タイトル：Raspberry Pi Pico 2 と Arduino R4 をブラウザで使えるオシロ・スペアナ・ロジアナにした（PiLyzer / ArLyzer）

Raspberry Pi Pico 2 を、ブラウザから使えるオシロスコープ・スペクトラムアナライザ・ロジックアナライザにする PiLyzer と、同じものを Arduino の R4 シリーズ（Nano R4 / UNO R4 Minima / UNO R4 WiFi）で動かす ArLyzer を作りました。

• アプリのインストールなし：Chrome / Edge で PiLyzer Web を開いて USB でつなぐだけ。Mac には専用アプリもあります。
• Wi-Fi 対応：Pico 2 W と UNO R4 WiFi は、ボード自身が画面を配ります。スマホや iPad で http://pilyzer.local（arlyzer.local）を開けば、そのまま測定器になります。
• オープンソース：ファーム・Web アプリ・Mac アプリ・回路まで GitHub で公開しています（MIT ライセンス）。

紹介動画（約 6 分、日本語・英語字幕）：

コードのほとんどは AI（Claude Code）と一緒に書きました。この記事では、何ができるか、どう使うか、作る途中でハマったところを紹介します。

できること

画面	内容
オシロスコープ	電圧の波形、X/Y 表示。Vpp・平均・RMS・周波数・デューティ・立ち上がり時間を自動で測定
スペクトラム	有効な全チャンネルの FFT。ピークの印、THD・THD+N・SNR・SINAD・ENOB
ロジック	8 本の波形、周波数とデューティ、UART / SPI / I²C のデコード
メーター / ロガー	全入力の電圧を数字で。50 ms〜5 分ごとの記録（区間の最小・平均・最大）

どの画面も、表示しているデータを CSV に書き出せます。何もつながなくても、組み込みのデモ信号で全部の画面を試せます。

電圧を横目で見る（メニューバー / Watch）

ほかの作業をしながら、1 本の入力の電圧だけを見ていたいときのための機能です。

• Mac アプリ：「View」→「Show in Menu Bar」でチャンネルを選ぶと、メニューバーに PiLyzer のマークと電圧が出ます（例：3.31 V）。小数点以下 2 桁の等幅表示なので、値が動いても幅が変わりません。クリックすると全チャンネルの電圧の一覧が出て、表示するチャンネルの切り替えや Run / Stop もできます。
• Web アプリ：右側の「Instrument」欄の Watch でチャンネルを選ぶと、タブのタイトルが 3.31 V — PiLyzer になります。Pop out を押すと、電圧だけの小さなウインドウを、ほかのアプリの上に浮かせておけます。

値は、Meter 画面ではメーターの読み、Scope / Spectrum 画面では記録の平均電圧（直流のレベル）です。いま動いている測定の値をそのまま使うので、測定の速さや設定は変わりません。

Pop out は、Chrome / Edge の Document Picture-in-Picture という機能を使っています。この機能は https のページでしか使えません。そのため、http://pilyzer.local や http://arlyzer.local のように、ボードが配るページでは Pop out は出ません（タブのタイトルには出ます）。Pop out を使うときは、https://satachito.github.io/Oscillo/ を開いて USB でつないでください。

対応ボードと性能

	Pico 2（PiLyzer）	Nano R4 / UNO R4 Minima（ArLyzer）	UNO R4 WiFi（ArLyzer）
アナログ入力	3ch、12 bit	8ch、14 bit	7ch、14 bit
アナログの速さ（1ch あたり）	495 / 247 / 165 kSa/s（1 / 2 / 3ch）	88 kSa/s（1ch）〜 47 kSa/s（8ch）	88 kSa/s（1ch）〜 50 kSa/s（7ch）
記録長	アナログ 16,384 点、ロジック 65,536 点	アナログ 1,024 点、ロジック 16,384 点	アナログ 1,024 点、ロジック 14,336 点
ロジック	8ch、最大 150 MSa/s	D2〜D9 の 8ch、最大 167 kSa/s	同左
つなぎ方	USB（Pico 2 W は Wi-Fi も）	USB シリアル	USB シリアル ＋ Wi-Fi

