.. note::

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.. _2.1.4_py_pi5_mcp3008:

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

.. note::

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

   キットのバージョンによって、 **ADC0834** または **MCP3008** が含まれています。  
   該当する方の説明を参照してください。

はじめに
--------

ADC 機能は、アナログ信号をデジタル値に変換するために使用されます。  
この実験では、MCP3008 ADC チップを使って変換を行います。  
可変抵抗器を使用して可変電圧を生成し、それによって物理量が変化します。  
MCP3008 はこのアナログ電圧をデジタル値に変換し、ラズベリーパイで読み取り処理できるようにします。

必要な部品
----------

このプロジェクトで使用する部品は以下の通りです。

.. image:: ../python_pi5/img/list2_2.1.4_potentiometer.png

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:: ../python_pi5/img/schematic_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

実験手順
--------

**手順1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../python_pi5/img/july24_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

.. note::
    写真に示された位置を参考にしてチップを配置してください。  
    溝が左側にくるように置く必要があります。

**手順2:** SPI インターフェースを設定し、 ``spidev`` ライブラリをインストールします（詳しくは :ref:`spi_configuration` を参照）。すでに完了している場合はこの手順を省略できます。

**手順3:** コードファイルを開きます。

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

**手順4:** 実行します。

.. code-block::

    sudo python3 2.1.4-2_Potentiometer_zero.py

コードを実行すると、可変抵抗器のつまみを回すことで LED の明るさが変化します。

.. warning::

    ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` というエラーが出た場合は :ref:`faq_soc` を参照してください。

コード
------

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    import spidev
    import time
    from gpiozero import PWMLED

    # GPIO22 の PWM LED を初期化
    led = PWMLED(22)

    # SPI を初期化
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # バス 0, CS0 (CE0)
    spi.max_speed_hz = 1000000

    def read_adc(channel):
        """
        MCP3008 からアナログ値を読み取る
        :param channel: ADC チャンネル (0-7)
        :return: 10ビット整数 (0-1023)
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        # MCP3008 通信プロトコル
        adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((adc[1] & 3) << 8) | adc[2]
        return value

    def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
        """
        値をある範囲から別の範囲に変換
        """
        return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

    try:
        while True:
            # MCP3008 チャンネル0から読み取る
            res = read_adc(0)
            print('res = %d' % res)

            # 0–1023 を 0–100% に変換
            R_val = MAP(res, 0, 1023, 0, 100)

            # LED の明るさを設定
            led.value = R_val / 100.0

            time.sleep(0.2)

    except KeyboardInterrupt:
        led.value = 0  # LED を消灯

コード解説
----------

#. ``gpiozero`` は PWM LED 制御、 ``spidev`` は MCP3008 との SPI 通信、 ``time`` は待機時間の実装に使用します。

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

       import spidev
       import time
       from gpiozero import PWMLED

#. GPIO22 に接続された PWMLED オブジェクトを初期化し、MCP3008 と SPI 通信（バス 0, CE0）を設定します。

   .. code-block:: python

       led = PWMLED(22)
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)
       spi.max_speed_hz = 1000000

#. ``read_adc`` 関数を定義し、指定したチャンネル (0–7) から MCP3008 を介してアナログ値を読み取ります。

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           if channel < 0 or channel > 7:
               return -1
           adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((adc[1] & 3) << 8) | adc[2]
           return value

#. ``MAP`` 関数を定義し、ある範囲の値を別の範囲に変換します。これは ADC 値を LED 明るさに対応させる際に便利です。

   .. code-block:: python

       def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
           return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

#. ループで ADC 値を連続して読み取り、10 ビット値 (0–1023) を LED の明るさ (0–100) に変換して設定します。各読み取りの間に 0.2 秒待機します。

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               res = read_adc(0)
               print('res = %d' % res)
               R_val = MAP(res, 0, 1023, 0, 100)
               led.value = R_val / 100.0
               time.sleep(0.2)
       except KeyboardInterrupt:
           led.value = 0