Raspberry Pi Pico Wのアナログ入力とMicroPythonでLEDの明るさを調整してみよう。

この記事でわかること

ボリュームの接続方法
GPピンをADCに設定する方法
アナログ値をディジタル値に変換する方法

ラズパイPicoW（Raspberry Pi Pico W）にボリューム（可変抵抗器）を接続し、GPIOに接続したLEDの明るさを調整します。

ボリューム（可変抵抗器）の出力はアナログ信号（電圧）ですので、内臓のA/Dコンバータを使って、アナログ信号をディジタル信号に変換（A/D変換）して処理します。

A/Dコンバータ（ADC）については、こちらを参照してください。

実験準備

実験に必要な機器と部品を準備します。

機器

「ラズパイPicoWを始めよう。」記事で書きましたラズパイPicoWと、統合開発環境ThonnyとMicroPythonファームウェアをインストールしたRaspi4Bを準備します。

: Raspberry Pi Pico WとMicroPythonを始めよう。
この記事でわかること Thonny（統合開発環境）の基本的な使用方法 ThonnyにMicroPythonファームウェアを追加する方法 Raspberry Pi Pico W上のLEDを制御する方法 ...

部品

「ラズパイPicoW：デジタル出力でLED点灯・消灯。」で準備した部品の他に、次の部品を追加して実験に使う部品を準備します。

部品名	規格	数量	取扱い店（参考）
ボリューム	B10K 10K	1	楽天市場

機器／部品の実装とプログラミング

準備した機器と部品を実際に接続し、MicroPythonでプログラミングを行います。

ボリューム（可変抵抗器）を時計方向（CW）に回すとLEDが明るくなり、反時計方向（CCW）に回すと暗くなります。

配線

ブレッドボードを使って「赤いLED」、「ボリューム」、「抵抗」などをジャンパーワイヤで接続します。

プログラミング

Raspi4BのThonnyを起動し、次のコードを「エディタ」に入力するか、リストをコピーしてペーストします。

Thonnyの「エディタ」には直接、日本語が入力できませんので、「Text Editor」に入力後、コピー・ペーストします。

#モジュールの読み込み（インポート）
from machine import Pin, PWM, ADC


#インスタンス「led」：GPピン28を周期が1000Hz(1kHz)のPWMピンとして設定
led= PWM(Pin(28), freq=1000)


#インスタンス「adc」：GPピン27をアナログをディジタルに変換するADCピンとして設定
adc = ADC(Pin(27))


#
# メイン処理
#

#無限ループ処理

while True:
    
    #「adc」ピンのアナログ値を、0～65535 の範囲の整数に分割し、変数dutyに代入
    duty = adc.read_u16()
    
    
    #「led」ピンのデューティ比を、duty/65535 の比率で設定
    led.duty_u16(duty)

Thonnyの「F5」キーを押して、現在のスクリプトを実行します。

ボリューム（可変抵抗器）を時計方向（CW）に回すとLEDが明るくなり、反時計方向（CCW）に回すと暗くなります。

確認後、Thonnyの「Ctrl + F2」キーを押して、停止します。

任意のファイル名でラズパイPicoWに保存します。（ここでは「3_5anlgadj.py」で保存しました。）

回路の説明

ブレッドボードの配線を回路図に表すと次にようになります。

接続について

抵抗（R1）及びLEDに接続については、「ラズパイPicoW：デジタル出力でLED点灯・消灯。」を参照して下さい。
ボリューム（VR）の真ん中のピンに接続されているGPピン27（32ピン）は、ボリューム（VR）を回した時に変化するアナログ信号（電圧）が入力されるため、プログラムでADCとして設定し、ラズパイPicoW内部でディジタル信号に変換します。
ボリューム（VR）の両端のピンの内、「回転止めのツメ」が付いている側のピンをGND（38ピン）に、反対側にピンを3V3（36ピン）接続します。

【※】反対に接続すると、ボリューム（VR）を時計方向（CW）に回すとLEDが暗くなり、反時計方向（CCW）に回すと明るくなります。

電気的特性と設定値

出力状態としてのGPピン28とLED（OSR5JA3Z74A同等品）の電気的特性及び電流制限抵抗（R1）の値を計算・設定については、「ラズパイPicoW：デジタル出力でLED点灯・消灯。」を参照して下さい。

