vendredi 29 juin 2012

Carte SD et Arduino


Cet article a été mis à jour le 17 décembre 2020.

Voici quelques recommandations pour brancher un lecteur de carte SD à une carte Arduino Uno  (il s'agit du modèle fabriqué par LC Studio qu'on peut facilement trouver sur eBay pour une bouchée de pain). 

Ces petits modules comportent 16 connecteurs, mais la plupart d'entre eux sont redondants et dans les faits 6 connexions sont nécessaires pour les faire fonctionner: "+3.3" et "GND" pour l'alimentation, "SCK", "MOSI", "MISO" et "CS" pour la communication SPI.

Bien qu'ils soit possible de les alimenter avec une tension de 5 V, ces modules sont conçus pour communiquer à un niveau logique de 3,3 V.  Certains modules de cartes SD (plus élaborés, et donc plus coûteux) comportent déjà un circuit qui abaisse à 3,3 V les tensions d'entrée, mais ce n'est pas le cas du module fabriqué par LC Studio.  L'entrée "+5" est la seule qui puisse être branchée à 5 volts, parce qu'elle est munie d'un régulateur de tension. 


Une façon possible d'abaisser à 3,3 volts le signal de 5 volts émis par l'Arduino consisterait à utiliser un simple diviseur de tensions (deux résistances en série).  Cette pratique est toutefois déconseillée par l'auteur de la bibliothèque SD, car le signal de 3,3 V risque d'être déformé par des transitions exponentielles qui perturbent l'interprétation correcte des signaux. 

Il faut plutôt abaisser le signal au moyen d'un circuit intégré spécialisé, capable de réagir suffisamment rapidement, comme le 4050 (74HC4050 ou CD4050), qui permet d'abaisser jusqu'à 6 signaux logiques simultanément.

Cette transformation doit être effectuée pour les signaux SPI qui vont de l'Arduino vers le lecteur de cartes SD:  CS (chip enable), SCK (serial clock) et MOSI (master out, slave in).  Toutefois, il ne serait pas approprié d'altérer le signal MISO (master in, slave out) qui est émis à 3,3 V par le lecteur SD (l'Arduino interprète un signal de 3,3 V comme une valeur logique haute).

Notez également qu'il faut éviter que les fils utilisés pour les branchements soient trop longs.

Les connexions

Trois connecteurs du module SD sont branchés directement à l'Arduino:
  • GND du module SD --->  GND de l'Arduino
  • +5 du module SD ----> 5 V de l'Arduino  (OU +3.3 du module SD ---> 3V3 de l'Arduino)
  • MISO du module SD ----> 12 de l'Arduino Uno (ou 50 si c'est un Mega)
Toutefois, les broches SCK, MOSI et CS du lecteur de carte SD sont branchées à des sorties du 4050. De cette façon, les signaux de 5 V générés par les broches 13, 11 et 10 de l'Arduino seront transformés en signaux de 3,3 V:
  • Broche CS du module SD: broche 2 du 4050
  • Broche 10 de l'Arduino Uno: broche 3 du 4050
  • Broche MOSI du module SD: broche 4 du 4050
  • Broche 11 de l'Arduino Uno: broche 5 du 4050
  • Broche SCK du module SD: broche 6 du 4050
  • Broche 13 de l'Arduino Uno: broche 7 du 4050
De plus, il faut correctement alimenter le circuit intégré:
  • Broche 1 du 4050: sortie 3,3 V de l'Arduino Uno
  • Broche 8 du 4050: broche GND de l'Arduino Uno
Il est également conseillé de relier à la masse (GND) toutes les sorties inutilisées, soit les broches 9, 11 et 14 du 4050.

Dans le passé, j'ai aussi utilisé avec succès le 74HC125 plutôt qu'un 4050. Les connexions sont indiquées sur le schéma ci-dessous.

Pour tester le fonctionnement correct de votre carte SD, vous pouvez exécuter l'exemple "CardInfo" distribué avec l'IDE Arduino.

J'ai aussi fait ce petit sketch en pigeant dans les exemples officiels:  après avoir vérifié la présence de la carte SD, je vérifie son contenu, puis je créé un nouveau fichier pour y écrire une quelconque banalité. 


Yves Pelletier (Twitter: @ElectroAmateur)


9 commentaires:

  1. Salut Yves,
    En cherchant sur internet j'ai trouvé ce site mettant en oeuvre un module SD semblable au votre: http://www.instructables.com/id/Arduino-DIY-SD-Card-Logging-Shield/#intro
    Cependant ils utilisent un 4050 pour adapter les entrees/sorties de 5v a 3.3v.
    Est-ce necessaire?

    RépondreSupprimer
  2. Oui, j'ai découvert plus tard que les modules de carte SD sont conçus pour fonctionner sous 3,3 V. Mon propre module a résisté, mais c'est plus prudent de travailler à 3,3 V (ça me rappelle qu'il faudra que je modifie mon article en conséquence).

    RépondreSupprimer
  3. bonjour.
    je n'arrive pas à faire fonctionner le même lecteur avec un MEGA :-(
    Qui y arrive avec les pin 50 51 52 53 ?

    RépondreSupprimer
  4. Salut SpaceMan88,

    Oui, je viens de faire des essais avec un Mega, et ça fonctionne. Les branchements sont:
    MOSI: 51
    MISO: 50
    SCK: 52
    CS: 53

    (donc pas exactement ce que disait mon article, que je vais immédiatement corriger!!!)

    Si tu utilises l'exemple "CardInfo", il faut remplacer "10" par "53" à deux endroits.

    RépondreSupprimer
  5. Merci pour la correction. ce coup-ci ça passe :-))
    Et comme tout problème résolu amène une nouvelle question : si pour une raison d'occupation des pin 51 52 53 54, on voulait placer le lecteur SD ailleurs, sur quel fichier faudrait il intervenir?

    RépondreSupprimer
  6. Je crois que pour un périphérique qui utilise le protocole SPI, on ne peut pas changer les pins MOSI, MISO et CLK: il faut que ce soit 50-51-52 (ou 11-12-13 sur le Uno).

    Par contre plusieurs périphériques SPI différents peuvent partager ces 3 pins (pourvu qu'ils aient chacun leur propre pin CS); l'Arduino peut converser avec chacun des périphériques tour à tour en sélectionnant la pin CS appropriée.

    RépondreSupprimer
  7. ok ça veut dire qu'on peut prendre pour CS une pin disponible. Testé avec succès 40 et 48...
    On devrait pouvoir dialoguer avec plusieurs modules SD si besoin en branchant ensemble les MOSI, MISO, CLK, et en donnant à chacun son CS.
    Je n'ai pas de quoi tester ça...

    RépondreSupprimer
  8. Bonjour,

    Je n'est pas réussi à faire fonctionner ma carte LC Studio et mon MEGA avec le 74HC125. Par contre nickel avec un BC4050.

    Le fonctionnement est identique sauf qu'il n'y a pas besoin de mettre les commandes des buffer à la masse. Donc plus simple comme schéma.

    Merci malgré tout car même si cela n'a pas fonctionné pour moi cela ma mis sur la bonne voie. Merci

    RépondreSupprimer
  9. Bonjour,

    Alors moi ça ne marchait pas comme indiqué avec un 74HC125 sauf avec mon oscillo branché ! J'ai donc rajouté des pull ups de 10K sur SCK et CS coté arduino (donc pin 13 et 10) et ca a résolu le problème.

    Merci pour l'article !

    RépondreSupprimer