2019年5月23日木曜日

MPC3208 ADconverter


https://qiita.com/shiraco/items/8c2587ae5a647b4f9803#%E4%B8%BB%E5%BD%B9   から

彼らがAD変換の主役です。本記事で解説します。
  • 12ビットADコンバータ MCP3208-CI/P x 1
    • アナログ値をデジタル値に変換します
  • 半固定抵抗 x 1
    • 抵抗値を変化させアナログ値をセンシングします
  • フォトレジスタ x 1
    • 抵抗値を変化させアナログ値をセンシングします

脇役

ちなみに彼らも必要ですが、本記事では解説しません。
  • RaspberryPi一式
  • 抵抗(330Ω) x 1
  • 赤色LED x 1
  • ブレッドボード x 1
  • ジャンパワイヤ
    • オス-メス x 1セット
    • オス-オス x 1セット

AD変換とは?

アナログ値をデジタル値に変換します。

なぜデジタル値が必要なのか?

RaspberryPiへの入力は基本的には、2進数として、LOW(0)/HIGH(1) 2つの状態のどちらかになる。
これは、部屋の明るさだと、明かりがついているか消えているか、の2段階として理解します。

これをデジタル値、0-4095のような段階的な値として入力することを狙います。

そもそもアナログ値、デジタル値って?

  • アナログ値
    • 連続値
    • e.g. 明るさ、温度、電圧など
  • デジタル値
    • 飛び飛びの値(離散値)
    • e.g. 計測して桁を切り捨てた値(デジタル時計)など

AD変換 (画像引用元: Raspberry Piで学ぶ電子工作|ブルーバックス)

adc.jpg
  • 1. センサからのアナログ値の取得
  • 2. AD変換
  • 3. デジタル値の通信

1. センサからのアナログ値の取得:

特定の地点での抵抗値を変化させ、端子から出力させるアナログ電圧を変化させる(0V-3.3V)1.65V
  • 半固定抵抗
  • フォトレジスタ (CdSセル)

半固定抵抗?

P-06110.jpg
画像引用元: akizukidenshi.com
  • 可変抵抗の一つで抵抗の大きさを調整可能

フォトレジスタ (CdSセル)?

I-00110.jpg
画像引用元: akizukidenshi.com

2. AD変換

アナログ電圧を測定しその値を、ADコンバータにてAD変換しデジタル値にする(0-4095->12bit) 2048
  • ADコンバータ

ADコンバータ?

(12ビットADコンバータ MCP3208-CI/P)
I-00238.JPG
画像引用元: akizukidenshi.com

ADコンバータ特徴

  • 16ピンを持つ回路
    • 0ch-7chの8つのアナログ値を読み取れるチャネル
  • アナログ値をデジタル値に変換する
  • 12ビット精度で送れる
    • 212=4096=4103
スクリーンショット 2016-11-22 1.59.36.png

3. シリアル通信

デジタル値を2進数 (1000_0000_0000 = 2048) としてSPI通信で送る
  • SPI通信
  • I2C通信

3. シリアル通信

スクリーンショット 2016-11-22 1.55.37.png

code

# MCP3208からSPI通信で12ビットのデジタル値を取得。0から7の8チャンネル使用可
def readadc(adcnum, clockpin, mosipin, misopin, cspin):
    if adcnum > 7 or adcnum < 0:
        return -1
    GPIO.output(cspin, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
    GPIO.output(cspin, GPIO.LOW)

    commandout = adcnum
    commandout |= 0x18  # スタートビット+シングルエンドビット
    commandout <<= 3    # LSBから8ビット目を送信するようにする
    for i in range(5):
        # LSBから数えて8ビット目から4ビット目までを送信
        if commandout & 0x80:
            GPIO.output(mosipin, GPIO.HIGH)
        else:
            GPIO.output(mosipin, GPIO.LOW)
        commandout <<= 1
        GPIO.output(clockpin, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
    adcout = 0
    # 13ビット読む(ヌルビット+12ビットデータ)
    for i in range(13):
        GPIO.output(clockpin, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
        adcout <<= 1
        if i>0 and GPIO.input(misopin)==GPIO.HIGH:
            adcout |= 0x1
    GPIO.output(cspin, GPIO.HIGH)
    return adcout
inputVal0 = readadc(0, SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, SPICS)

演習1

スクリーンショット 2016-11-21 0.22.03.png
06-01-print.py
    while True:
        inputVal0 = readadc(0, SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, SPICS)
        print(inputVal0)

演習2

スクリーンショット 2016-11-21 0.22.10.png
06-02-led.py
    while True:
        inputVal0 = readadc(0, SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, SPICS)
        if inputVal0 < 2000:
            GPIO.output(LED, GPIO.HIGH)
        else:
            GPIO.output(LED, GPIO.LOW)

演習3

06-03-volume.py
    while True:
        inputVal0 = readadc(0, SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, SPICS)
        vol = "{0}%".format(int(inputVal0*100/4095))
        if vol != vol_old:
            print(vol)
            args = ['amixer','-q','cset','numid=1',vol]
            subprocess.Popen(args)
            vol_old = vol

まとめ

  • AD変換することで、センサーに入力されたアナログ値をデジタル値として回路から利用することができる
  • AD変換はADコンバーターを使って行う
  • デジタル値の通信はSPI通信でおこなう
なお、AD変換の仕組みはRaspberry Piで学ぶ電子工作(ブルーバックス)にわかりやすくまとまっているので、みなさん買って読みましょう。

