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 Wの内蔵アナログ-デジタルコンバータ（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（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を調整し、その値を使ってPWM（パルス幅変調）を通じてLEDの明るさを制御します。

アナログ入力の理解

これまで、デジタル入力と出力を扱ってきました。デジタル入力はON（高電圧）かOFF（低電圧）のいずれかです。しかし、実際の多くの信号はアナログで、値が連続的に変化します。例えば、光の強さ、温度、音のレベルなどです。

Raspberry Pi Pico 2 W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内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以下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にはアナログ入力として使用できる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ている4番目のADCチャネル（ADC4）もあり、これについては後のレッスンで学びます。

• ポテンショメーター

必要な部品

このプロジェクトで必要な部品は以下の通りです。

全ての部品がセットになったキットを購入するのが便利です。こちらのリンクをご覧ください：

名前	このキットのアイテム	リンク
Pico 2 Wスターターキット	450+	Pico 2 W Kit

また、以下のリンクから部品を個別に購入することもできます。

SN	コンポーネント	数量	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

ポテンショメーターはアナログデバイスで、ノブを2方向に回すことで電圧が変化します。

ポテンショメーターの中央ピンをアナログピンGP28に接続します。Raspberry Pi Pico 2 Wは、16ビットのマルチチャネルアナログ-デジタルコンバータ（ADC）を内蔵しています。これにより、入力電圧（0Vから動作電圧3.3Vまで）を0から65535の整数値にマッピングできます。このため、GP28の値は0から65535の範囲で変動します。

計算式は以下の通りです：

(Vp/3.3V) x 65535 = Ap

次に、GP28（ポテンショメーター）の値をGP15（LED）のPWM値として設定します。 これにより、ポテンショメーターを回すことでLEDの明るさが同時に変化します。

配線

コードの記述

注釈

• pico-2w-kit-main/micropython の 2.11_turn_the_knob.py ファイルを開くか、以下のコードをThonnyにコピーします。次に「実行」をクリックするか、F5を押して実行します。

• Thonnyの右下に「MicroPython（Raspberry Pi Pico）.COMxx」のインタープリタが選択されていることを確認してください。

• 詳細な手順については コードを開いて直接実行 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)

    # 読み取りを安定させるために小さな遅延
    utime.sleep_ms(200)

コードを実行すると、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、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. アナログの読み取り：

   • 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アナログ電圧を読み取り、16ビット整数（0から65535の範囲）を返します。

     • 0 は 0V に対応。

     • 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に基づいてPWM信号のデューティサイクルを設定します。

     • 高い value はデューティサイクルを増加させ、LEDが明るくなります。

     • 低い value はデューティサイクルを減少させ、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、モニタリングします。

さらに実験する

• PWM周波数の変更: led.freq() で異なる周波数を試し、LEDへの影響を観察します。

• ADC値のマッピング: ADC値を別の範囲にスケーリングまたはマッピングし、LEDの明るさへの影響を確認します。

• 他のADCピンの使用: 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場合：

  • LEDと抵抗が正しく接続されているか確認してください。

  • ポテンショメーターが適切に配線されているか確認してください。

• ADC値が不正確な場合：

  • GP28への接続を確認してください。

  • 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てください。

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用してLEDの明るさを簡単かつ効果的に制御する方法を作り出しました。このプロジェクトは、アナログ信号を読み取り、それを使って他のコンポーネントを制御する方法を示しており、電子工学および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。

参照資料

• パルス幅変調

• machine.ADC