注釈

こんにちは、FacebookのSunFounder Raspberry Pi & Arduino & ESP32愛好家コミュニティへようこそ！Raspberry Pi、Arduino、ESP32について、同じ興味を持つ仲間と一緒にさらに深く学びましょう。

参加する理由は？

  • 専門家によるサポート: 販売後の問題や技術的な課題をコミュニティやチームの助けで解決します。

  • 学びと共有: スキル向上のためのヒントやチュートリアルを交換します。

  • 独占的なプレビュー: 新製品の発表や先行プレビューに早期アクセスできます。

  • 特別割引: 最新製品を特別価格で購入できます。

  • 祝祭プロモーションとプレゼント: ギフトやホリデープロモーションに参加できます。

👉 一緒に探索して創造しませんか？[ここ]をクリックして今すぐ参加！

2.11 ノブを回す

このレッスンでは、Raspberry Pi Pico 2 W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調整され、その後、パルス幅変調（PWM）を使用してLEDの明るさを制御します。

アナログ入力の理解

これまで、デジタル入力および出力を使用してきましたが、これはON（高電圧）またはOFF（低電圧）のいずれかです。しかし、多くの実際の信号はアナログであり、値の範囲内で連続的に変化することができます。例えば、光の強度、温度、音のレベルなどが挙げられます。

Raspberry Pi Pico 2 Wには内蔵ADCがあり、これを使ってアナログ電圧を読み取り、コードで処理可能なデジタル値に変換できます。

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) * 1023

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：

  • GP26 （ADC0）

  • GP27 （ADC1）

  • GP28 （ADC2）

さらに、内部で温度センサーに接続された4番目のADCチャンネル（ADC4）があります。このセンサーについては後のレッスンで扱います。

必要なコンポーネント

このプロジェクトに必要なコンポーネントは以下の通りです。

キットをまとめて購入するのが便利です。こちらがリンクです：

名前

このキットのアイテム

購入リンク

Pico 2 W スターターキット

450+

Pico 2 W Kit

これらのコンポーネントは、下記のリンクから個別に購入することもできます。

SN

コンポーネント紹介

数量

購入リンク

1

Pico 2 Wの概要

1

2

マイクロUSBケーブル

1

3

ブレッドボード

1

買う

4

ジャンパーワイヤー

数本

買う

5

抵抗器

1(220Ω)

買う

6

LED

1

買う

7

ポテンショメーター

1

買う

回路図

sch_pot

配線

wiring_pot

コード

注釈

  • 2.11_turn_the_knob.ino ファイルを pico-2w-kit-main/arduino/2.11_turn_the_knob パスで開くことができます。

  • または、このコードを Arduino IDE にコピーします。

  • Upload ボタンをクリックする前に、ボード（Raspberry Pi Pico）と正しいポートを選択するのを忘れないでください。

// ピンを定義
const int potPin = 28;   // ポテンショメーターはGP28（ADC2）に接続
const int ledPin = 15;   // LEDはGP15（PWM対応）に接続

void setup() {
  // デバッグ用にシリアル通信を初期化
  Serial.begin(115200);
  // LEDピンを出力として設定
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // ポテンショメーターからアナログ値を読み取る（0-1023）
  int sensorValue = analogRead(potPin);
  // デバッグ用にセンサー値をシリアルモニターに表示
  Serial.println(sensorValue);

  // センサー値をPWM値にマッピング（0-255）
  int brightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);
  // LEDの明るさを設定
  analogWrite(ledPin, brightness);

  // 安定性のために少し遅延
  delay(10);
}

コードが実行中でシリアルモニターが開いているとき：

  • ポテンショメーターのノブを回すと、LEDの明るさが滑らかに暗くから明るく変化するはずです。

  • ポテンショメーターを調整すると、アナログ値が約0から1023の範囲で表示されるはずです。

コードの理解

  1. ピンの定義：

    ポテンショメーターとLEDに使用するGPIOピンを設定します。

    const int potPin = 28;   // ポテンショメーターはGP28（ADC2）に接続
const int ledPin = 15;   // LEDはGP15（PWM対応）に接続

  2. シリアル通信の初期化：

    シリアル通信を開始し、シリアルモニターにメッセージを表示できるようにします。

    Serial.begin(115200);

  3. アナログ値の読み取り：

    potPin（GP28）のアナログ電圧を読み取り、0から1023の範囲で値を返します。

    int sensorValue = analogRead(potPin);

  4. センサー値の表示：

    現在のセンサー値をシリアルモニターに表示してデバッグします。

    Serial.println(sensorValue);

  5. センサー値のマッピング：

    センサー値（0-1023）をPWM出力に適した明るさ値（0-255）に変換します。

    int brightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);

  6. LEDの明るさ設定：

    ledPin（GP15）のPWMデューティサイクルを設定することで、LEDの明るさを調整します。

    analogWrite(ledPin, brightness);

  7. 小さな遅延の追加：

    読み取りを安定させ、ループが速すぎないようにするための短い遅延です。

    delay(10);

さらなる探求

  • 電圧の表示：コードを変更して、ポテンショメーターから読み取った実際の電圧を計算して表示します。

    // ピンを定義
const int potPin = 28;  // ポテンショメーターはGP28（ADC2）に接続
const int ledPin = 15;  // LEDはGP15（PWM対応）に接続

void setup() {
  // デバッグ用にシリアル通信を初期化
  Serial.begin(115200);
  // LEDピンを出力として設定
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // ポテンショメーターからアナログ値を読み取る（0-1023）
  int sensorValue = analogRead(potPin);

  // デバッグ用にセンサー値をシリアルモニターに表示
  Serial.println(sensorValue);

  // 実際の電圧を計算して表示
  float voltage = sensorValue * (3.3 / 1023.0);
  Serial.print("Voltage: ");
  Serial.print(voltage);
  Serial.println(" V");

  // センサー値をPWM値にマッピング（0-255）
  int brightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);
  // LEDの明るさを設定
  analogWrite(ledPin, brightness);

  // 安定性のために少し遅延
  delay(10);
}

  • 複数のLEDを制御：複数のポテンショメーターを使用して、異なるLEDやRGB LEDの色を制御します。

  • 他のセンサーとの組み合わせ：ポテンショメーターを他のアナログセンサー（例えば光依存抵抗器（LDR））に置き換えて、周囲の光に応じてLEDを制御します。

概念の説明

  • アナログ-デジタル変換（ADC）：

    • PicoのADCは、ポテンショメーターからのアナログ電圧をデジタル値に変換します。

    • 0Vから3.3Vの電圧範囲を0から1023の数値に変換します。

  • パルス幅変調（PWM）：

    • PWMは、デジタルピンを高速でHIGHとLOWの状態で切り替えることによってアナログ電圧をシミュレートする技術です。

    • 信号がHIGHの時間の割合（デューティサイクル）を調整することで、LEDやモーターなどのデバイスを制御できます。

  • 値のマッピング：

    • map() 関数は、値の範囲を別の範囲にスケーリングします。

    • この場合、ポテンショメーターの0-1023の範囲をPWMの0-255の範囲にマッピングします。

まとめ

このレッスンでは、Raspberry Pi PicoのADCを使用してポテンショメーターからアナログ入力を読み取り、その入力を使用してPWMを介してLEDの明るさを制御する方法を学びました。この基本的な技術により、さまざまなアナログセンサーとインターフェースし、出力を比例的に制御できるようになります。