参考

書籍

回路




2019年5月18日土曜日

引用元:https://qiita.com/miki-tensorflow/items/472d970ab0269169ed7e 

はじめに

  • IoTが注目され始め、最近何かと話題のラズベリーパイをはじめてみようとRaspberryPi3とRaspberry Piで学ぶ電子工作 専用 実験キット 基本部品セット スターターパック (電子部品関連)を購入しました。
  • ラズパイの初期設定からLチカまでは簡単にできたのですが、LCDディスプレイの接続には結構苦労しました。購入したセットには説明書も付いておらず、ネットで色々調べ試すはめになりました。
  • 私と同じ苦労をしなくて済むよう、現在ラズパイ-LCDディスプレイ接続で苦戦している人向けに本ページを書きました。少しでもお役に立てれば幸いです。

LCDディスプレイ接続結果のイメージ

  • 本ページでは以下画像のように文字を表示できるところまでを目標としています。
[ラズパイとLCDディスプレイを接続し文字を表示させた時の写真]

前提

ラズパイとLCDディスプレイの配線の仕方

  • ラズパイの2ピン・3ピン・5ピン・6ピンの4つを利用し以下写真のように配線します。配線する際は必ずラズパイの電源をオフ(USBケーブルを外した状態)にしておきます。
    • 2ピンはLCDディスプレイ裏側のVCCと書かれたピンをジャンパー線で接続
      ※写真では緑のジャンパー線
    • 3ピンはLCDディスプレイ裏側のSDAと書かれたピンをジャンパー線で接続
      ※写真では黄色のジャンパー線
    • 5ピンはLCDディスプレイ裏側のSCLと書かれたピンをジャンパー線で接続
      ※写真では橙色のジャンパー線
    • 6ピンはLCDディスプレイ裏側のGNDと書かれたピンをジャンパー線で接続
      ※写真では青色のジャンパー線
[ラズパイのピン配置拡大図]
IMG_6185.jpg
[ラズパイとLCDディスプレイ配線写真]
IMG_6188.JPG

ラズパイ側の設定

  • ラズパイとLCDディスプレイの接続にはI2C通信という技術を使います。そのためにはラズパイ側にI2C通信を有効化したり、必要なライブラリをインストールするなど諸々の設定が必要になります。

I2C通信の有効化

  • ラズパイのターミナルを起動し、以下コマンドを実行します。
sudo raspi-config
  • 以下のような画面が立ち上がるので「5 Interfacing Options > P5 I2C」を選択します。その後ラズパイを再起動し、I2C通信を有効化します。※ラズパイのバージョンによってやり方が異なるようです。その場合はこちらのサイトが参考になると思います。
[Raspbianの設定ツール起動画面]
image.png
[5 Interfacing Options選択後の画面]
image.png
[P5 I2C選択後の画面]
image.png

モジュールファイルの設定

  • ラズパイのターミナルにて以下コマンドを実行し、モジュールファイルに「i2c-bcm2708」、「i2c-dev」を追記します。
sudo vim /etc/modules
[モジュールファイルの編集結果]
image.png

I2Cに必要なライブラリをインストール

  • ラズパイのターミナルにて以下のコマンドを実行し、smbusとi2c python libraryのインストールします。
sudo apt-get install -y python-smbus i2c-tools

ラズパイとLCDディスプレイの接続確認とI2C通信のアドレスを確認

  • ラズパイのターミナルにて以下のコマンドのいずれかを実行します。
sudo i2cdetect -y 1
sudo i2cdetect -y 0
  • 以下のような表示がされれば成功です。以下の結果の場合、LCDディスプレイのI2C通信アドレスは「0x3f」と読み取れます。 ※ハードウェアによっては、「0x27」の場合もあるようです。
  • すべて「--」と表示される場合はLCDディスプレイとの接続に失敗しています。配線やこれまでのラズパイの設定に誤りが無いか再度確認してみてください。
[コマンド実行結果]
image.png

pythonコードをインストール

  • アドレスが「0x27」の場合は以下のコマンドを実行します。
wget http://osoyoo.com/driver/i2clcda.py
  • アドレスが「0x3f」の場合は以下のコマンドを実行します。
wget http://osoyoo.com/driver/i2clcdb.py
※「i2clcda.py」と「i2clcdb.py」の差はI2C通信のアドレス(0x27か0x3f)しかなく、それ以外は同じコードのようです。

LCDディスプレイに文字を表示させてみる

  • ダウンロードしたpythonコードを以下のコマンドで実行すれば、LCDディスプレイに文字が表示されるはずです。※冒頭の「I2C LCDディスプレイ接続結果のイメージ」の写真の様になります。
sudo i2clcdb.py

トラブルシューティング

  • 設定や配線も間違えてない、pythonのエラーも出ていない、なのにディスプレイに文字が出てこない!!っという現象に遭遇した時はディスプレイの濃度を確認してみて下さい。ディスプレイの濃度が薄過ぎて既に表示されている文字が見えていないだけかもしれませんよ!
  • LCDディスプレイの裏側に濃度を調整できる青いモジュールがあります。中心をドライバー等で回すとことで濃度の調整を行えます。※右に回すと濃く、左に回すと薄くなります。
    私はこれに気づかず3日間を無駄にしてしまいました:sweat_smile:
[LCDディスプレイの濃淡調節のやり方]
image.png

参考サイト