SD Card module cho phép vi điều khiển lưu trữ dữ liệu lâu dài — ghi log cảm biến, lưu file cấu hình, đọc firmware. Bài này giải thích giao tiếp SPI 4 dây, định dạng FAT32, và cách viết data logger CSV thực tế và đọc config file để tránh hardcode thông tin nhạy cảm.

Nguyên Lý Hoạt Động

1. Giao Tiếp SPI — 4 Dây Đồng Bộ

SD card giao tiếp qua SPI (Serial Peripheral Interface):

• MOSI (Master Out Slave In): vi điều khiển gửi data xuống SD
• MISO (Master In Slave Out): SD gửi data lên vi điều khiển
• SCK (Serial Clock): xung nhịp từ master
• CS/SS (Chip Select): chọn chip active (kéo LOW để chọn)

SPI Transaction — Ghi 1 byte:

Master       SD Card
  │           │
  │── CS LOW → │  ← Chọn SD card
  │           │
  │ ─SCK─────→│  ← 8 xung clock
  │ ─MOSI────→│  ← Gửi 8 bit data
  │ ←MISO─────│  ← Nhận 8 bit phản hồi đồng thời
  │           │
  │── CS HIGH→ │  ← Bỏ chọn SD card

2. Tại Sao Cần Module (Không Cắm Trực Tiếp)?

SD card dùng logic 3.3V, trong khi Arduino Uno dùng 5V:

• Cắm thẳng 5V vào SD card → SD card hỏng ngay
• Module SD Card có: – Bộ chuyển mức (level shifter): 5V ↔ 3.3V cho các dây SPI – Bộ ổn áp (voltage regulator): 5V → 3.3V cấp cho SD card – Socket thẻ micro SD

Module SD Card — cấu trúc bên trong:

VCC(5V) → [LDO 3.3V regulator] → VCC SD card (3.3V)
MOSI    → [Level shifter 5V→3.3V] → SD MOSI
MISO    ← [Level shifter 3.3V→5V] ← SD MISO
SCK     → [Level shifter 5V→3.3V] → SD SCK
CS      → [Level shifter 5V→3.3V] → SD CS
GND    ────────────────────────── → SD GND

3. File System FAT32

SD card dùng FAT (File Allocation Table):

• FAT16: <= 2GB
• FAT32: <= 32GB (Arduino SD library hỗ trợ)
• exFAT: > 32GB (cần SDFat library)
• Thẻ SD phải format FAT32 trước khi dùng với Arduino SD library

4. Cách Hoạt Động Của SD.h

Thư viện SD.h của Arduino gói gọn thao tác SPI và FAT32:

Chuỗi hoạt động:

SD.begin(CS) → Initialize SPI + Mount FAT32
SD.open()    → Mở file handle trong bảng FAT
file.write() → Ghi vào sector buffer (chưa flush lên thẻ!)
file.close() → Flush buffer → cập nhật FAT → đóng file handle

QUAN TRỌNG: Nếu mất điện sau file.write() mà chưa file.close() → data bị mất, file có thể corrupt.

Thông Số Kỹ Thuật Module

Thông số	Giá trị
Giao tiếp	SPI (4 dây: MOSI, MISO, SCK, CS)
Điện áp VCC module	5V (có LDO onboard) hoặc 3.3V (phiên bản khác)
Điện áp logic SD	3.3V
Thẻ hỗ trợ	Micro SD (SDHC tối đa 32GB FAT32)
Tốc độ SPI	400kHz (init) → 25MHz (max)
Thư viện	SD.h (built-in) hoặc SDFat

Sơ Đồ Chân (Pinout)

Module SD Card — 6 chân:

┌─────────────────────┐
│  CS MOSI GND VCC    │
│  SCK MISO           │
└─────────────────────┘

Hoặc thứ tự: GND VCC MISO MOSI SCK CS
(đọc nhãn trên PCB của module bạn đang dùng)

Chân	Mô tả
CS (SS)	Chip Select — chọn SD card (GPIO tùy chọn)
MOSI	Master Out Slave In — data từ MCU xuống SD
MISO	Master In Slave Out — data từ SD lên MCU
SCK	SPI Clock
VCC	3.3V hoặc 5V (xem module)
GND	Mass