Pico 2 のほうが速く、Arduino のほうが入力の本数が多い、という関係です。Arduino の入力は 0〜5 V、Pico 2 は 0〜3.3 V で、Pico 2 でそれより広い電圧を測るには、アナログフロントエンドを付けます。picoLABO の PL2407AFE（2ch、±30 V / ±6 V / ±1.5 V）に対応していて、3ch で ±25 V / ±5 V を切り替える自作の基板も設計中です。

入力に、ボードの電源電圧（Pico 2 は 3.3 V、Arduino R4 は 5 V）を超える電圧や、マイナスの電圧を直接つながないでください。それより広い範囲を測るには、フロントエンドの回路が必要です。

使い方

Pico 2 / Pico 2 W（PiLyzer）

1. ファームウェアを書き込みます。
   • リリースページから、ボードに合う UF2 を選びます。
     • Pico 2（そのまま、またはミニ AFE 付き）：PiLyzer-Pico2.uf2
     • Pico 2 W：PiLyzer-Pico2W.uf2
     • picoLABO PL2407AFE 付きの Pico 2：PiLyzer-PL2407AFE-Pico2.uf2（元の Scoppy のファームは置き換わります）
   • BOOTSEL ボタンを押しながら Pico を USB につなぐと、RP2350 というドライブが出てきます。そこに UF2 をドラッグ＆ドロップすれば書き込み完了です。
   • 自分でビルドする場合は、Pico2/firmware/pilyzer を Pico SDK でビルドします（手順は README）。
2. Chrome か Edge で PiLyzer Web を開き、Connect USB を押して Pico を選びます。Mac なら専用アプリでも使えます。
3. Run を押すと測定が始まります。GPIO22 から 1 kHz の矩形波が出ているので、GPIO26（CH1）とつなぐと、すぐに波形を確かめられます。

Pico 2 W を Wi-Fi で使う：USB でつないだ状態で、右側の Wi-Fi 欄にネットワーク名（2.4 GHz）とパスワードを入れて保存します。ボードがつながったら、同じネットワークのスマホや iPad で http://pilyzer.local を開いてください。ネットワークの設定は Pico のフラッシュに保存され、ファームを更新しても残ります。パスワードは読み出せません。

Arduino R4（ArLyzer）

1. ファームウェアを書き込みます。
   • ビルドなしで書き込む：リリースページに、3 枚それぞれのファーム（ArLyzer-NanoR4.bin、ArLyzer-Minima.bin、ArLyzer-R4WiFi.bin）があります。arduino-cli で書き込みます。

     arduino-cli core install arduino:renesas_uno
     arduino-cli upload --fqbn arduino:renesas_uno:nanor4 -p <ポート> --input-file ArLyzer-NanoR4.bin
     

     Minima なら :minima と ArLyzer-Minima.bin、UNO R4 WiFi なら :unor4wifi と ArLyzer-R4WiFi.bin に置き換えます。ポートは arduino-cli board list で確認できます。
   • Arduino IDE から書き込む：「Arduino UNO R4 Boards」のボードパッケージを入れ、ArLyzer/arlyzer のスケッチを開いて書き込みます。
2. PiLyzer Web で Serial を押して、ボードのシリアルポートを選びます（Web Serial を使うので、こちらも Chrome / Edge）。Mac アプリなら、接続先の一覧からボードを選びます。
3. アナログ入力は A0〜A7（Minima は A0〜A5 と D4・D5、WiFi は A0〜A5 と D10）、ロジック入力は D2〜D9 です。

UNO R4 WiFi を Wi-Fi で使う：ボードに載っている ESP32-S3 のファームを、ArLyzer 用のものに入れ替えます。リリースページの ArLyzer-R4WiFi-bridge.zip を展開して、ArLyzer/bridge/flash.sh で書き込みます（ジャンパー不要、要 esptool）。元の Arduino 純正ファームは、最初に丸ごとバックアップされます。あとは Pico 2 W と同じく、アプリの Wi-Fi 欄でネットワークを設定して、http://arlyzer.local を開きます。

Arduino R4 のロジック入力は 5 V ロジック向けです。チップが 5 V で動いているので、3.3 V の信号は HIGH と読めないことがあります。3.3 V の回路を見るときは、レベル変換を挟んでください。

