注釈

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2.11 ノブを回す

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：

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

PicoのADCピン

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：

名前	このキットの部品	リンク
Newton Lab Kit	450以上	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。

番号	部品	数量	リンク
1	Raspberry Pi Pico 2	1	購入
2	Micro USBケーブル	1
3	ブレッドボード	1	購入
4	ジャンパーワイヤー	複数	購入
5	抵抗器	1（220Ω）	購入
6	LED	1	購入
7	ポテンショメータ	1	購入

回路図

配線図

コードの作成

注釈

• 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、 直接開いてコードを実行する を参照してください。

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

1. 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。

2. 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。

3. 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

• Pulse-width modulation

• machine.ADC