.. note::

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.. _2.1.7_py_mcp3008:

2.1.7 ポテンショメータ (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** か **MCP3008** が含まれています。自分のキットに合ったセクションに従ってください。

概要
----

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用されます。  
この実験では MCP3008 ADC チップを使用して変換を行います。  
ポテンショメータを使って可変電圧を生成し、その値を MCP3008 がデジタル値に変換し、Raspberry Pi で読み取り処理を行います。

必要な部品
----------

このプロジェクトでは以下の部品を使用します。

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

キット一式で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
        - キット内の部品数
        - リンク
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

個別に購入する場合は以下のリンクを参照してください。

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

    *   - 部品名
        - 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 名称
        - 物理ピン
        - 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::
    図の配置に従ってチップを正しく配置してください。チップの溝が左側に来るように置いてください。

**ステップ 2:** SPI インターフェースを設定し、 ``spidev`` ライブラリをインストールします（詳細は :ref:`spi_configuration` を参照）。すでに完了している場合はこのステップを省略できます。

**ステップ 3:** コードファイルを開きます。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python

**ステップ 4:** 実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.1.7-2_Potentiometer.py

コードを実行すると、ポテンショメータのつまみを回すことで LED の明るさが変化します。

.. warning::

    ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` というエラーが出た場合は、:ref:`faq_soc` を参照してください。

コード
------

.. note::

    **コードの変更／リセット／コピー／実行／停止** が可能です。  
    ただしその前に ``raphael-kit/python`` ディレクトリに移動してください。  
    コードを変更した後、直接実行して結果を確認できます。

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    import spidev
    import time
    import RPi.GPIO as GPIO

    PWM_PIN = 22

    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)

    pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 1000)
    pwm.start(0)

    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)
    spi.max_speed_hz = 1000000

    def read_adc(channel):
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((adc[1] & 3) << 8) | adc[2]
        return value

    def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
        return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

    try:
        while True:
            res = read_adc(0)
            print('res = %d' % res)
            duty_cycle = MAP(res, 0, 1023, 0, 100)
            pwm.ChangeDutyCycle(duty_cycle)
            time.sleep(0.2)
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    finally:
        pwm.stop()
        GPIO.cleanup()
        spi.close()

コード解説
----------

1. ``RPi.GPIO`` は PWM 信号を生成して LED を制御するために使用します。  
   ``spidev`` は MCP3008 との SPI 通信に使用します。  
   ``time`` はループの遅延に使用します。

   .. code-block:: python

       import spidev
       import time
       import RPi.GPIO as GPIO

2. GPIO22 を PWM 出力に設定し、1kHz で初期化します。  
   SPI はバス 0, CE0 で動作し、速度は 1MHz に設定します。

   .. code-block:: python

       PWM_PIN = 22
       GPIO.setmode(GPIO.BCM)
       GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)
       pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 1000)
       pwm.start(0)
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)
       spi.max_speed_hz = 1000000

3. ``read_adc`` 関数は MCP3008 から指定チャネルのアナログ値を読み取り、10 ビット整数 (0–1023) を返します。

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           if channel < 0 or channel > 7:
               return -1
           adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((adc[1] & 3) << 8) | adc[2]
           return value

4. ``MAP`` 関数は、ある数値範囲を別の範囲に変換します。ADC 値を PWM デューティ比に変換するために使用されます。

   .. code-block:: python

       def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
           return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

5. メインループでは、MCP3008 の CH0 からアナログデータを読み取り、PWM デューティ比 (0–100%) に変換して LED の明るさを制御します。  
   0.2 秒ごとに更新され、Ctrl+C で終了すると PWM を停止し、GPIO を解放して SPI を閉じます。

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               res = read_adc(0)
               print('res = %d' % res)
               duty_cycle = MAP(res, 0, 1023, 0, 100)
               pwm.ChangeDutyCycle(duty_cycle)
               time.sleep(0.2)
       except KeyboardInterrupt:
           pass
       finally:
           pwm.stop()
           GPIO.cleanup()
           spi.close()