思います。

CLK　→　SCK
SDI　→　MOSI
SDO　→　MISO
と読み替えてください。

3.3V入力の対応方法

Lesson 60にて解説しています。

詳細を確認したいかたは以下を参照ください。

使用しているダイオードと同等のものが以下。

uxcell スイッチングダイオードアキシャルリード 50個入り1N4148 DO-35 75V 150mA

uxcell

50個あっても・・・と思います。

「電子工作基本部品セット」などをおすすめします。
※下記に「1N41481」入っています！

OSOYOO

SDカードスロットモジュール　仕様

遊び、学習で使う分には気にする特性はとくにありません。

下記はLesson 60で説明した内容と同じ。
※Lesson 60を学習済みの方は飛ばしてください。

■仕様抜粋（一例）

項目	仕様
動作電圧	5.0V/3.3V
LM1117/AMS117 などのレギュレータ搭載	5.0V → 3.3V

本Lessonは遊び、学習を想定しています。

Arduinoの仕様範囲内で使用していれば問題になることもありません。

遊び、学習以外での使用用途をお考えの場合はデータシートを必ず確認しましょう。

実践回路作成

下記はLesson 60で説明した内容と同じ。
※Lesson 60を学習済みの方は飛ばしてください。

最初に回路図を確認してください。

次に、回路図に合わせて部品を接続します。

最後にコードを書いて、「SDカードスロットモジュール」を動かしながらスケッチを理解していきましょう。

Arduinoのピン配置を確認したい方は番外編02を参照してください。

Arduino 入門番外編 02 【外観とピン配置】

本日は、番外編02 Arduino UNO R3 外観とピン配置です。arduinoの入門編を書いていて、arduino自体の説明をしたいと考えていました。やはり、arduino自身のことを理解しておいた方が良いですよね。ということで番外編…

回路図

下記はLesson 60で説明した内容と同じ。
※Lesson 60を学習済みの方は飛ばしてください。

Arduinoの使用ピンは以下。

デジタル出力：D10、D11、D12、D13
5V、GND

回路図がこちら。
※ダイオードの向きに注意！

こちらがブレッドボード図。

回路図は「fritzing」を利用しています。

「fritzing」の使い方は下記を参照してください。

Arduino 入門番外編 01 【回路図を書こう fritzing】

UNOの実際の回路を写真で掲載しても、接続がわかりずらいかなと考えていました。前々から「fritzing」を利用して回路を描くことで、わかりやすくしたいと考えていました。そこで本日は、「fritzing」のインストールと回路図を描くことに挑…

接続

下記はLesson 60で説明した内容と同じ。
※Lesson 60を学習済みの方は飛ばしてください。

下図に示すように、用意した部品を使用して接続しましょう。

部品は「SDカードスロットモジュール」「1N4148×3個」となります。

使用するポートは

デジタル出力：D10、D11、D12、D13
5V、GND

穴に挿入しづらいときは、ラジオペンチなどを使用してください。

事項からが本Lessonの本題です。

SD Module Library スケッチ例

本Lessonのメインとなります。

「SD Module Library」のコマンドを確認しスケッチを描いて確認していきましょう。

コマンド説明（SD Module Libraryについて）

SDカートの読み取り、書き込みはArduino IDEの標準ライブラリでサポートされています。

サポートしているフォーマットはFAT16/FAT32。
※ＳＤＨＣカードも使用可能

同時に開けるファイルは一つであり、ファイル名はパスを含めて指定が可能です。
※１　パスの区切り文字はスラッシュ”／”
※２　バージョン1.0からは複数ファイルの同時オープンに対応

ＳＤカードとのやり取りは、通信となります。

SDカードを操作するために、下記ライブラリを使用します。

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

コマンド一覧

「SD Module Library」で使用できるコマンド一覧がこちら。

詳細は公式ページにて確認できます。
https://www.arduino.cc/en/Reference/SD

■SD classコマンド

SD class コマンド	概要
SD.begin() SD.begin(cspin)	SDライブラリとカードの初期化 cspin：SDカードのチップセレクトに接続するピン
SD.exists(file_name)	ファイルまたはディレクトリが存在するかどうかのテスト filen_ame：ファイル名（ディレクトリを含めてOK）
SD.mkdir(file_name)	ディレクトリの作成 file_name：ファイル名（ディレクトリを含めてOK）
SD.open(file_Path) SD.open(file_Path, mode)	ファイルを開く file_path：ファイル名 mode：ファイルを開くモード FILE_READ：ファイル先頭から開始（読み取り専用） FILE_WRITE：ファイルの最後から（読み取り、書き込み）
SD.remove(file_name)	ファイルの削除 file_name：ファイル名（ディレクトリを含めてOK）
SD.rmdir(dir_name)	ディレクトリ削除 dir_name：ディレクトリ名

