ラズベリーパイのセンサの測定値変換のプログラムについて

ラズベリーパイでセンサの測定値を取り込むためにAD変換のプログラムの勉強をしています。
以下が参考にしているプログラムです。

import spidev#SPI通信を使用するためのライブラリ
import time

spi = spidev.SpiDev() #SPI通信の設定
spi.open(0,0)
spi.max_speed_hz = 1000000

def readAdc(channel):#センサの測定値を変換する関数
adc = spi.xfer2([1,(8+channel)<<4,0])
data = ((adc[1]&3) << 8) + adc[2]
return data

if name == 'main': # 1ch は0, ..., 8chは 7　と書くこと．
ch = 0 #この場合は1chの信号をAD変換して値を表示
for t in range(0,100): #100回文値を表示する
data1 = readAdc(ch) #chの値を上記の関数で数値に変換
print(data1) #値の表示
time.sleep(0.5) #0.5秒に1回データを計測する．

以下の2点がただいま詰まっているところです。
・spi.xfer2()とはどういう意味なのか、また引数を3つとっているがそれぞれのどういう役割なのか
・8+channelとは何なのか、なぜ4bitシフトさせるのか

10bit ８ch　ADコンバータ「MCP3008」を使用しています。

ご教授お願いいたします。

行動規範の内容に同意します

回答3件

ベストアンサー

XxkanakoxXさん、

まず、SPI通信の確認

Wikipediaの説明から、
マスターとスレイブがあって、マスターは、クロック(SCLK)の生成ととスレーブセレクト(SS)をLOWにしてデバイスを選択、

MISO (MasterInSlaveOut マスター入力スレーブ出力)
MOSI (MasterOutSlaveIn マスター出力スレーブ入力)

の２つのピンで同時に通信を行います。

次に、MCP3008のデータシートでデータのやり取りの仕方を見ます。英語ですが.
page 18のFigure 6-1の図がこのチップでの通信のやりかたで、３バイトで通信を行います。
D_INがMCP3008への入力で、D_OUTが、MCP3008からの出力です。
D_INに送るデータですが、

１バイト目: 8bit目にStartの1を送るので、 0x01 を入力します。
２バイト目: SGL/DIFFは、Single-End-Input(1)　か pseudo-differential input(0)のモード選択ですが、GNDとCH間を測るでしょうから、=1で

D2/D1/D0で、Ch番号の指定、下位４ビットは、XXXXとなってて、特に指定なしです。
なので、(( (1<<3) + Ch ) << 4) が、２バイトの入力. [ (1<<3) => 8 です。 ]

3バイト目: MCPからの出力を受け取るだけなので、0 としています。(これをいれないと、SCLKが作られないので.)

同様に、D_OUT側ですが、２バイト目の下位2ビットと、３バイト目で、10ビットのデータになる、とのことで、 ((adc[1] & 3) << 8) + adc[2]) となります。

その次、pythonのspidevをみます。下の方にChip-Selectの制御の違いがかいてありますね。

xfer(list of values[, speed_hz, delay_usec, bits_per_word])

Performs an SPI transaction. Chip-select should be released and reactivated between blocks. Delay specifies the delay in usec between blocks.

xfer2(list of values[, speed_hz, delay_usec, bits_per_word])

Performs an SPI transaction. Chip-select should be held active between blocks.

で、質問の件ですが、

・spi.xfer2()とはどういう意味なのか、

↑の説明にかいてあるとおりのCS(=SS)制御の仕方で通信する関数。

また引数を3つとっているがそれぞれのどういう役割なのか

引数はリスト１つ。で、MCP3008との通信に必要な３バイト分が入ってます。

・8+channelとは何なのか、なぜ4bitシフトさせるのか

↑で説明したとおり、MCP3008の通信仕様、ですね。

追記:
XxkanakoxXさん、

((SGL_DIFF << 3) | ((D2<<2) | (D1 << 1) | D0) ) << 4

SGL_DIFF = 1
((D2<<2) | (D1 << 1) | D0) => Channel番号

で、どうでしょう？　データシートの図と見比べてみてください

投稿2019/04/03 06:13

編集2019/04/03 15:29

mt08

総合スコア1825

XxkanakoxX

2019/04/03 08:10

分かりやすい説明ありがとうございます。 (( (1<<3) + Ch ) << 4) が、２バイトの入力. [ (1<<3) => 8 です。 ] のところをもう少し教えていただけますでしょうか。

mt08

2019/04/03 15:28

説明を追記しました。

XxkanakoxX

2019/04/04 03:53

追記解説ありがとうございます。すみません、シフトなどの考え方が苦手なので理解が間違っているのかもしれないのですが、（SGL_DIFFを左に３bitシフト、またはD2を左に2bitシフト、またはD1を左に1bitシフト、またはD0）全体を左に4bitシフトということでしょうか？

mt08

2019/04/04 16:22

はい、そうです。

XxkanakoxX

2019/04/05 07:48

分かりました！ご丁寧な説明ありがとうございます！

行動規範の内容に同意します

基礎知識を得るため、次の資料を紹介しておきます。高知工科大学の学生さんの学位(学士)論文で、Raspberryのシステム構成、インターフェース、センサーといった事項が丁寧に説明されていますし、Pythonでコードが書かれていますから、勉強になると思います。読んでみてください。
IoT デバイス開発用 RaspberryPi 向け
Python パッケージの提案

『・spi.xfer2()とはどういう意味なのか、また引数を3つとっているがそれぞれのどういう役割なのか
・8+channelとは何なのか、なぜ4bitシフトさせるのか』
というのは、SPI通信の先に何が接続されているのかに依存します。

この質問ではRaspberry Piが、10bit ８ch　ADコンバータ「MCP3008」と接続されているのですから、そこに送るデータの意味は、「MCP3008」の技術資料で確認してください。
例えば、2.7V 4-Channel/8-Channel 10-Bit A/D Converters
with SPI Serial Interface のような資料です（英語で書かれていますが、難しい表現は使われていないと思います）。

この資料を読めば、MCP3008というA/DコンバータICは８本のアナログ入力ピンを持っていて、それを８系統のアナログ入力として使う方法と、４系統のアナログ差動入力として使う方法があるということが分ります。

xkanakoxXさんは、どのような使い方をしようとして、どのような配線をしているでしょうか？
そういう確認をする機会が得られるのも、技術資料やマニュアルを読み込むメリットです。

あせらず、ぼちぼちやりましょう

投稿2019/04/03 06:24