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2.1.4 可変抵抗器(MCP3008)

注釈

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。

../_images/list2_2.1.4_potentiometer1.png

回路図

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

../_images/schematic_2.1.7_potentiometer_mcp30081.png

実験手順

手順1: 回路を組み立てます。

../_images/july24_2.1.7_potentiometer_mcp30081.png

注釈

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 SPI 設定を参照）。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。

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

手順4: 実行します。

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。

警告

RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address というエラーが出た場合は「gpiozero」が動作しない場合。を参照してください。

コード

#!/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。
```
#!/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。
```
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。

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。
```
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。

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