.. note::

    こんにちは、SunFounder Raspberry Pi & Arduino & ESP32 愛好家コミュニティ（Facebook）へようこそ！  
    Raspberry Pi、Arduino、ESP32 について、仲間と一緒により深く学びましょう。

    **参加する理由**

    - **専門的なサポート**: 購入後の問題や技術的な課題を、コミュニティとチームがサポートします。
    - **学びと共有**: 技術や作例の情報交換でスキルを向上させます。
    - **限定先行情報**: 新製品の発表や先行プレビューを入手できます。
    - **特別割引**: 最新製品の限定割引を利用できます。
    - **季節イベントと景品**: プレゼント企画や季節のイベントに参加できます。

    👉 ものづくりの世界を一緒に探求しませんか？[|link_sf_facebook|] をクリックして今すぐ参加！

.. _2.1.4_c_pi5_mcp3008:

2.1.4 可変抵抗器(MCP3008)
================================

.. note::

   .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
      :width: 25%
      :align: left

   お使いのキットの種類によって、 **ADC0834** か **MCP3008** のどちらかをご確認のうえ、それぞれの説明に進んでください。

はじめに
--------

ADC（アナログ-デジタル変換）機能は、アナログ信号をデジタル値に変換するために使われます。  
この実験では MCP3008 ADC チップを用いて変換を行います。  
可変抵抗器を回すことで電圧が変化し、その変化を MCP3008 がデジタル値に変換し、Raspberry Pi で読み取り・処理します。

必要な部品
----------

本プロジェクトで必要な部品は以下の通りです。

.. image:: ../img/list2_2.1.4_potentiometer.png

原理
----

**MCP3008**

MCP3008 は 8 チャンネル入力を持つ 10ビット逐次比較型ADC で、SPI（シリアルペリフェラルインタフェース）通信方式を採用しています。  
マイコンと接続してアナログ信号をデジタルデータに変換し、処理に利用できます。

.. image:: ../img/MCP3008.jpg
      :width: 40%

**動作の流れ**

1. MCP3008 との通信を始めるには、CS（チップセレクト）を Low にします。  
2. マイコンから SPI 経由で3バイトの制御データを送信し、設定と読み出すチャンネルを指定します。  
3. 最初のバイトには開始ビットとシングル/差動選択ビットが含まれます。次のビットで CH0〜CH7 を選択します。  
4. クロックの立ち上がりごとにデータが取り込まれ、同時に変換結果が送信されます。  
5. 内部で入力チャンネルの安定時間を確保した後、サンプル・アンド・ホールド回路と SAR コンパレータで10ビット変換を行います。  
6. 変換結果は MISO（Master In Slave Out）から MSB（最上位ビット）から順に送られます。  
7. 全10ビットのデータが送られると、次のコマンド待ち状態になります。

* `MCP3008シリーズ データシート <https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/304558/MICROCHIP/MCP3008-ISLASHP.html>`_

.. image:: ../img/MCP3008detail.png

**可変抵抗器**

可変抵抗器は3端子を持つ抵抗部品で、つまみやスライダーの位置によって抵抗値を変えることができます。  
抵抗体と可動接点から構成され、接点の位置によって抵抗値や出力電圧が変化します。

.. image:: ../img/image310.png
    :width: 300
    :align: center

可変抵抗器の主な機能は以下の通りです。

1. **分圧器として使う**  
   軸やスライダーを動かすことで、可動接点が抵抗体上を移動し、その位置に応じて出力電圧が変化します。

回路図
------

.. list-table::
    :widths: 30 30 30 30
    :header-rows: 1

    *   - T-Board 名
        - 物理ピン
        - WiringPi
        - BCM

    *   - SPICE0
        - pin24
        - 10
        - 8
    *   - SPIMOSI
        - pin19
        - 12
        - 10
    *   - SPIMISO
        - pin21
        - 13
        - 9
    *   - SPISCLK
        - pin23
        - 14
        - 11
    *   - GPIO22
        - pin15
        - 3
        - 22

.. image:: ../img/schematic_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

実験手順
--------

**手順1:** 回路を組みます。

.. image:: ../img/july24_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

.. note::
    図の位置関係を参考にチップを配置してください。溝が左側になるように置きます。

**手順2:** コードファイルを開きます。

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.1.4-2/

**手順3:** コードをコンパイルします。

.. code-block::

    gcc 2.1.4_Potentiometer.c -lwiringPi

**手順4:** 実行します。

.. code-block::

    sudo ./a.out

プログラム実行後、可変抵抗器のつまみを回すと、LEDの明るさが変化します。

.. note::
    実行後に動作しない場合や  
    「wiringPi.h: No such file or directory」というエラーが出る場合は、:ref:`install_wiringpi` を参照してください。

**コード**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <wiringPiSPI.h>
    #include <stdio.h>
    #include <softPwm.h>

    #define SPI_CHANNEL 0  // CE0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
    #define LedPin      3

    int readADC(int channel) {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;                             // 開始ビット
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;            // シングルエンドモード + チャンネル指定
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
        return value;
    }

    int main(void) {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("WiringPi init failed!\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("SPI setup failed!\n");
            return 1;
        }

        softPwmCreate(LedPin, 0, 100);

        while (1) {
            int analogVal = readADC(0);  // CH0
            printf("ADC Value: %d\n", analogVal);

            int pwmVal = analogVal * 100 / 1023;  // 0〜100 に正規化
            softPwmWrite(LedPin, pwmVal);

            delay(100);
        }

        return 0;
    }

**コード解説**

.. code-block:: c

    #define SPI_CHANNEL 0  // CE0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
    #define LedPin      3

SPI チャンネルを CE0 に設定、通信速度を 1MHz に設定し、LED のピンを GPIO3 に割り当てています。

.. code-block:: c

    int readADC(int channel) {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;                             // 開始ビット
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;            // シングルエンドモード + チャンネル指定
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
        return value;
    }

この関数は MCP3008 からアナログデータを読み取ります。

* チャンネル番号が 0〜7 の範囲かを確認します。
* 3バイト配列を準備し、

  * ``buffer[0]`` に開始ビット
  * ``buffer[1]`` にシングルエンドモードとチャンネル番号
  * ``buffer[2]`` は結果受信用の空データ  
    を格納します。

* ``wiringPiSPIDataRW`` で SPI 送受信を行います。
* ビット演算で 10ビットの結果を抽出します。

.. code-block:: c

    int main(void) {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("WiringPi init failed!\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("SPI setup failed!\n");
            return 1;
        }

        softPwmCreate(LedPin, 0, 100);

        while (1) {
            int analogVal = readADC(0);  // CH0
            printf("ADC Value: %d\n", analogVal);

            int pwmVal = analogVal * 100 / 1023;  // 0〜100 に正規化
            softPwmWrite(LedPin, pwmVal);

            delay(100);
        }

        return 0;
    }

メイン関数では、

* ``wiringPiSetup()`` でライブラリを初期化
* ``wiringPiSPISetup()`` で SPI 通信を設定
* ``softPwmCreate()`` で GPIO3 に PWM を設定（0〜100）

その後無限ループに入り、

1. CH0 から ADC 値を読み取る  
2. 値を表示  
3. PWM 用に 0〜100 に変換  
4. LED の明るさを更新  

``delay(100)`` で 100ms 待機します。