仕組み

アプリは、ボードに「何ができるか」を聞く

PiLyzer のアプリには、ボードの性能が一切書き込まれていません。つなぐと、まずボードに「チャンネルは何本か、どこまで速いか、記録は何点までか、入力の範囲は」と問い合わせて、その答えに合わせて画面を作ります。

そのおかげで、Pico 2 と Arduino R4 という、まったく違うボードを同じアプリで扱えます。ArLyzer は「PiLyzer と同じ通信の決まりごと（プロトコル）を話す Arduino のファーム」で、アプリ側の変更はほとんどありませんでした。違うのはつなぎ方だけで、Pico 2 は USB のベンダークラス（WebUSB）、Arduino は標準の開発環境の都合で USB シリアル（Web Serial）を使っています。中身のデータは同じです。

プロトコルの仕様は Pico2/docs/protocol.md にまとめてあります。

UNO R4 WiFi は「USB の先が ESP32」

UNO R4 WiFi の USB は、Arduino 本体のチップ（RA4M1）ではなく、Wi-Fi 用の ESP32-S3 につながっていて、ESP32 が UART で本体に中継しています。ArLyzer では ESP32 の Arduino 純正ブリッジファームをもとに、Wi-Fi の命令を受ける部分だけを入れ替えました。

ブラウザ ⇄ Wi-Fi ⇄ ESP32-S3（画面を配る・/rpc を中継）⇄ 2 本目の UART ⇄ RA4M1（測定）
Mac      ⇄ USB   ⇄ ESP32-S3（USB シリアルの中継）     ⇄ UART         ⇄ RA4M1

ESP32 は Web アプリを自分のフラッシュから配り、測定の要求は 2 本目の UART で本体に中継します。USB からのスケッチ書き込みなど、純正ファームの機能はそのまま残しています。

ハマったところ

作る途中でぶつかった問題を、いくつか紹介します。

「5 V」は 5 V じゃなかった

Arduino R4 の ADC は、USB から来る 5 V を物差しにしています。テスターで測ると 5.21 V で、そのぶん電圧の読みが 4% 低く出ていました。しかもこの値は USB ポートやケーブルで変わります。

チップ内部の約 1.43 V の基準電圧を読み、そこから実際の電源電圧を逆算するようにして解決しました。ただし、基準電圧を普通の入力と交互に読むと 8% 低く出るので、単独で、いちばん長いサンプリング時間で読む必要があります。

エラーが出ないのに、時間軸が 15% ずれていた

サンプリングの刻みを詰めていったところ、取りこぼしのエラーは一度も出ないのに、1 kHz の矩形波が 1.15 kHz と表示されました。

取りこぼしの検査が「1 回ずつの間隔が長すぎないか」しか見ていなかったのが原因です。1 回ずつは少ししか遅れないので検査に引っかからず、遅れが積もって最後にはサンプルが丸ごと抜けていました。今は、予定時刻からの遅れの合計で判定しています。

エラーが出ないことは、正しいことの証明にはなりません。 周波数のわかっている信号を入れて、本当にその値に読めるかを確かめるのが確実です。

analogRead(4) は D4 ではなく A4

UNO R4 Minima は、デジタルの D4・D5 も ADC につながっているので、アナログ 8ch にできます。ところが Arduino の analogRead(4) は A4 を読みます。A0 より小さい番号は「アナログの何番目か」と解釈されるからです。ピンをポートとビットで指定して読むようにしました。

スペクトラムに「測れない周波数」の数字が出ていた

7ch を最短の刻みで記録すると 504 点しか取れず、FFT は 2 のべき乗の長さしか使えないので 256 点だけを使っていました。目盛り 1 つが約 200 Hz と粗く、111 Hz の信号はそもそも測れないのに、マイナス 117 Hz という数字を出していました。