Kết Nối Phần Cứng

SD Card Module với Arduino Uno

Arduino Uno           SD Card Module
─────────────────     ──────────────────────────
5V  ───────────────→  VCC
GND ───────────────→  GND
Pin 10 (SS) ───────→  CS    ← Chip Select (tùy chọn GPIO)
Pin 11 (MOSI) ─────→  MOSI  ← SPI MOSI cố định
Pin 12 (MISO) ←────── MISO  ← SPI MISO cố định
Pin 13 (SCK) ──────→  SCK   ← SPI SCK cố định

SPI hardware pins Arduino Uno: MOSI=11, MISO=12, SCK=13 — KHÔNG thể thay đổi. Chỉ CS (Pin 10) có thể dùng pin khác.

SD Card Module với ESP32 DevKit V1

ESP32 DevKit V1       SD Card Module
─────────────────     ──────────────────────────
3.3V ──────────────→  VCC  ← Nếu module không có LDO riêng
GND ───────────────→  GND
GPIO5  ────────────→  CS   ← Chip Select
GPIO23 (MOSI) ─────→  MOSI ← SPI2 (VSPI) MOSI
GPIO19 (MISO) ←────── MISO ← SPI2 (VSPI) MISO
GPIO18 (SCK) ──────→  SCK  ← SPI2 (VSPI) SCK

ESP32 VSPI hardware pins: MOSI=23, MISO=19, SCK=18 (mặc định). CS có thể dùng GPIO bất kỳ.

Chuẩn Bị Thẻ SD

Trước khi dùng:

1. Format thẻ SD FAT32 (trên Windows: chuột phải → Format → FAT32; hoặc dùng SD Card Formatter)
2. Thẻ tối đa 32GB với FAT32
3. Thẻ 64GB+ cần SDFat library với exFAT

Code Arduino IDE

Code Kiểm Tra SD Card — Arduino Uno

/*
 * SD Card — Kiểm tra kết nối và in thông tin thẻ
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối: VCC→5V, GND→GND, CS→10, MOSI→11, MISO→12, SCK→13
 */

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

const int CS_PIN = 10; // Chip Select pin

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Khởi động SD card...");

  // Khởi tạo SD — truyền vào pin CS
  if (!SD.begin(CS_PIN)) {
    Serial.println("Lỗi: Không tìm thấy SD card!");
    Serial.println("- Kiểm tra kết nối dây");
    Serial.println("- Kiểm tra format FAT32");
    while (true); // Dừng chương trình
  }

  Serial.println("SD card OK!");

  // Liệt kê file trong thư mục root
  File root = SD.open("/");
  Serial.println("--- Danh sách file ---");
  while (true) {
    File entry = root.openNextFile();
    if (!entry) break; // Hết file
    Serial.print(entry.name());
    if (entry.isDirectory()) {
      Serial.println("/");
    } else {
      Serial.print("   ");
      Serial.print(entry.size());
      Serial.println(" bytes");
    }
    entry.close();
  }
  root.close();
}

void loop() {}

Code Ghi Log CSV Cảm Biến — Arduino Uno

/*
 * SD Card — Data logger ghi nhiệt độ (LM35) dạng CSV mỗi 5 giây
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối SD: CS→10, MOSI→11, MISO→12, SCK→13
 * Kết nối LM35: VOUT→A0, VCC→5V, GND→GND
 *
 * Format CSV: timestamp_ms,temperature_C
 * File: DATALOG.CSV (tự tạo nếu chưa có)
 */

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

const int CS_PIN  = 10;
const int LM35_PIN = A0;
const char LOG_FILE[] = "DATALOG.CSV"; // Tên file tối đa 8.3 (FAT format)
const unsigned long LOG_INTERVAL = 5000; // 5 giây/lần

unsigned long lastLog = 0;
unsigned long logCount = 0;

float readTempC() {
  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < 10; i++) { sum += analogRead(LM35_PIN); delay(5); }
  return (float)sum / 10.0 * 5000.0 / 1023.0 / 10.0; // 10mV/°C, 5V ref
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  if (!SD.begin(CS_PIN)) {
    Serial.println("SD ERROR — Dừng lại");
    while (true);
  }