■File classコマンド

xxx部分は、「Fileクラスのインスタンス」になります。

SD.open()の戻り値です。

例
File myFile;
～
～
myFile = SD.open(“test.txt”, FILE_WRITE);

上記で指定した場合、下記xxxは「myFile」となります。

File class コマンド	概要
xxx.name()	ファイル名を返す
xxx.available()	指定したファイルの読み取り可能な文字(byte)があるかチェック
xxx.close()	ファイルを閉じるデータが物理的に保存されていることを保証する
xxx.flush()	ファイルに書き込まれたデータが物理的に保存されいていることを保証するファイルが閉じられるときに自動的に実行される
xxx.peek()	ファイルから1byteっ読み込み読み取り位置は変わらないため、繰り返すと同じデータを読み続ける
xxx.position()	ファイルの現在位置を取得
xxx.print(data) xxx.print(data, BASE)	書き込みモードで開いたファイルにデータを書き込むアスキー文字の連続として書き込み data：書き込みデータ BASE：基数（BIN、DEC、OCT、HEX）
xxx.println(data) xxx.println(data, BASE)	データの末尾に改行コードを付けて書き込みアスキー文字の連続として書き込み data：書き込みデータ BASE：基数（BIN、DEC、OCT、HEX）
xxx.seek(pos)	ファイル内の位置を移動 pos：新しい位置（0 ≦ pos ≦ ファイルサイズ）
xxx.size()	ファイルのサイズを取得
xxx.read()	ファイルから1バイト読み取り
xxx.write(data) xxx.write(buf, len)	ファイルにデータを書き込み data：byte型、char型、string型(char *)のデータ buf：文字列（char または byte型の配列） len：文字数（配列bufの要素数）

サンプルコード（SD クラスのコマンド）

Arduino のSSピン（chipSelect）はD10となります。

//Lesson 61 MH-SDカードモジュール
//SD クラスのコマンド理解のためのスケッチ
//https://omoroya.com/

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

File myFile1, myFile2;     //クラス指定
const int chipSelect = 10; //チップセレクトピン指定

void setup(){
  /* ----- ポート開放 ----- */
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
      // シリアルポートに接続できないときは、このループから抜け出せない!   
  }
  
  /* ----- SDカードの初期化 ------ */
  Serial.println("Initializing SD card...");
  //SDカードが存在すれば、初期化される
  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("Initialization failed or does not exist");
    while (1);
  }
  Serial.println("Initialization done.");
  Serial.println();

  /* ----- SDカード Open ------ */
  // Writeモードでopen、ファイルは大文字で作成される仕様
  myFile1 = SD.open("omoroya1.txt", FILE_WRITE); 
  myFile2 = SD.open("omoroya2.txt", FILE_WRITE); 

  /* ----- SDカードへ書き込み ------ */
  if (myFile1) {
    /* ファイル作成、ファイルへ文字書き込み */
    Serial.print("Writing to OMOROYA1.txt...");
    myFile1.println("testing x,y,z,1,2,3");     //ファイルへの書き込み
    Serial.println("done.");
    } else {
    Serial.println("error opening OMOROYA1.txt");
  }
  
  if (myFile2) {
    Serial.print("Writing to OMOROYA2.txt...");
    myFile2.println("testing x,y,z,1,2,3");     //ファイルへの書き込み
    Serial.println("done.");
    Serial.println();
    } else {
    Serial.println("error opening OMOROYA2.txt");
  }
    
  /* ファイルが存在するか確認し、存在すればファイル削除 */
  if (SD.exists("OMOROYA2.txt")) {
    Serial.println("Deleting to OMOROYA2.txt...");
    SD.remove("OMOROYA2.txt");
    Serial.println("done.");
    Serial.println();
    } else {
    Serial.println("OMOROYA2.txt does not exist");
  }
  
  /* ディレクトリ作成 */
  Serial.println("Creating a directory. TEST1/OMOROYA");
  SD.mkdir("TEST1/OMOROYA");
  Serial.println("done.");
  Serial.println();
  
