.. note::

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.. _2.1.7_c_pi5_mcp3008:

2.1.7 可変抵抗器 (MCP3008)
================================

.. note::

   .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
      :width: 25%
      :align: left
    

   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。  
   該当するセクションを選択してください。

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います。  
この実験では MCP3008 ADC チップを使用して変換を行います。  
可変抵抗器を使って電圧を変化させ、MCP3008 がそのアナログ電圧をデジタル値に変換し、Raspberry Pi で読み取ります。

必要な部品
------------------------------

このプロジェクトには以下の部品が必要です。

.. image:: ../img/list2_2.1.4_potentiometer.png

部品をまとめて購入するのが便利です。リンクはこちら:

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

    *   - 名前	
        - キット内数量
        - リンク
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下から個別に購入することもできます。

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - 部品紹介
        - 購入リンク

    *   - :ref:`cpn_gpio_extension_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_led`
        - |link_led_buy|
    *   - :ref:`cpn_potentiometer`
        - |link_potentiometer_buy|
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-

回路図
-----------------

.. list-table::
    :widths: 30 30 30 30
    :header-rows: 1

    *   - T-Board 名
        - physical
        - WiringPi
        - BCM

    *   - SPICE0
        - pin24
        - 10
        - 8
    *   - SPIMOSI
        - pin19
        - 12
        - 10
    *   - SPIMISO
        - pin21
        - 13
        - 9
    *   - SPISCLK
        - pin23
        - 14
        - 11
    *   - GPIO22
        - pin15
        - 3
        - 22

.. image:: ../img/schematic_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

実験手順
-----------------------

**ステップ 1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../img/july24_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

.. note::
    写真に示された位置を参考にチップを配置してください。  
    溝が左側になるように置きます。

**ステップ 2:** コードファイルを開きます。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/c/2.1.7-2/

**ステップ 3:** コードをコンパイルします。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.1.7_Potentiometer.c -lwiringPi

**ステップ 4:** 実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

コードを実行すると、可変抵抗器のつまみを回すと LED の明るさが変化します。

.. note::

    実行しても動作しない、または「wiringPi.h: No such file or directory」というエラーが出た場合は :ref:`install_wiringpi_pi5` を参照してください。

**コード**

.. code-block:: c

        #include <wiringPi.h>
        #include <wiringPiSPI.h>
        #include <stdio.h>
        #include <softPwm.h>

        #define SPI_CHANNEL 0  // CE0
        #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
        #define LedPin      3

        int readADC(int channel) {
            if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

            unsigned char buffer[3];
            buffer[0] = 1;                             // 開始ビット
            buffer[1] = (8 + channel) << 4;            // シングルエンドモード、チャンネル
            buffer[2] = 0;

            wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

            int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
            return value;
        }

        int main(void) {
            if (wiringPiSetup() == -1) {
                printf("WiringPi init failed!\n");
                return 1;
            }

            if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
                printf("SPI setup failed!\n");
                return 1;
            }

            softPwmCreate(LedPin, 0, 100);

            while (1) {
                int analogVal = readADC(0);  // CH0
                printf("ADC Value: %d\n", analogVal);

                int pwmVal = analogVal * 100 / 1023;  // 0–100 に正規化
                softPwmWrite(LedPin, pwmVal);

                delay(100);
            }

            return 0;
        }

**コード解説**

.. code-block:: c

    #define SPI_CHANNEL 0  // CE0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
    #define LedPin      3

SPI チャンネルを CE0 に設定し、SPI 速度を 1MHz に設定、GPIO3 を LED ピンに割り当てます。

.. code-block:: c

    int readADC(int channel) {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;                             // 開始ビット
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;            // シングルエンドモード、チャンネル選択
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
        return value;
    }

この関数は MCP3008 からアナログデータを読み取ります。

* チャンネル番号が 0～7 の範囲か確認します。
* 3バイトの配列を初期化します:

  * ``buffer[0] = 1``: MCP3008 通信用の開始ビット。
  * ``buffer[1] = (8 + channel) << 4``: シングルエンドモードでチャンネルを指定。
  * ``buffer[2] = 0``: 結果を受け取るプレースホルダ。
  
* ``wiringPiSPIDataRW`` で SPI 通信を実行。
* 10ビットの ADC 結果をビット演算で抽出して返します。

.. code-block:: c

    int main(void) {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("WiringPi init failed!\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("SPI setup failed!\n");
            return 1;
        }

        softPwmCreate(LedPin, 0, 100);

        while (1) {
            int analogVal = readADC(0);  // CH0
            printf("ADC Value: %d\n", analogVal);

            int pwmVal = analogVal * 100 / 1023;  // 0–100 に正規化
            softPwmWrite(LedPin, pwmVal);

            delay(100);
        }

        return 0;
    }

**main 関数の流れ**

* ``wiringPiSetup()`` : WiringPi ライブラリを初期化。
* ``wiringPiSPISetup()`` : SPI 通信をチャンネル 0、1MHz で初期化。
* ``softPwmCreate()`` : GPIO3 でソフトウェア PWM を 0～100 の範囲で生成。

無限ループ内で:

* 可変抵抗器が接続されたチャンネル 0 の ADC 値を読み取る。
* その値をターミナルに表示。
* 10 ビットの ADC 値を PWM デューティ比 (0～100) に変換。
* LED の明るさを可変抵抗器の位置に応じて変更。

``delay(100)`` で 100 ミリ秒待機して次の処理に移ります。