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.. _3.1.5_c_pi5_mcp3008:


3.1.5 電池残量表示器(MCP3008)
==================================

.. note::

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

   お使いのキットによって、 **ADC0834** または **MCP3008** のどちらを使用しているかを確認し、対応する説明に進んでください。

はじめに
--------

このプロジェクトでは、LED バーグラフでバッテリー残量を視覚的に表示するバッテリーインジケーターを作ります。

.. warning::

    3.3V を超えるバッテリーを使用しないでください。過電圧によりチップや Raspberry Pi が損傷するおそれがあります。

必要な部品
----------

本プロジェクトで使用する部品は以下の通りです。

.. image:: ../img/list2_Battery_Indicator.png
    :align: center

回路図
------

============ ======== ======== ===
T-Board 名   物理ピン wiringPi BCM
SPICE0       Pin 24   10       8
SPIMOSI      Pin 19   12       10
SPIMISO      Pin 21   13       9
SPISCLK      Pin 23   14       11
GPIO25       Pin 22   6        25
GPIO12       Pin 32   26       12
GPIO16       Pin 36   27       16
GPIO20       Pin 38   28       20
GPIO21       Pin 40   29       21
GPIO5        Pin 29   21       5
GPIO6        Pin 31   22       6
GPIO13       Pin 33   23       13
GPIO19       Pin 35   24       19
GPIO26       Pin 37   25       26
============ ======== ======== ===

.. image:: ../img/schematic_battery_indicator_mcp3008.png
   :align: center

実験手順
--------

**手順1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../img/july24_3.1.5_battery_indicator_mcp3008.png

**手順2:** コードのあるフォルダに移動します。

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/3.1.5-2/

**手順3:** コードをコンパイルします。

.. code-block::

    gcc 3.1.5_BatteryIndicator.c -lwiringPi

**手順4:** 実行します。

.. code-block::

    sudo ./a.out

プログラムが動作したら、MCP3008 の 3 番ピンと GND にそれぞれリード線を接続し、バッテリーの両極に接続します。  
LED バーグラフ上の対応する LED が点灯し、電圧に応じた残量を表示します（測定範囲: 0〜5V）。

.. note::
    実行後に動作しない場合や  
    「wiringPi.h: No such file or directory」というエラーが表示された場合は、: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>

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
    #define VREF        3.3      

    int pins[10] = {6, 26, 27, 28, 29, 21, 22, 23, 24, 25};

    int read_ADC(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
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

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

    void LedBarGraph(int value) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i < value)
                digitalWrite(pins[i], HIGH);  
            else
                digitalWrite(pins[i], LOW);
        }
    }

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

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

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pinMode(pins[i], OUTPUT);
            digitalWrite(pins[i], HIGH);
        }

        while (1) {
            int analogVal = read_ADC(0);  // MCP3008 CH0
            if (analogVal < 0) continue;

            float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
            int level = analogVal * 10 / 1024;  
            if (level > 10) level = 10;  

            LedBarGraph(level);

            printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

            delay(200);
        }

        return 0;
    }

コード解説
----------

.. code-block:: c

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

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;  // Start bit
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // Single-ended mode, CH0~CH7
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];  // Combine 10-bit result
        return value;
    }

MCP3008 の指定チャンネルからアナログ値を SPI 経由で読み取ります。  
戻り値は 0〜1023 の範囲の 10 ビットデジタル値です。


.. code-block:: c

    void LedBarGraph(int value) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i < value)
                digitalWrite(pins[i], HIGH);  // Turn on LED (assumes active HIGH wiring)
            else
                digitalWrite(pins[i], LOW);   // Turn off LED
        }
    }


10 個の LED バーグラフを制御します。  
引数の値に応じて先頭から順に LED を点灯させます（アクティブ HIGH 接続を想定）。

.. code-block:: c

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

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

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pinMode(pins[i], OUTPUT);
            digitalWrite(pins[i], HIGH);  // Initialize all LEDs to ON
        }

        while (1) {
            int analogVal = read_ADC(0);  // Read voltage on CH0
            if (analogVal < 0) continue;

            float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
            int level = analogVal * 10 / 1024;  // Map to 0–10 levels
            if (level > 10) level = 10;

            LedBarGraph(level);  // Display level on LEDs

            printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

            delay(200);  // Update rate: 5 Hz
        }

        return 0;
    }


- WiringPi と SPI を初期化  
- LED バーグラフ用の GPIO ピンを出力に設定  
- MCP3008 CH0 からアナログ電圧を読み取る  
- ADC 値を電圧に変換（VREF = 3.3V）  
- 電圧を 0〜10 段階にスケーリングして LED に表示  
- シリアルコンソールに ADC 値・電圧・LED 段階を出力