初めてのRaspberry Pi Pico ⑲ C言語 12ビットADC MCP3202

　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2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。


<img width="150" alt="ファイル名" src="https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/407635/3defa2a6-0a57-3aa9-5022-dd0241074540.png">

###MCP3202のおもなスペック

- ビット数 12
- チャネル数 2（シングルエンド）、1（疑似差動）
- 基準電圧 内蔵なし、端子なし
- 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）
- 動作電圧　2.7～5.5V
- ピン数　8ピンDIP

###接続

|MCP3202の端子|	Picoの端子(GPIO)	|名称|
|------------|:-------------:|:------|
|1 /CS|	GP5|	SPI0 CSn|
|2 ch0|	-|	-|
|3 ch1|	-|	-|
|4 Vss|	GND|	GND|
|5 Din|	GP3|	MOSI SPI0 Tx|
|6 Dout|	GP4|	MISO SPI0 RX|
|7 CLK|	GP2|	SPI0 SCK|
|8 Vdd|	3V3|	3.3V|
　入力のch0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。ch1はGNDもしくは3.3Vにつないで結果をみます。

###プログラムmcp3202.c
　フォルダはmcp3202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。

　[MCP3202データシート](http://ww1.microchip.com/downloads/jp/DeviceDoc/21034A_JP.pdf)

　チャネルは、シングルエンドのch0、ch1、疑似差動のIN+/IN-、疑似差動のIN-/IN+から選択します。
　コマンドを送るフォマットは次のとおりです（送るのはPicoで、送られてくるのもPicoです）。
　　``Startbit　チャネル指定2バイト　MSBT``
　例えば、ch0であれば、
　　``1         10             1``
　ch1であれば、
　　``1         11             1``
　です。MSBTがMCP3202へ送られるタイミングで、1ビットおいて、
　　``D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0``
のA-D変換結果データが、MCP3202からPicoへ送られてきます。
　SPIは基本8ビット単位なので、D0から前にさかのぼって、8ビット単位で送るべきデータを整理します。
　　``x x x x x x x 1``   ``1 1 0 1 x x x x``    ``x x x x x x x x``
　SPIはクロックを送り続けないとデータはやってきません。上記のxはダミーなので、０でも1でもかまいません。したがって、ここでは、ch0のデータは、次のようにしました。
　　``0x01``   ``0b11010000``   ``0xff``

　3バイト送ったので、読み出したデータは3バイトです。1バイト目はごみなので捨てます。2バイト目は上位``D11 D10 D9 D8``が右詰めで入っています。3バイト目は、``D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0``です。
　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。

```c
/**
 * 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 float Vref = 3.30;


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");
}

void setup_SPI(){
    // 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);
}

int readADC(uint8_t chData){
    uint8_t writeData[3] = {0x01, 0b10100000, 0xff};
    writeData[1] = chData;
    // printf("\n %b %b %b",writeData[0],writeData[1],writeData[2]);
    uint8_t buffer[3];
    cs_select();
    sleep_ms(1);
    spi_write_read_blocking(SPI_PORT, writeData, buffer, 3);
    sleep_ms(1);
    cs_deselect();

    return (buffer[1] & 0x0f) << 8 | buffer[2];
}

int main() {
    stdio_init_all();

    printf("\nHello, MCP3202 Reading raw data from registers via SPI...\n");

    setup_SPI();

    int dataCh0 = readADC(0b10100000);
    int dataCh1 = readADC(0b11100000);

    //printf(" %d %d \n", buffer[0], buffer[1]);
    // printf(" %b %b \n", (buffer[0] & 0b00011111)<<8, buffer[1]);
    //printf("%b %d \n",dataCh0, dataCh0);
    printf("\nch0 is %.4fV\n", Vref * dataCh0 / 4096);
    printf("ch1 is %.4fV\n", Vref * dataCh1 / 4096);
    return 0;
}
```


　実行結果です。1回目ch1はGNDへ、2回目は3.3Vへつないでいます。
![adc201.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/407635/f1e146c3-6a37-5ffa-8313-8614541716ac.png)