Raspberry PiでADコンバータを使ってアナログ電圧を読む

Raspberry Pi Zero WにはArduinoのようなアナログ入力ピンを持っていません。そのため、センサー出力などのアナログ値を知る（測る）には外付けでADコンバータを使う必要があります。

ここでは8ピンパッケージでSPIシリアルインターフェースを持つMCP3002を使ってアナログ電圧を読み取るPythonプログラムの例を示します。

MC3002の概要

MCP3002は2チャネルのアナログ入力、分解能は10ビット、電源電圧は2.7V-5.5V（基準電圧VREFと共用）、そしてマイコンとはSPIシリアルインターフェースで通信可能なデバイスです。データシートは秋月電子通商の商品ページのリンクを参照。

MCP3002のRaspberry Pi Zero W（以下Pi Zero）とのデータの送受信のタイムチャートです。なお、このタイムチャートはSPIのモード0になります。

動きとしては、Pi Zeroからはじめの8ビットデータの上位5ビットで通信の開始とMCP3002の動きを設定するConfigurationを送出し、次の8ビットで　ダミーデータを送出すると、MC3002からAD変換後の10ビットのデータが送出されます（正確には最初のクロックの7番目と8番目に同期してAD変換のデータのB9とB8を、次の８個のクロックに同期してB7-B0が送出される）。

データのフォーマットは以下になります。

回路図

MCP3002の動作の確認を可変抵抗（10kΩ）を使って、AD変換した結果をコンソールに表示して行います。

以下はその回路図でアナログ入力はシングルエンド、入力チャネルはCH0、そして電源電圧はPi Zeroの3.3Vとします。

ソース・コードと解説

ソース・コードは以下になります。ファイル名はtest13.pyとしています。

#!/usr/bin/python
import spidev           # spidevライブラリの読み込み
import time             # timeライブラリの読み込み

cfg = 0x68              # |START|SGL|SIGN|MSBF|
                        # |  1  | 1 | 0  | 1  |

spi = spidev.SpiDev()       # spidevのインスタンス化

spi.open(0,0)               # CE0を指定
spi.max_speed_hz = 1200000  # 転送速度を1.2MHzに設定
spi.mode = 0b00             # SPIモード0

try:
  while True:
    adcd = spi.xfer2([cfg, 0x00])
              # Configuration Bitsの送出と変換データの受信
    data = ((adcd[0] & 3) << 8) + adcd[1]
              # データを10bitにまとめる
    print("Data:",data)
    time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
  spi.close()               # SPI通信を終了

ちょっと解説します。

アナログ入力がシングルエンド、入力チャネルがCH0そしてデータの出力フォーマットをMSBファーストに設定するのをスタートビットを含め