.. note::

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.. _2.2.1_py_pi5_mcp3008:

2.2.1 フォトレジスタ(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
--------

フォトレジスタは、日常生活において周囲の光の強さを検出するためによく使われる部品です。  
昼夜の判別や常夜灯などの光制御機能を実現できます。  
このプロジェクトは可変抵抗器（ポテンショメータ）に非常によく似ており、電圧変化によって光を検出していると考えることができます。

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_2.2.1_photoresistor.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_2.2.1_photoresistor_mcp3008.png

実験手順
--------

**手順1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../python_pi5/img/july24_2.2.1_photoresistor_mcp3008.png

**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:** コードのフォルダへ移動します。

.. code-block::

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

**手順4:** 実行ファイルを起動します。

.. code-block::

    sudo python3 2.2.1-2_Photoresistor_zero.py

コード実行中、フォトレジスタが検出する光の強さに応じて 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 に接続された PWM LED を初期化
    led = PWMLED(22)

    # SPI 通信を初期化（バス 0、CE0 → GPIO8）
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # バス 0、CS0
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    # MCP3008 チャンネル（0–7）から読み取る関数
    def read_adc(channel):
        """
        MCP3008 からアナログ値を読み取る（0–1023）
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        # MCP3008 プロトコル: スタートビット、シングルエンドモード、チャンネル(3ビット)、フィラー
        r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
        return value

    # 値をある範囲から別の範囲に変換する関数
    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

    # ADC の値を読み取り、LED の明るさを制御するメインループ
    def loop():
        while True:
            # MCP3008 のチャンネル0からアナログ値を読み取る
            analogVal = read_adc(0)
            print('value = %d' % analogVal)

            # 0–1023 を PWM 範囲 0.0–1.0 に変換
            led.value = analogVal / 1023.0

            # 0.2 秒待機
            time.sleep(0.2)

    # メインループを実行し、Ctrl+C で安全に終了
    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:
        led.value = 0  # 終了前に LED を消灯

コード解説
----------

#. ``gpiozero`` の ``PWMLED`` クラスで PWM LED を制御し、 ``spidev`` で MCP3008 との SPI 通信を行い、``time`` で待機時間を扱います。

   .. code-block:: python

       import spidev
       import time
       from gpiozero import PWMLED

#. GPIO22 に接続した PWM LED を初期化し、MCP3008 用に SPI インターフェース（バス 0、CE0）を設定します。クロックスピードは 1 MHz に設定します。

   .. code-block:: python

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

#. MCP3008 の特定チャンネルから値を取得する ``read_adc()`` 関数を定義します。3バイトのコマンドを SPI で送信し、返答から 10 ビットの値を抽出します。

   .. code-block:: python

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

#. 値をある範囲から別の範囲に変換する補助関数 ``MAP()`` を定義します。これにより ADC の生データを PWM 出力用の範囲に変換できます。

   .. 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

#. メインループでは MCP3008 チャンネル0からアナログ値を取得し、0.0〜1.0 の PWM 値に変換して LED の明るさを制御します。0.2秒ごとに繰り返します。

   .. code-block:: python

       def loop():
           while True:
               analogVal = read_adc(0)
               print('value = %d' % analogVal)
               led.value = analogVal / 1023.0
               time.sleep(0.2)

#. ``KeyboardInterrupt`` を処理し、Ctrl+C で終了する際には LED を消灯します。

   .. code-block:: python

       try:
           loop()
       except KeyboardInterrupt:
           led.value = 0