  Serial.println("Creating a directory. TEST2/OMOROYA");
  SD.mkdir("TEST2/OMOROYA");
  Serial.println("done.");
  Serial.println();
  
  /* ディレクトリが存在するか確認し、存在すればディレクトリ削除 */
  Serial.println("Delete the directory. TEST1/");
  if (SD.exists("TEST1/OMOROYA")) {
    SD.rmdir("TEST1/OMOROYA");
    SD.rmdir("TEST1");
  }
  Serial.println("done.");
  Serial.println();
  
  /* ----- SDカード Close ------ */
  Serial.println("Close the SD card.");
  myFile1.close();
  myFile2.close();
  Serial.println("done.");
  
}

void loop(){
}

動作確認（SD クラスのコマンド）

では、さっそく動作を確認していきます。

スケッチを書き込んで、シリアルモニタを開いてください。
※SDカードの挿入をお忘れなく。

補足情報
SDカードを認識するためには、フォーマットをFAT16/FAT32のいずれかにしておく必要があります。

■シリアルモニタの結果

下記の順番で実行しています。

OMORYA1.txt　作成とファイルへの書き込み
OMORYA2.txt　作成とファイルへの書き込み
OMORYA2.txt　削除
ディレクトリ　TEST1/OMOROYA　作成
ディレクトリ　TEST2/OMOROYA　作成
ディレクトリ　OMOROYA　削除
ディレクトリ　TEST1　削除
Fileのclose

最終的気に残っているのは・・・

「TEST2」のディレクトリと「OMORYA1.txt」のファイル。

成功です！
※タイムスタンプに対応したスケッチではないため、更新日時が本Lessonではあっていない。

「OMORYA1.txt」の中身は「testing x,y,z,1,2,3」が記載されています。

「SD クラス」のコマンドを一通り動かしてみました。

全て、動いていることが確認できました。

サンプルコード（File クラスのコマンド）

SDクラスのサンプルスケッチにて、すでにいくつか使っています。

ここでは、作成したファイルのファイル名、ファイルサイズを取得してみます。

//Lesson 61 MH-SDカードモジュール
//File クラスのコマンド理解のためのスケッチ
//https://omoroya.com/

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

File myFile1, myFile2;    //クラス指定
const int chipSelect = 10; //チップセレクトピン指定

void setup(){
  /* ----- ポート開放 ----- */
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
      // シリアルポートに接続できないときは、このループから抜け出せない!   
  }
  
  /* ----- SDカードの初期化 ------ */
  Serial.println("Initializing SD card...");
  //SDカードが存在すれば、初期化される
  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("Initialization failed or does not exist");
    while (1);
  }
  Serial.println("Initialization done.");
  Serial.println();

  /* ----- SDカード Open ------ */
  // Writeモードでopen、ファイルは大文字で作成される仕様
  myFile1 = SD.open("omoroya1.txt", FILE_WRITE); 
  myFile2 = SD.open("omoroya2.txt", FILE_WRITE); 

  /* ----- SDカードへ書き込み ------ */
  if (myFile1) {
    /* ファイル作成、ファイルへ文字書き込み */
    Serial.print("Writing to OMOROYA1.txt...");
    myFile1.println("testing x,y,z,1,2,3");     //ファイルへの書き込み
    myFile1.println("testing 7,8,9,a,b,c");     //ファイルへの書き込み
    myFile1.println("omoroya!");                //ファイルへの書き込み
    Serial.println("done.");
    /* ----- ファイル名、サイズ取得 -----*/
    Serial.print("FileName:");Serial.print(myFile1.name());
    Serial.print("\tsize:");Serial.print(myFile1.size(), DEC);Serial.println("byte");
    Serial.println();
    } else {
    Serial.println("error opening OMOROYA1.txt");
  }
  
  if (myFile2) {
    Serial.print("Writing to OMOROYA2.txt...");
    myFile2.println("testing x,y,z,1,2,3");     //ファイルへの書き込み
    Serial.println("done.");
     /* ----- ファイル名、サイズ取得 -----*/
    Serial.print("FileName:");Serial.print(myFile2.name());
    Serial.print("\tsize:");Serial.print(myFile2.size(), DEC);Serial.println("byte");
    Serial.println();
    } else {
    Serial.println("error opening OMOROYA2.txt");
  }
  
  /* ----- SDカード Close ------ */
  Serial.println("Close the SD card.");
  myFile1.close();
  myFile2.close();
  Serial.println("done.");
  
}

void loop(){
}