記録を 2 のべき乗にそろえ、測れない周波数には数字を出さず、代わりに波形から測った周波数と「スペクトラムで測れる下限」を表示するようにしました。下限は窓関数ごとに実測した値（Hann なら目盛り 2.5 個分）です。

arlyzer.local を開くたびに 5 秒待たされた

Mac は名前を引くときに IPv6 のアドレスも問い合わせます。ESP32 が IPv6 に答えないので、Mac が 5 秒待ってからあきらめていました。IPv6 を有効にして、サーバーも IPv6 と IPv4 の両方で待ち受けるようにしたら、5.03 秒が 0.057 秒になりました。

Pico 2 W でも同じ問題があり、同じように直しました。Pico 2 W では、ルーターから配られるグローバルな IPv6 アドレスは付けないようにしています。PiLyzer の画面と /rpc には認証がないので、家のネットワークの外から届かないようにするためです。

Wi-Fi のパスワードをファームに焼き込まない

最初は、Wi-Fi のネットワーク名とパスワードをビルド時にファームに埋め込んでいました。これではファームを配布できません。誰でもダウンロードして取り出せてしまうからです。

今は、アプリから USB でネットワークを設定します。UNO R4 WiFi では、アプリがつながる RA4M1 と Wi-Fi を扱う ESP32 が別のチップなので、ESP32 が 1 秒に 1 回 RA4M1 に「新しい設定はある？」と聞きに行き、受け取ったら自分の保存領域（NVS）にしまってつなぎます。ESP32 が受け取ったら、RA4M1 はパスワードを消します。この受け渡しの命令は、USB からも Wi-Fi からも送れないようにしました。

ESP32 の問い合わせで、USB の要求が 300 回に 1 回欠けた話

ESP32 が毎秒問い合わせるようにしたところ、USB からの要求がおよそ 300 回に 1 回、1 バイト欠けるようになりました。試験用のファームで切り分けた結果です。

試験用ファーム	USB の要求の失敗
2 本目の UART を使わない	0 / 219
2 本目は受信だけ（返事をしない）	7 / 216
USB 側の受信割り込みを 1 段上げる	0 / 219
両方の受信割り込みを 1 段上げる	7 / 217

もう一方の UART の受信割り込みが、USB 側の受信割り込みを待たせていました（230,400 bps では 1 バイトが 43 µs）。USB 側だけ優先度を上げて、350 回続けて失敗なしになりました。

AI（Claude Code）との分担

このプロジェクトは、Anthropic の Claude Code と一緒に作りました。分担はこうです。

AI（Claude Code）	自分
ファームウェア・テスト・シミュレータ・測定スクリプトを書く	配線、ボードの抜き差し、リセット
ボードへの書き込みと測定を実行して、結果を読む	テスターで測る
原因を切り分けて、直し方の選択肢を出す	目で見たことを伝える（LED が点かない、など）
コミットとリリース	方針を決める

やってみて印象に残ったことが 3 つあります。

• AI は自分の書いた検査の穴にも気づく：上の「時間軸が 15% ずれた」の取りこぼし検査は、AI 自身が書いたものでした。見つけたのも AI で、周波数のわかっている信号で確かめる検査に書き直したときです。
• 画面の違和感に気づくのは人間：スペクトラムの不具合は 4 つとも、画面を見ていた自分が気づき、原因を掘ったのは AI でした。テストは、使う人の違和感までは拾えません。
• 公開を止めたのは AI：Wi-Fi のパスワード入りのファームをリリースに載せようとしたとき、止めたのは AI でした。

作る過程は、YouTube の制作記（英語、日本語字幕）にまとめています。

• PiLyzer #1：Pico 2 のオシロで、チップが実際に見ているものを見る
• PiLyzer #2：オペアンプ 1 個で、Pico で音を聴く
• ArLyzer：Pico 2 の測定器を Arduino R4 の 3 枚に移植した、AI との 3 日間

リンク

• ソースコード：https://github.com/Satachito/Oscillo
• PiLyzer Web：https://satachito.github.io/Oscillo/
• 紹介動画（YouTube）：https://youtu.be/e5NLnyxRusI
• 制作記（YouTube、英語・日本語字幕）：PiLyzer #1 · PiLyzer #2 · ArLyzer
• リリース（Mac アプリ・ファーム）：https://github.com/Satachito/Oscillo/releases/latest
• プロトコル仕様：https://github.com/Satachito/Oscillo/blob/main/Pico2/docs/protocol.md

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