バナー

今さら聞けないラズパイ×Linux超入門


A-D変換値のSPI 読取りとLCD表示のプログラミング

ラズパイのGPIOと通信方式

図1　SPI通信は，CE，MOSI，MISO，SCLKの4本でデータの送受信を行う．I$^2$C通信は，SDAとSCLの2本の信号線でデバイスのアドレスを指定し，データを送信する．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］後閑 哲也
詳細：［VOD/KIT］ ラズベリー・パイで学ぶLinux＆Pythonプログラミング超入門

ラズベリー・パイ（ラズパイ）には，I$^2$CやSPIといった通信方式を利用できるGPIO（汎用入出力ピン）が搭載されています．これらを使うことで，外部デバイスとのデータ送受信が可能です．今回のテーマでは，SPI接続のA-Dコンバータ（ADC）MCP3002を使って電圧値を取得し，I$^2$C接続の液晶表示器（LCD）AQM0802に表示するプログラムを作成します．

  1. ラズパイのGPIOに接続されたSPI機器とI$^2$C機器を制御する
  2. A-Dコンバータ（MCP3002）を用いて電圧値を取得する
  3. 取得した電圧値をLCD（AQM0802）に表示する

SPIを使ったA-D変換の読取り

SPI（Serial Peripheral Interface）は，4本の信号線（MOSI，MISO，SCLK，CE）を用いた同期シリアル通信方式です．ラズパイでは，GPIO10（MOSI），GPIO9（MISO），GPIO11（SCLK），GPIO8（CE0）を使用してMCP3002と接続します．

MCP3002は2チャネルのA-Dコンバータで，ラズパイからSPI通信で制御できます．A-D変換の基本的な流れは以下のとおりです．

  1. CE（チップセレクト）をLowにしてMCP3002をアクティブ化
  2. 制御ビットをMOSI（送信）ラインに送る
  3. 変換結果をMISO（受信）ラインで取得
  4. CEをHighにして通信を終了

MCP3002の変換結果は10ビットのディジタル値として取得できます．取得した値を$V_{in}$に変換するには，以下の計算を行います．

\[ V_{in} = \frac{10\text{bitデータ}}{1024} \times 3.3V \]

I$^2$C通信によるLCD表示

I$^2$C（Inter-Integrated Circuit）は，SDA（データ）とSCL（クロック）の2本の信号線でデバイスと通信する方式です．ラズパイではGPIO2（SDA），GPIO3（SCL）を使ってLCDと接続します．

LCD（AQM0802）は，I$^2$Cバスに接続されており，アドレス0x3Eで識別されます．データ送信の手順は次のとおりです．

  1. LCDのアドレス（0x3E）を指定して通信を開始
  2. 制御コマンドを送信してカーソル位置を設定
  3. 表示するテキスト・データを送信
  4. 通信を終了

I$^2$C通信では，プルアップ抵抗（通常1.8k$\Omega$?4.7k$\Omega$）が必要です．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

  • 1971年　東北大学　工学部卒　大手通信機メーカにて制御機器開発に従事
  • 1996年　ホームページ「電子工作の実験室」を開設
  • 2003年　有限会社マイクロチップ・デザインラボ設立　代表取締役 計測制御システムコンサルタント，書籍執筆　セミナ講師
  • 2012年　神奈川工科大学　工学部　客員教授

著書

  1. "［VOD/KIT/Book/data］ラズパイPico W×ChatGPT APIで学ぶ 会話型IoTエッジ開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］PICマイコン オールイン1日学習キット ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/Pi KIT］ラズベリー・パイで学ぶLinux＆Pythonプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/Pi KIT］ラズパイ×Node-REDで作ろう！IoTアプリ開発入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. 電子工作のための PIC16F1ファミリ活用ガイドブック，技術評論社．

参考文献

  1. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］M5Stack Core2付き！ESP32で学ぶPython＆Arduinoプログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/KIT］M5Stackで一緒に作ろう！IoTセンシング・エッジ×クラウド連携システム開発［改訂版］，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/KIT］実習キットでできる！ラズパイPicoでマイコン入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［VOD/KIT］LabVIEW×Arduino！初めてのパソコン計測＆制御【改訂版】，ZEPエンジニアリング株式会社．