▶️ADCとしてのGPピン27の電気的特性

項目	表記	値	備考
アナログ信号の入力範囲	Vin	0V～3.3V
分解能　※	ー	12Bit

※分解能：A/D変換されたデジタル信号のビット数

プログラムの説明

Thonnyを起動し、ラズパイPicoWに保存したプログラムファイル（3_5anlgadj.py）を読み込みます。

#モジュールの読み込み（インポート）
from machine import Pin, PWM, ADC


#インスタンス「led」：GPピン28を周期が1000Hz(1kHz)のPWMピンとして設定
led= PWM(Pin(28), freq=1000)


#インスタンス「adc」：GPピン27をアナログをディジタルに変換するADCピンとして設定
adc = ADC(Pin(27))


#
# メイン処理
#

#無限ループ処理

while True:
    
    #「adc」ピンのアナログ値を、0～65535 の範囲の整数に分割し、変数dutyに代入
    duty = adc.read_u16()
    
    
    #「led」ピンのデューティ比を、duty/65535 の比率で設定
    led.duty_u16(duty)

プログラム全体の流れ

「ボリュームを使ってLEDの明るさ調整」プログラムは次の処理を行います。

実装順	流れ	説明
モジュールの読み込み	**	machineモジュールのクラスPin、クラスPWM及びクラスADCを読み込みます。
LEDのGPピンを設定	**	LEDのGPピンをPWM、出力する周期を1kHZに設定します。
ボリュームのGPピンを設定	**	ボリュームのGPピンを、A/D変換をするADCに設定します。
メイン処理	1	ボリュームから入力される「adc」ピンのアナログ値を、ディジタル値に変換（0～65535 の範囲の整数に分割）します。
メイン処理	1	LEDの明るさは、変換されたディジタル値のデューティ比（ディジタル値/65535）を計算し、PWMの出力として調整されます。

「モジュールの読み込み（インポート）」については、「ラズパイPicoW：デジタル出力でLED点灯・消灯。」を参照して下さい。

「LEDのGPピンを設定」については、「ラズパイPicoW：パルス幅変調でLEDの輝度制御。」を参照して下さい。

ボリュームのGPピンを設定

GPピン27をADC状態に設定し、ボリュームから入力されたアナログ値を、ディジタル値に変換（A/D変換）します。

adc = ADC(Pin(27))
adc	クラスPinを使うため、インスタンス名「adc」に代入します。
ADC(Pin(27))	呼出されるコンストラクタの引数として、GPピンを27（ボリュームを接続）、状態をADC（A/D変換）に設定します。

メイン処理

ラズパイPicoWで処理するため、ボリュームから入力されたアナログ値をディジタル値に変換します。

変換されたディジタル値からデューティ比の計算を行い、PWM出力としてLEDに供給し、明るさを調整します。

ボリュームの操作による、LEDの明るさ調整は「while」文で繰り返し処理を行います。

「while」文は関数の記述と同じように、ブロックを4個の半角スペース（空白）でインデント（字下げ）します。

▶️無限ループ処理

LEDの明るさ調整を無限ループの中で繰り返します。

while (True):

Thonnyの「Ctrl + F2」キーを押して強制停止させるまで、while以下のブロックを無限に繰り返します。

▶️アナログ値をディジタル値に変換

ボリュームから入力されたアナログ値を、ディジタル値に変換（整数に分割）して変数に代入します。

duty = adc.read_u16()
duty	アナログ値を分割した結果を代入する変数です。
adc.read_u16()	ボリュームから入力される「adc」ピンのアナログ値を、ディジタル値に変換（0～65535 の範囲の整数に分割）します。

▶️LEDの明るさ調整

変換したディジタル値により、LEDの明るさが調整されます。

led.duty_u16(duty)
PWM 出力とし設定された「led」のデューティ比を、duty / 65535（符号なし16ビット値）の比率で設定します。

まとめ

ラズパイPicoWのGPピンにボリューム（可変抵抗器）をアナログ入力（ADC）として接続し、時計・反時計方向に回すと、パルス幅変調（PWM）として接続された、LEDの明るさが変わります。

入力されたアナログ値を0～65535 の範囲の整数に分割して、ディジタル値に変換することを学びました。

変換したディジタル値のデューティ比（ディジタル値/65535）を計算し、PWM出力することで、LEDの明るさが調整できることを学びました。