  // Tạo header nếu file chưa tồn tại
  if (!SD.exists(LOG_FILE)) {
    File f = SD.open(LOG_FILE, FILE_WRITE);
    if (f) {
      f.println("timestamp_ms,temperature_C"); // Header CSV
      f.close(); // LUÔN close sau khi ghi
      Serial.println("Tạo file log mới: " + String(LOG_FILE));
    }
  } else {
    Serial.println("Tiếp tục ghi vào file: " + String(LOG_FILE));
  }

  Serial.println("Bắt đầu ghi log...");
}

void loop() {
  if (millis() - lastLog >= LOG_INTERVAL) {
    lastLog = millis();

    float temp = readTempC();
    unsigned long ts = millis();

    // Mở file ở chế độ APPEND (FILE_WRITE mở ở cuối file nếu đã tồn tại)
    File dataFile = SD.open(LOG_FILE, FILE_WRITE);

    if (dataFile) {
      dataFile.print(ts);           // timestamp milliseconds
      dataFile.print(",");
      dataFile.println(temp, 2);    // nhiệt độ, 2 chữ số thập phân

      dataFile.close(); // *** QUAN TRỌNG: close để flush xuống thẻ ***
      logCount++;

      Serial.print("Log #"); Serial.print(logCount);
      Serial.print(" | "); Serial.print(ts);
      Serial.print("ms | "); Serial.print(temp, 2); Serial.println("°C");
    } else {
      Serial.println("Lỗi: Không mở được file log!");
    }
  }
}

Code Đọc Config File — Arduino Uno

/*
 * SD Card — Đọc file cấu hình key=value
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối: CS→10, MOSI→11, MISO→12, SCK→13
 *
 * File CONFIG.TXT trên thẻ SD chứa:
 *   ssid=IoTLabs_WiFi
 *   password=matkhaumanh
 *   log_interval=10
 *
 * Không hardcode WiFi password trong code!
 */

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

const int CS_PIN = 10;
const char CONFIG_FILE[] = "CONFIG.TXT";

// Lưu các giá trị config
String wifiSSID     = "";
String wifiPassword = "";
int logInterval     = 5;

// Đọc file config và parse key=value
bool loadConfig() {
  if (!SD.exists(CONFIG_FILE)) {
    Serial.println("Config file không tồn tại!");
    return false;
  }

  File f = SD.open(CONFIG_FILE);
  if (!f) return false;

  while (f.available()) {
    String line = f.readStringUntil('\n');
    line.trim(); // Xóa khoảng trắng và \r

    if (line.length() == 0 || line.startsWith("#")) continue; // Bỏ qua dòng trống và comment

    int eqPos = line.indexOf('=');
    if (eqPos < 0) continue; // Bỏ qua dòng không có dấu =

    String key   = line.substring(0, eqPos);
    String value = line.substring(eqPos + 1);
    key.trim();
    value.trim();

    // Map key → biến
    if (key == "ssid")         wifiSSID     = value;
    else if (key == "password") wifiPassword = value;
    else if (key == "log_interval") logInterval = value.toInt();
  }

  f.close();
  return true;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  if (!SD.begin(CS_PIN)) {
    Serial.println("SD ERROR"); while (true);
  }

  if (loadConfig()) {
    Serial.println("Config đọc thành công:");
    Serial.print("  SSID: "); Serial.println(wifiSSID);
    Serial.print("  Password: "); Serial.println("***"); // Không in mật khẩu ra serial!
    Serial.print("  Log interval: "); Serial.print(logInterval); Serial.println("s");
  } else {
    Serial.println("Dùng giá trị mặc định");
  }
}

void loop() {}

Code ESP32 — Log Dữ Liệu Với Timestamp Uptime

/*
 * SD Card — ESP32, Data logger với uptime timestamp
 * Board: ESP32 DevKit V1
 * Kết nối: VCC→3.3V, GND→GND, CS→GPIO5,
 *           MOSI→GPIO23, MISO→GPIO19, SCK→GPIO18
 */

