I2C通信でADコンバータの値を読み込む (Raspberry Pi, MCP3425)
ADコンバータを使ってRaspberry Pi(以下ラズパイ)でI2C接続を試みる。
ラズパイはRaspberry Pi zero、ADコンバータは秋月電子で購入できるMCP3425を使用した。
ちなみに秋月のMCP3425モジュールは、基板にはパッケージ名のSOT23-6が書かれているので注意。
01.配線
| MCP3425 | 役割 | 接続先 | Piフィジカル番号 |
|---|---|---|---|
| 1 | Vin+ | (センサーへ) | -- |
| 2 | Vss | GND | 06 |
| 3 | SCL | GPIO3 | 05 |
| 4 | SDA | GPIO2 | 03 |
| 5 | Vdd | +3.3V | 01 |
| 6 | Vin- | (センサーへ) | -- |
02.I2Cのライブラリインストール
ラズパイでI2Cを使えるようにするには、i2c-tools というライブラリをインストールする。
$ sudo apt-get update $ sudo apt-get install i2c-tools
インストールが終わったら、次にラズパイ側の設定を行う。
$ sudo raspi-config で設定画面を開き、 5.Interfacing Option → P5 I2C → Yes を選択して設定終了する。
I2Cデバイスが接続されている状態で $ sudo i2cdetect -r -y 1 を実行すると、次のようにI2Cデバイスのアドレスが表示される。
$ sudo i2cdetect -y 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- 68 -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --
ただしMCP3425では、Vin+とVin-にセンサーなどがつながれてないと通信エラーになってしまう。MCP3425でセンサーを付けずにI2Cデバイスとして認識させるには、MCP3425の1、6番PinをそれぞれラズパイのGNDに接続してから上記コマンドで確認するとデバイスが認識される。
次にPythonでもI2Cを使えるように次のように、 python-smbus というライブラリをインストールしておこう。このライブラリはPython2でないと動かないので注意。
$ sudo apt-get install python-smbus
03.MCP3425初期設定
データシートによれば MCP3425 は、ゲインなどの初期値をプログラミングから変更できる。
その設定はコンフィギュレーションレジスタに、8bitのデータを送り込むことで可能だ。
Configuration Register
次の表はコンフィギュレーションレジスタのフォーマットだ。
| bit0/1 | bit2/3 | bit4 | bit5/6 | bit7 |
|---|---|---|---|---|
| PGA | サンプルレート | 変換モード | 未使用 | RDY |
Programmable Gain Amplifier (PGA)
レジスタのbit0とbit1によって、4種類の入力ゲインの倍率を設定できる。
| bit0/1 | GAIN |
|---|---|
| 00 | 1倍 |
| 01 | 2倍 |
| 10 | 4倍 |
| 11 | 8倍 |
Sampling (signal processing)
レジスタのbit2とbit3によって、ビットレートとサンプリングレートを変更できる。
| bit2/3 | Number of Bits | Data Rate |
|---|---|---|
| 10 | 16bit | 15 SPS |
| 01 | 14bit | 60 SPS |
| 00 | 12bit | 240 SPS |
04.Pythonで動作確認
MCP3425 の入力に電池をつけてPythonで電圧を読み取ってみたいと思う。
プログラムはこちらの記事を参考にさせてもらった。
MCP3425はGNDを基準にプラスマイナス約2Vの範囲でアナログ電圧を読み取れるようになっている。なので次のように抵抗で分圧を作って動作確認してみた。
分圧抵抗に接続されているアースは、 ラズパイとMCP3425に共通のGNDに接続する。
5Vを抵抗で5等分したのでそれぞれの抵抗の電位差は1Vとなるはずだ。
実行結果は2Vを示しているので、計算通りの結果となった。
2.0031 2.0037 2.0037 2.0031 2.0037 2.0036 2.0037 2.0031 2.0036 2.0036 2.0031 2.0037
05.参考
How to Use MCP3425 ADC 16-Bit Mode with Raspberry Pi (Python)
MCP3425データシート
Raspberry Pi Zeroのピン番号
5ドル！ラズパイ・ゼロ（Raspberry pi Zero）でIoT (7) A-Dコンバータの利用4 MCP3425
PythonでI2Cを使う際のコマンドをまとめた