初めてのRaspberry Pi Pico ⑱ C言語 12ビットADC MCP3201

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　Picoには12ビット4チャネルのA-Dコンバータが内蔵されています。もし1チャネル足りなかったら、という想定で外部にICを追加します。

MCP3201のおもなスペック

  • ビット数 12
  • チャネル数 1（疑似差動）
  • 基準電圧 内蔵なし、端子あり
  • 変換速度　100ksps（5V時）
  • インターフェース　SPI（モード0,0および1,1）、クロック1.6MHz（5V時）、0.8MHz（2.7V時）
  • 電源動作電圧　2.7～5.5V
  • ピン数　8ピンDIP

接続

　MCP3201は読み出しだけなので、MOSI SPI0 TX（GP3）はつないでいません。

MCP3201の端子 Picoの端子(GPIO) 名称
1 Vref 3V3 3.3V
2 IN+ - -
3 IN- - -
4 Vss GND GND
5 /CS GP5 SPI0 CSn
6 Dout GP4 MISO SPI0 RX
7 CLK GP2 SPI0 SCK
8 Vdd 3V3 3.3V

　入力のIN+/IN-には、電池駆動の簡易電源TL431の出力をつないでいます。約2.5Vです。

プログラムmcp3201.c

　フォルダはmcp3201としました。CMakeLists.txtは省略します。17回以前を参考にしてください。

　MCP3201データシート

　データは読み出しだけです。ダミーの0xffを2回送って、2バイト読み出します。bufferの上位バイトは「? ? 0 D11 D10 D9 D8 D7」が入っているので、0b00011111でマスクします。下位バイトは「D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D1」と、LSBに余分な1ビットが入っています。16ビットに合成した後、右に1回シフトして捨てています。
　12ビットのデータなので、4096で割って、Vrefの3.3Vをかけて電圧を求めます。Vrefは、できるだけ正確にテスタで測った値を記入しておきます。

/**
 * Copyright (c) 2020 Raspberry Pi (Trading) Ltd.
 *
 * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
 */

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/spi.h"

#define PIN_MISO 4
#define PIN_CS   5
#define PIN_SCK  2
#define PIN_MOSI 3

#define SPI_PORT spi0

static inline void cs_select() {
    asm volatile("nop \n nop \n nop");
    gpio_put(PIN_CS, 0);  // Active low
    asm volatile("nop \n nop \n nop");
}

static inline void cs_deselect() {
    asm volatile("nop \n nop \n nop");
    gpio_put(PIN_CS, 1);
    asm volatile("nop \n nop \n nop");
}

int main() {
    stdio_init_all();

    printf("Hello, MCP3201 Reading raw data from registers via SPI...\n");

    // This example will use SPI0 at 0.5MHz.
    spi_init(SPI_PORT, 500 * 1000);
    gpio_set_function(PIN_MISO, GPIO_FUNC_SPI);
    gpio_set_function(PIN_SCK, GPIO_FUNC_SPI);
    gpio_set_function(PIN_MOSI, GPIO_FUNC_SPI);

    // Chip select is active-low, so we'll initialise it to a driven-high state
    gpio_init(PIN_CS);
    gpio_set_dir(PIN_CS, GPIO_OUT);
    gpio_put(PIN_CS, 1);

    // read ADC data. 0xff is dummy. sleep is kiyasume
    uint8_t buffer[2];
    cs_select();
    sleep_ms(1);
    spi_read_blocking(SPI_PORT, 0xff, buffer, 2);
    sleep_ms(1);
    cs_deselect();

    int data = ((buffer[0] & 0b00011111) << 8 | buffer[1]) >> 1;

    // printf(" %d %d \n", buffer[0], buffer[1]);
    // printf(" %b %b \n", (buffer[0] & 0b00011111)<<8, buffer[1]);
    // printf("%b %d \n",data, data);
    printf("ADC is %.3f\n", (3.3 * data) / 4096);

    return 0;
}

　実行結果です。2回目は、入力をショートしています。