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

const int CS_PIN = 5; // Chip Select ESP32

const char LOG_FILE[] = "ESPLOG.CSV";
const unsigned long INTERVAL = 10000; // 10 giây
unsigned long lastLog = 0;
unsigned long lineCount = 0;

float readFakeTemp() {
  return 25.0 + (random(-30, 31) / 10.0); // Giả lập 22.0°C - 28.0°C
}

String uptimeStr(unsigned long ms) {
  unsigned long s = ms / 1000;
  unsigned long m = s / 60;
  unsigned long h = m / 60;
  char buf[12];
  sprintf(buf, "%02lu:%02lu:%02lu", h, m % 60, s % 60);
  return String(buf);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  randomSeed(esp_random());

  // Khởi tạo SPI với đúng pin ESP32
  SPI.begin(18, 19, 23, CS_PIN); // SCK, MISO, MOSI, CS

  if (!SD.begin(CS_PIN)) {
    Serial.println("SD card không tìm thấy!");
    while (true);
  }

  // Tạo header
  if (!SD.exists(LOG_FILE)) {
    File f = SD.open(LOG_FILE, FILE_WRITE);
    f.println("uptime,temp_C");
    f.close();
  }

  Serial.println("ESP32 Data Logger — sẵn sàng");
  Serial.printf("Ghi log vào: %s mỗi %lus\n", LOG_FILE, INTERVAL/1000);
}

void loop() {
  if (millis() - lastLog >= INTERVAL) {
    lastLog = millis();

    float temp = readFakeTemp();
    String uptime = uptimeStr(millis());

    File f = SD.open(LOG_FILE, FILE_WRITE);
    if (f) {
      f.print(uptime);
      f.print(",");
      f.println(temp, 1);
      f.close();
      lineCount++;
      Serial.printf("[%s] Temp: %.1f°C | Dòng #%lu\n", uptime.c_str(), temp, lineCount);
    } else {
      Serial.println("Lỗi ghi file!");
    }
  }
}

Kết Quả Mong Đợi

Serial Monitor:
SD card OK!
--- Danh sách file ---
DATALOG.CSV   1240 bytes
CONFIG.TXT    56 bytes
Bắt đầu ghi log...
Log #1 | 5001ms | 26.50°C
Log #2 | 10002ms | 26.75°C
...

File DATALOG.CSV trên thẻ (mở bằng Excel):

timestamp_ms,temperature_C
5001,26.50
10002,26.75
15003,27.00

Ứng Dụng Thực Tế

Ứng dụng	Mô tả
Trạm đo khí hậu	Log nhiệt độ + độ ẩm 15 phút/lần trong nhiều ngày
Black box xe	Ghi tốc độ + GPS mỗi giây khi động cơ chạy
Firmware OTA	Đọc file .bin từ SD → cập nhật firmware ESP32
Web server	Phục vụ file HTML/CSS từ SD card
Config không hardcode	WiFi credentials, API keys trong file riêng

Lưu Ý Khi Sử Dụng

1. Luôn gọi file.close() sau khi ghi

Không close → data trong buffer RAM chưa được flush xuống NAND flash → mất điện = mất data, file corrupt. Với data logger thực tế: close sau mỗi lần ghi, mở lại lần tiếp theo (chậm hơn nhưng an toàn).

2. Tên file phải theo quy tắc 8.3 (FAT32)

Tên file tối đa 8 ký tự + 3 ký tự extension. DATALOG.CSV = OK. sensordata2026.csv = KHÔNG OK → bị cắt.

3. Thẻ SD phải format FAT32 trước

Thẻ SDXC mới mua thường format exFAT → SD.begin() fail. Dùng SD Card Formatter (công cụ chính thức của SD Association) format lại FAT32.

4. Dòng tiêu thụ cao khi ghi

SD card khi ghi dữ liệu: 100-200mA. Nguồn yếu (USB hub, pin nhỏ) → điện áp sụt → SD không hoạt động ổn định → data corrupt. Dùng tụ lọc 100-220μF trên đường VCC SD module.

Bài tiếp theo: