ラズパイでSPI通信に挑戦！（実装編）| C言語

こんにちは！まっきー（@makky_study）です。

ラズパイでSPI通信に挑戦！①に引き続き、SPI通信を学習していきます。

今回は、実際にプログラムを書いて、動かしていきます。

では、早速始めていきましょう！

1 今回作成するもの
2 準備
3 電子回路
4 コード
5 まとめ

今回作成するもの

可変抵抗で電圧の値を変え、その値を1秒ごとに出力するプログラムを作成する。こんな感じ↓

準備

用意するもの

Raspberry Pi3B+
ブレッドボード
１０キロΩの可変抵抗
A/Dコンバータ（MCP3008)
ジャンパー線（オス・メス）
ジャンパー線（オス・オス）

今回の目的は、可変抵抗をクルクルと操作することによって、画面にその時の電圧を表示させることです。

そのためには、電圧値を計算しなければいけません。MCP3008のデータシートに基づき、以下に計算方法をまとめました。

LSB Size：分解能の値
DigitalOutputCode：デジタルの出力値

例えば、基準電圧が3.3V、電源電圧も3.3Vだったとします。その場合、DOCは1023(0も含んでいるため）となります。

可変抵抗によってVinの値を表示させたいので、この式を少し変形し次のようにします。

Vin = Vref / 1024 * DOC

例を見てみましょう。DOCが最大の1,023だったとすると、式より

Vin = 3.3/1024*1023 ≒ 3.297 となります。

この太字の結果をターミナルに表示できるようにプログラムを組んでいきます。

電子回路図を見ていきましょう。

電子回路

まず、ラズパイとA/Dコンバータのピン配置を確認しておきましょう。

回路図のICはMCP3008 ではないですが気にしないでください。

コード

SPI通信用のライブラリ関数を紹介します。

使用するライブラリ関数

wiringPiSPI.h：SPIヘッダファイル
wiringPiSPISetup(int ssNo,int speed) ：SPI通信速度（５００ｋＨｚ～３２ＭＨｚで設定可能）
wiringPiSPIDataRW(int ssNo,unsigned char *data,int len) ：送受信するバイト型の配列、送受信するデータの長さ

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <wiringPi.h>
#include <wiringPiSPI.h>

#define SS0 0
#define SPI_SPEED 500000 //500khz

#define MCP3008_CH3 3

unsigned short Mcp3008RW(int ssNo,unsigned char adcChannel){//スレーブナンバー、アナログ入力チャンネル（3）
	unsigned short doc = 0;//digital output codeの値を戻り値とする
	unsigned char buff[3];//1bit char型
	buff[0]=buff[1]=buff[2]=0;
	buff[0] = 0b00000001;
	buff[1] = 0b10110000;
	buff[2] = 0b00000000;
	wiringPiSPIDataRW(ssNo,buff,sizeof(buff));//これでデータ送信、受信を行う
	doc = (((buff[1]&3) <<8 ) | buff[2] );
	return doc;
}

int main(void){
	unsigned short doc = 0;
	wiringPiSetupGpio();
	wiringPiSPISetup(SS0,SPI_SPEED);
	while(1){
		doc = Mcp3008RW(SS0,MCP3008_CH3);
		printf("CH3 = %3XH",doc);
		printf("\tvoltage = %5.3f V\n",((3.3/1024)*(doc)));
		delay(1000);
	}
	return 0;
}

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <wiringPi.h>

#include <wiringPiSPI.h>

#define SS0 0

#define SPI_SPEED 500000 //500khz

#define MCP3008_CH3 3

unsigned short Mcp3008RW(int ssNo,unsigned char adcChannel){//スレーブナンバー、アナログ入力チャンネル（3）

unsigned short doc = 0;//digital output codeの値を戻り値とする

unsigned char buff[3];//1bit char型

buff[0]=buff[1]=buff[2]=0;

buff[0] = 0b00000001;

buff[1] = 0b10110000;

buff[2] = 0b00000000;

wiringPiSPIDataRW(ssNo,buff,sizeof(buff));//これでデータ送信、受信を行う

doc = (((buff[1]&3) <<8 ) | buff[2] );

return doc;

}

int main(void){

unsigned short doc = 0;

wiringPiSetupGpio();

wiringPiSPISetup(SS0,SPI_SPEED);

while(1){

doc = Mcp3008RW(SS0,MCP3008_CH3);

printf("CH3 = %3XH",doc);

printf("\tvoltage = %5.3f V\n",((3.3/1024)*(doc)));

delay(1000);

}

return 0;

}

次に、関数詳細です。前回重要になるといったこのタイミングチャートと表を見比べながら見ていきましょう。

画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: image-10-1024x959.png

1～4行目　ヘッダーファイルインクルード

6～9行目　周波数、スレーブ番号、チャンネルをマクロ定義

11～21行目　A/D変換の通信処理を行う関数（表と見比べながら見てください）

最後の式を詳しく説明します。

doc = (((buff[1]&amp;3) &lt;&lt;8 ) | buff[2] )

1	doc = (((buff[1]&3) <<8 ) \| buff[2] )

結論から言うと、docは出力データですのでB0~B9の10個の情報を格納する処理になります。

例えば、buf[1] = 0b00000010,buff[2]=0b10110010が入っていたとします。B0~B9までの10この値を取り出したいので、buff[1]を3つまり二進数で0b00000011。これを&演算をすることで下位2ビットを取り出せます。8ビット左シフトし、or演算でbuff[2]の値を合わせることで10bitのデータ0b1010110010が取り出せます。

メイン関数では、取り出した値を計算して表示しているだけなので、説明は省略します。

実際にプログラムを動かしてみると…

電圧の値が変わっていることがわかると思います。

目的達成です！

まとめ

ラズパイでのA/D変換はSPI8bitセグメント通信で行う
データシートを読み込むことで仕組みはある程度理解できる

ブラックボックスだったA/D変換の理解が、個人的にはかなり深まりました。

そろそろ、自分で成果物を決めて作成してみたいですね…

次にやりたい

: I2Cを使ってLCDに文字を表示させる！①（C言語）

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次にやりたい

: I2Cを使ってLCDに文字を表示させる！②（C言語）

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