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.. _py_pot:

2.11 ノブを回す
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このレッスンでは、Raspberry Pi Pico 2の内蔵アナログ・デジタル変換器（ADC）を使用してアナログ入力を読み取り、その入力を使ってLEDの明るさを制御する方法を学びます。具体的には、可変抵抗器であるポテンショメーターをアナログ入力デバイスとして使用します。ポテンショメーターのノブを回すことで、Picoが読み取る電圧レベルが変化し、その値を使ってLEDの明るさをパルス幅変調（PWM）で制御します。


**アナログ入力の理解**

これまで、デジタル入力と出力を使用してきました。デジタル信号はON（高電圧）かOFF（低電圧）のいずれかですが、実際の多くの信号はアナログであり、連続的に値が変化します。例としては、光の強さ、温度、音のレベルなどがあります。

Raspberry Pi Pico 2には、アナログ電圧を読み取り、それをデジタル値に変換してコードで処理できる内蔵のADCがあります。

ADCはポテンショメーターからのアナログ電圧を次の式を使ってデジタル値に変換します：

.. code-block::

  Digital Value = (Analog Voltage/3.3V) * 65535


**PicoのADCピン**

|pin_adc|

Picoにはアナログ入力に使用できる3つのGPIOピンがあります：

* （ADC0） **GP26**
* （ADC1） **GP27**
* （ADC2） **GP28**

また、内部で温度センサー（ADC4）に接続された4番目のADCチャネルがあります。これは後のレッスンで探ります。

**必要なもの**

このプロジェクトには、以下の部品が必要です。

全ての部品を揃えたキットを購入するのが便利です。こちらのリンクからご覧ください：

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - 名前	
        - このキットの部品
        - リンク
    *   - Newton Lab Kit	
        - 450以上
        - |link_newton_lab_kit|

部品は以下のリンクから個別に購入することもできます。


.. list-table::
    :widths: 5 20 5 20
    :header-rows: 1

    *   - 番号
        - 部品	
        - 数量
        - リンク

    *   - 1
        - :ref:`cpn_pico_2`
        - 1
        - |link_pico2_buy|
    *   - 2
        - Micro USBケーブル
        - 1
        - 
    *   - 3
        - :ref:`cpn_breadboard`
        - 1
        - |link_breadboard_buy|
    *   - 4
        - :ref:`cpn_wire`
        - 複数
        - |link_wires_buy|
    *   - 5
        - :ref:`cpn_resistor`
        - 1（220Ω）
        - |link_resistor_buy|
    *   - 6
        - :ref:`cpn_led`
        - 1
        - |link_led_buy|
    *   - 7
        - :ref:`cpn_potentiometer`
        - 1
        - |link_potentiometer_buy|

**回路図**

|sch_pot|

**配線図**

|wiring_pot|


**コードの作成**

.. note::

  * ``2.11_turn_the_knob.py`` ファイルを ``newton-lab-kit/micropython`` のパスで開くか、以下のコードをThonnyにコピーして、「現在のスクリプトを実行」をクリックするか、 **F5** キーを押して実行します。
  * Thonnyの右下で「MicroPython (Raspberry Pi Pico).COMxx」インタプリタが選択されていることを確認します。
  * 詳細な手順については、 :ref:`open_run_code_py` を参照してください。

.. code-block:: python

  import machine
  import utime

  # GP28でADCを初期化
  potentiometer = machine.ADC(28)

  # GP15でPWMを初期化
  led = machine.PWM(machine.Pin(15))
  led.freq(1000)  # PWMの周波数を1000Hzに設定

  while True:
      # アナログ値（0〜65535）を読み取る
      value = potentiometer.read_u16()
      print("Potentiometer value:", value)

      # LEDの明るさを設定
      led.duty_u16(value)

      # 読み取りの安定化のため小さな遅延
      utime.sleep_ms(200)

プログラムを実行すると、ポテンショメーターのノブを回すことでLEDの明るさが変化します。また、コンソールにはポテンショメーターから読み取った現在のアナログ値が表示されます。

**コードの理解**

#. アナログ読み取り：

   * ``potentiometer = machine.ADC(28)`` は、GP28でADCを初期化します。
   * ``value = potentiometer.read_u16()`` は、ポテンショメーターからのアナログ電圧を読み取り、0から65535の16ビット整数値を返します。

     * **0** は **0V** に対応します。
     * **65535** は **3.3V** （Picoの動作電圧）に対応します。

#. PWMでLEDを制御：

   * ``led = machine.PWM(machine.Pin(15))`` は、GP15でPWMを設定します。
   * ``led.freq(1000)`` は、PWMの周波数を1000Hzに設定します。
   * ``led.duty_u16(value)`` は、ポテンショメーターの読み取り値に基づいてPWM信号のデューティサイクルを設定します。

     * ``value`` が大きいほどデューティサイクルが増加し、LEDが明るくなります。
     * ``value`` が小さいほどデューティサイクルが減少し、LEDが暗くなります。

#. 値を表示：

   * ``print("Potentiometer value:", value)`` は、現在のアナログ値をコンソールに表示します。


**実験をさらに進める**

* **PWM周波数を変更する**: ``led.freq()`` で異なる周波数を試し、LEDへの影響を観察します。
  
* **ADC値をマッピングする**: スケーリング係数を導入して、ADC値を異なる範囲にマッピングし、LEDの明るさへの影響を確認します。

* **他のADCピンを使う**: ポテンショメーターをGP26やGP27に接続し、コードを調整します。

**トラブルシューティングのヒント**

* LEDの明るさが変わらない：

  * LEDと抵抗が正しく接続されているか確認します。
  * ポテンショメーターが正しく配線されていることを確認します。

* 不正確なADC値：

  * GP28への接続を確認します。
  * ポテンショメーターの外側のピンが3.3VとGNDに接続されていることを確認します。

**結論**

アナログ入力とPWM出力を統合することで、ポテンショメーターを使ってLEDの明るさを制御する簡単で強力な方法を作成しました。このプロジェクトは、アナログ信号を読み取り、それを他のコンポーネントの制御に利用する方法を示しており、エレクトロニクスとマイクロコントローラープログラミングの基本的なスキルです。

**参考文献**

* |link_wiki_pwm|
* |link_mpython_adc|