.. note::

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.. _2.1.7_py_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応じて **ADC0834** または **MCP3008** が含まれています。  
   お手持ちのバージョンに対応する章をご参照ください。

概要
----

アナログ信号をデジタル値に変換するために A/D 変換が利用されます。  
この実験では MCP3008 A/D 変換器を使用してこの変換を行います。  
可変抵抗器は可変電圧を発生させ、物理量を変化させます。  
MCP3008 はこのアナログ電圧をデジタル値に変換し、ラズベリーパイで読み取り処理できます。

必要な部品
------------

本プロジェクトで必要な部品は次のとおりです。

.. image:: ../python_pi5/img/list2_2.1.4_potentiometer.png

キット一式で購入すると便利です。リンクはこちら：

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

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

個別に購入することもできます。以下のリンクをご参照ください。

.. 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:: ../python_pi5/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:: ../python_pi5/img/july24_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

.. note::  
    図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配置します。

**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` 参照）。すでに設定済みの場合は省略可能です。

**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-pi5

**ステップ 4:** 実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.1.7-2_Potentiometer_zero.py

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

.. warning::

    ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` エラーが表示された場合は :ref:`faq_soc` を参照してください。

コード
------

.. note::
    以下のコードは **修正／リセット／コピー／実行／停止** が可能です。  
    その前に ``raphael-kit/python-pi5`` のソースコードパスに移動してください。変更後、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
    from gpiozero import PWMLED

    # Initialize PWM LED on GPIO22
    led = PWMLED(22)

    # Initialize SPI
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0 (CE0)
    spi.max_speed_hz = 1000000

    def read_adc(channel):
        """
        Read analog value from MCP3008
        :param channel: ADC channel (0-7)
        :return: 10-bit integer (0-1023)
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        # MCP3008 protocol
        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):
        """
        Map a value from one range to another
        """
        return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

    try:
        while True:
            # Read from MCP3008 channel 0
            res = read_adc(0)
            print('res = %d' % res)

            # Map 0–1023 to 0–100%
            R_val = MAP(res, 0, 1023, 0, 100)

            # Set LED brightness
            led.value = R_val / 100.0

            time.sleep(0.2)

    except KeyboardInterrupt:
        led.value = 0  # Turn off the LED

コード解説
----------

1. ``gpiozero`` は PWM 出力で LED を制御するために使用します。 ``spidev`` は MCP3008 との通信、 ``time`` は遅延処理に使用します。

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

       import spidev
       import time
       from gpiozero import PWMLED

2. GPIO22 に接続された LED を PWM 制御するために ``PWMLED`` オブジェクトを初期化し、SPI（バス0、CE0）を設定します。

   .. code-block:: python

       # Initialize PWM LED on GPIO22
       led = PWMLED(22)

       # Initialize SPI
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0 (CE0)
       spi.max_speed_hz = 1000000



3. ``read_adc`` 関数は MCP3008 から指定したチャネル (0〜7) のアナログ値を取得します。

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           """
           Read analog value from MCP3008
           :param channel: ADC channel (0-7)
           :return: 10-bit integer (0-1023)
           """
           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`` 関数は一つの範囲を別の範囲に変換するために使います（ADC の値を LED の明るさに対応させるために使用）。

   .. 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. 無限ループで ADC 値を読み取り、0〜1023 の範囲を 0〜100 に変換し、LED の明るさを調整します。0.2 秒ごとに更新します。

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               # Read from MCP3008 channel 0
               res = read_adc(0)
               print('res = %d' % res)

               # Map 0–1023 to 0–100%
               R_val = MAP(res, 0, 1023, 0, 100)

               # Set LED brightness
               led.value = R_val / 100.0

               time.sleep(0.2)

6. Ctrl+C で停止した場合、LED を消灯します。

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           led.value = 0  # Turn off the LED