ラズパイPicoを通信の導通確認用のスレーブにする(UART/I2C/SPI/PWM)

Last updated at 2026-01-12Posted at 2026-01-11

PicoSlave

本ファームウェアは、Raspberry Pi Picoを通信の導通確認用のスレーブ（UART/I2C/SPI/PWM）として動作させます。

UART (シリアル通信)
- 受信したデータをそのまま送り返す「エコーバック」機能を提供します。
I2C スレーブ
- マスタから書き込みを行うと、受信したデータが内部バッファ（256バイト）に順次保存されます。その後、マスタから読み出しを行うと、以前にマスタが書き込んだデータが返されます。（例：マスタが 0x10, 0x20 を書き込んだ後に読み出しを行うと、0x10, 0x20 ... の順でデータが返されます）
SPI スレーブ
- マスタからデータが送信されると、それと同時にマスタから送られるクロックに合わせてスレーブ側からもデータ（本ファームウェアではテスト用の固定値）が送り返されます。具体的には、0xFF, 0xFE, 0xFD ... 0x00 の順で値が出力されます。
PWM (パルス幅変調) 測定
- 入力ピンに入力されたPWM信号のデューティ比（High期間の割合）を測定し、ログをUSBシリアル（仮想COMポート）経由でPCに出力します。

今回作成したプログラムの全ソースコードと、そのまま書き込めるバイナリ（uf2ファイル）は、以下のGitHubリポジトリで公開しています。
shiomachisoft/PicoSlave

ソースコードは、Pico SDKとC言語で作成しています。

デフォルトのピン配置は board_config.h で定義されています。

各機能のデフォルト設定値は以下の通りです。

これらの設定値やピン配置を変更したい場合は、board_config.h を編集してください。

重要: CPHA=1のままにして下さい。(CPHA=0に変更しないで下さい。)
理由: 一般的なSPIであれば、CSをLowに下げたまま連続してクロック（SCLK）を送り、データを何バイトも送り続けることができますが、RP2040（Pico）のSPIスレーブには以下の特殊な仕様が存在します。
- 「1フレームごと」のCSトグル要求（CPHA=0）：
  RP2040に搭載されているSPIコントローラの仕様上、SPIモード0および2（CPHA=0のモード）で動作している際、マスター側が1データ（1バイトまたは1ワード）送るごとにCSを一度Highに戻さないと、次のデータが正常に受け取れない（または同期が崩れる）という挙動があります。
  - 一般的な期待値： CSをLowにしたまま、SCLKを8発×10回送れば10バイト受信できる。
  - Pico（スレーブ）の現実： CSをLowにしたままクロックを送り続けると、1データ目の終了タイミングを正しく認識できず、2データ目以降のサンプリングがズレたり、FIFOへの格納が正常に行われないケースがあります。

まず、使用する機能に応じて必要な配線を行います。ピン配置については「配線 (Pinout)」の章を参照してください。

SPI通信の配線（特にクロック線：SCK）は、できるだけ短く接続してください。
PicoSlave.uf2 ファイルを、BOOTSELボタンを押しながらPCにUSB接続したPico (RPI-RP2ドライブ) にコピーします。
⇒ コピー完了後、Picoは自動的に再起動し、本ファームウェアが動作を開始します。
TeraTermなどのシリアルモニタソフトでPicoのCOMポートを開くと、PWM測定結果のログが約5秒間隔で表示されます。（TeraTermのボーレート設定はとりあえず115200bpsに設定して下さい。）
各インターフェース (UART, I2C, SPI) のマスタ機器からPicoSlaveにデータを送信して動作を確認してください。PicoSlaveが返すデータの内容については「機能概要」を参照してください。

CMakeLists.txtの下記の記述でプログラム全体をRAMに展開し高速に実行します。

pico_set_binary_type(PicoSlave copy_to_ram)

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