ラズパイでADコンバーターMCP3008の使い方・SPI通信
この記事では、8chで10bitの分解能を持つADコンバーターMCP3008をラズパイで使う方法を解説する。
MCP3008は8chで10bitの分解能を持つADコンバーターだ。MCP3008とはSPI通信でデータをやりとりしていく。
ラズパイとMCP3008の配線
ラズパイは、Raspberry Pi zero WHを使用した。
ラズパイでSPIを使えるようにする設定が済んでない方は、こちらの記事を参考に設定しておこう。
MCP3008のピン役割
MCP3008の各ピンの役割は次のようになる。
| MCP3008 | 名称 | 役割 |
|---|---|---|
| 1 | CH0 | アナログ電圧入力 |
| 2 | CH1 | アナログ電圧入力 |
| 3 | CH2 | アナログ電圧入力 |
| 4 | CH3 | アナログ電圧入力 |
| 5 | CH4 | アナログ電圧入力 |
| 6 | CH5 | アナログ電圧入力 |
| 7 | CH6 | アナログ電圧入力 |
| 8 | CH7 | アナログ電圧入力 |
| 9 | DGND | デジタルGND |
| 10 | CS/SHDN | チップセレクト/シャットダウン |
| 11 | Din | シリアルデータIN |
| 12 | Dout | シリアルデータOUT |
| 13 | CLK | シリアルクロック |
| 14 | AGND | アナログGND |
| 15 | Vref | リファレンス電圧 |
| 16 | Vdd | 電源電圧 (+2.7〜5.5V) |
MCP3008データシート
Raspberry PiとMCP3008の配線
Raspberry PiとMCP3008を次のように配線した。
| MCP3008 | 名称 | ラズパイ物理番号 | ラズパイ名称 |
|---|---|---|---|
| 9 | DGND | 6 | GND |
| 10 | CS/SHDN | 24 | CS0 (GPIO 8) |
| 11 | Din | 19 | MOSI (GPIO 10) |
| 12 | Dout | 21 | MISO (GPIO 9) |
| 13 | CLK | 23 | SCLK (GPIO 11) |
| 15 | Vref | 17 | 3.3V |
| 16 | Vdd | 1 | 3.3V |
ラズパイではSPIで使われるCS・MOSI・MISO、SCLK、それぞれGPIO8・GPIO10・GPIO9・GPIO11に割り当てられているので注意しよう。
MOSIとMISO
MOSI と MISO はマスターから信号を送るか、スレーブから信号を受け取るかの違いで、MOSIはマスターアウトスレーブイン、MISOはマスターインスレーブアウトの略である。今回の場合、マスターはラズパイであり、スレーブはADコンバーターのMCP3008となる。ラズパイではSPIで使う端子が決まっているので、それに合わせて配線する。
チャネルをどうやって切り替えるのか？
MCP3008 ではコンフィギュレーションビットに送るデータによって、チャネルを選択できるようになっている。下の表はコンフィギュレーションビットの仕様の一部だ。
| Single/Diff | D2 | D1 | D0 | CH |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 0 | CH0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | CH1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | CH2 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | CH3 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | CH4 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | CH5 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | CH6 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | CH7 |
今回の用途ではSingle/Diffを1に固定しているが、0に設定すると differential となり、チャネル間での差分信号を読み取れるようである。
詳しくはMCP3008データシートを参照
MCP3008で温度センサーTMP36の電圧を読み取る
温度センサーTMP36のアナログ電圧を、MCP3008で読み取って温度を取得できるプログラムを書いてみた。ただしサンプリングレートを明示してあげないと、うまく動かず正しいデータが取り出せないので注意が必要。MCP3008のサンプリングレートはVddが5Vのとき最大で200ksps、2.7Vの時では75kspsまでとなっている。今回Vddは3.3Vなので、サンプリングレートを100kspsに設定した。
# -*- coding:utf-8 -*-
import time
import spidev
Vref = 3.334 # 電圧をテスターで実測する
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0) # bus0,cs0
spi.max_speed_hz = 100000 # 100kHz 必ず指定する
def readAdc(channel):
adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 200])
data = ((adc[1] & 3) << 8) + adc[2]
return data
def convertVolts(data, vref):
volts = (data * vref) / float(1023)
return volts
def convertTemp(volts):
temp = (volts - 0.75) / 0.01 + 25.0
return temp
if __name__ == '__main__':
try:
while True:
data = readAdc(channel=0)
volts = convertVolts(data, Vref)
temp = convertTemp(volts)
print("CH0 volts: {:.2f}".format(volts))
print("temp : {:.2f}".format(temp))
# data = readAdc(channel=1)
# volts = convertVolts(data, Vref)
# print("CH1 volts: {:.2f}".format(volts))
time.sleep(2)
except KeyboardInterrupt:
spi.close()
プログラムの解説は次の記事を参考に
TMP36の使い方はこちらを参考
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