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micro:bit / MicroPython / SPIデバイス(ADコンバーターMCP3008)を外づけする / それに意味のないとき

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概要

SPIデバイスをmicro:bitに接続してみる。SPIデバイスにはADコンバーターMCP3008を使う。10ビット、8チャンネルのADCである。

micro:bitにもアナログ入力はあるので、アナログ入力の数を増やしたい場合を除けばADコンバーターを外づけする意味はない。SPIバスの動作を確かめるだけである。

下の回路で試してみる。

  • SPI関連の端子はデフォルトのままとする。!CS端子にはP16を使うことにする。
  • SPIモードは0(0,0)とする。

spiモジュールの使いかた

  • 初期化: microbit.spi.init(baudrate=1000000, bits=8, mode=0, sclk=pin13, mosi=pin15, miso=pin14)
    (引数は全部オプション)
  • read操作: microbit.spi.read(バイト数)
  • write操作: microbit.spi.write(バイトバッファー)
  • write/read操作: microbit.spi.write_readinto(書き込みバイトバッファー, 読み出しバイトバッファー)
    読み書きに使う2つのバイトバッファーはサイズが同じでなければならない。両方とも同じバイトバッファーを指定してもよい。

spiモジュールを使ってMCP3008から10ビットのADC値を読み出す方法

以下の手順で3バイトをwriteして3バイトをreadし、readした3バイトの中から10ビットを取り出す。ビットの送り順はMSBファーストである。

[0]バイト目:
0b 0000 0001をwriteする。この1がスタートビットとして働く。
→同時に、ADCから1バイトが返ってくる。このバイトデータは使わない。

[1]バイト目:
ビット7でシングルエンド(1)か差動(0)か指定し、ビット6:4でチャンネル(0~7)を指定する。下の例では、シングルエンドでチャンネル0を使うので0b 1000 ----をwriteしている。
→同時に、ADCから0b ---- -0??が返ってくる。??の位置にある2ビットが10ビットデータの上位2ビットである。

[2]バイト目:
ダミーバイトをwriteする。下の例では0をwriteしたが何でもよい。
→同時に、ADCから10ビットデータの下位8ビットが返ってくる。

まとめ

まとめると次のとおりである。これで、チャンネル0に印加された電圧が10ビットにAD変換される。?で表した10ビットがそのAD変換値である。spiを使わずに独自に実装するのであればもはや8ビット単位にこだわる必要はないのでスタートビットから始めればよい。

[0]バイト目 [1]バイト目 [2]バイト目
マスターからスレーブへ転送するデータ 0b 0000 0001 0b 1000 ---- 0b ---- ----
スレーブからマスターへ転送されるデータ 0b ---- ---- 0b ---- -0?? 0b ???? ????

1回だけADC値を読み出すためのMicroPythonスクリプト

上の手順をそのままMicroPythonで再現する。spiモジュールのおかげでえらく単純である。AD変換値を電圧値に戻してみる(要するにディジタル電圧計である)。

from microbit import *

mosi = bytearray([1, 0b10000000, 0])
miso = bytearray([0, 0, 0])

pin16.write_digital(1)
spi.init()

pin16.write_digital(0)
spi.write_readinto(mosi, miso)
pin16.write_digital(1)

print("MOSI data: %s" % ([bin(b) for b in mosi]))
print("MISO data: %s" % ([bin(b) for b in miso]))

ADdata = (raw[1]<<8 | raw[2]) & 1023
volt   = ADdata * 3.23/1024.0 # 3.23はMCP3008のVREF端子の実測値。

print("AD %d, %.2f(V)" % (ADdata, volt))

実行結果





整理してクラス化した

from microbit import *
class MCP3008:
    def __init__(self, CSpin=pin16):
        self.CS = CSpin.write_digital
        self.CS(1)

        self.mosi = [bytearray([1, (1<<7)|(ch<<4), 0]) for ch in range(8)]
        self.miso = bytearray([0, 0, 0])

    def read(self, CH):
        self.CH = CH

        self.CS(0)
        spi.write_readinto(self.mosi[CH], self.miso)
        self.CS(1)
        return (self.miso[1]<<8 | self.miso[2]) & 1023

##############
# how to use #
##############
if __name__ == "__main__":
    # Initialize the microbit.spi module.
    # You can also specify any of the following options:
    # baudrate=1000000, bits=8, mode=0, sclk=pin13, mosi=pin15, and miso=pin14
    spi.init()

    # Instantiate the MCP3008 class with !CS assigned to pin16.
    adc = MCP3008(CSpin=pin16)

    while True:
        # Get 10-bit data by converting the voltage applied to the channel 0 of MCP3008.
        ADdata = adc.read(CH=0)
        volt   = ADdata * 3.23/1024.0

        print("AD %d, %.2f(V)" % (ADdata, volt))
        sleep(1000)

実行結果

image.png

参考

関連

はてなブログ / ADコンバーターMCP3008 / SPI

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