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改めてSPIについてを知る５

2022-02-10 施設・設備・IoT 電子工作 Micro:bit

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SPI通信のモードは、クロック極性(CPOL)とクロック位相(CPHA)の組み合わせで決まります。CPOLはクロックのアイドル状態(0か1)を、CPHAはデータ取得がクロックの立ち上がり edge か、立ち下がり edge かを示します。組み合わせは4種類あり、モード0(CPOL=0, CPHA=0)からモード3(CPOL=1, CPHA=1)まで存在します。

改めてSPIについてを知る４

2022-02-09 プログラミング施設・設備・IoT コンピュータ電子工作

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本稿では、SPI通信におけるSSとSCLKの役割を解説しています。SSはスレーブ選択信号で、LOWにすることで特定のスレーブとの通信を有効化します。SCLKはクロック信号であり、この規則的なHIGH/LOW変化を基準に同期してMOSI/MISOでのデータ送受信が行われます。具体的には、SS1をLOWにし、SCLK信号に合わせてデータ送受信を行う例を図解で示しています。今回のSPI通信解説により、以前の記事で扱ったESP8266,Raspberry Piを用いたソケット通信やUARTと合わせて、IoTにおけるセンサーデータ取得から遠隔地への送信までの仕組みの理解が深まります。

改めてSPIについてを知る３

2022-02-08 プログラミング施設・設備・IoT コンピュータ電子工作

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SPI通信について、マスタースレーブ構成、データ送受信の流れ、シフトレジスタによるデータの受け渡しなど、具体的な例を挙げながら解説しています。\ 特に、8ビットデータ転送を図解で示し、LSB、MSB、MOSI、MISOといった用語を用いながら、マスターとスレーブ間におけるデータの移動を詳細に説明しています。\ 最後に、Raspberry PiとAD変換器を用いたSPI通信のコード例を紹介し、次回の記事ではシフトレジスタの仕組みやSSの役割について解説することを予告しています。

改めてSPIについてを知る２

2022-02-07 プログラミング施設・設備・IoT コンピュータ電子工作

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シフトレジスタは、複数のフリップフロップを連結してデータを順次移動させるデジタル回路です。各フリップフロップは1ビットの情報を保持し、クロック信号に従って隣に情報を渡していきます。例えば、直列入力直列出力型では、入力データが"11010000"の場合、各クロックサイクルで1ビットずつシフトされ、最終的に出力"00001101"として得られます。このように、シフトレジスタはデータを一時的に記憶したり、ビット列を操作したりする際に活用されます。

改めてSPIについてを知る１

2022-02-06 プログラミング施設・設備・IoT コンピュータ電子工作

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SPIは、マスター機器が複数のスレーブ機器と通信する規格です。マスターはSCLK, MISO, MOSI, SSの4つの信号線でスレーブと接続します。SSはスレーブ選択線で、マスターはHIGH/LOWを切り替えることで、どのスレーブと通信するかを選びます。複数のスレーブを接続する場合、マスター側にスレーブ数分のSS（GPIOピン）が必要です。SSは通信開始と終了の合図にもなります。

ビット演算を介してシリアル通信を見る

2022-02-05 プログラミング施設・設備・IoT コンピュータ電子工作

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この記事では、ビット演算をPythonコードを用いて解説し、シリアル通信の一つであるUARTのデータ構造を擬似的に再現しています。まず、スタートビット、データビット、パリティビット、ストップビットから成るUARTのビット列を、ビットシフト演算子を用いて生成する過程を示します。次に、乱数を用いてデータビットの0/1をランダムに設定することで、より現実的なUART通信を模倣しています。これにより、ビット演算がハードウェアレベルでのデータ通信を理解する上で重要であることを示し、今後のSPI通信学習への足掛かりとします。

Pythonでビット演算子のビット否定に触れる

2022-02-03 プログラミング施設・設備・IoT コンピュータ電子工作

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Pythonではビット否定演算子~を使うと、整数のビット反転ではなく、**負数の表現**として用いられます。記事中の例では、13 (~0b1101) のビット否定は、-14 (-0b1110) となります。これはPythonが整数を**符号付き2進数**で表現しているためです。符号付き2進数では、最上位ビットが符号を表し、残りのビットが数値を表します。ビット反転を行うには、ビット演算とマスクを組み合わせる必要があります。単にビット反転を行うだけであれば、`~` 演算子ではなく、各ビットを反転する関数を定義する方が分かりやすいかもしれません。

Pythonでビット演算子の排他的論理和に触れる

2022-02-02 プログラミング施設・設備・IoT コンピュータ電子工作

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Pythonのビット演算子の一つである排他的論理和(XOR)について解説しています。XORは、^ 演算子で表され、2つのオペランドのビットが異なる場合に1を返す演算です。記事では、真理値表を用いてXORの動作を具体的に説明し、13と10のXOR演算を例に、ビット演算の結果が7(0b111)になることを示しています。さらに、ビットごとのXOR演算を手計算で説明し、2進数表現での理解を深めています。最後に、CPUの説明などで用いられるXORの記号を紹介しています。

AD変換器の基準電圧とは何だろう？

2022-01-15 電子工作

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AD変換器の基準電圧(VREF)とは、アナログ電圧をデジタル値に変換する際の基準となる電圧です。MCP3208の場合、VREFは2.7V〜5Vの範囲で設定でき、高い電圧ほどデジタル値の分解能が向上します。記事では、VREFを5Vにすることでサンプリング精度を高め、ノイズの影響を抑えるためにVREFに入力フィルターを入れることを推奨しています。さらに、AGND(アナロググランド)とDGND(デジタルグランド)についても今後の課題としています。

Raspberry PiにPH4502Cを繋いでみた

2022-01-14 施設・設備・IoT 電子工作 Micro:bit

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この記事では、Raspberry PiにpHメーターPH4502Cを接続し、pHのアナログ値をデジタル値に変換して取得する方法を解説しています。筆者は、MCP3208というAD変換器を用い、GPIO Zeroのライブラリを使ってRaspberry Piで値を読み取っています。記事内では、回路図やコード例、実験中の問題点と解決策が詳しく説明されています。最終的には、水道水のpHを測定し、約2.8Vの電圧値を得ることに成功しましたが、値のばらつきが課題として残りました。筆者は、今後さらに知識を深め、GPIO Zeroを使わない方法やpH測定の精度向上に取り組む予定です。

AD変換器から出力されたデジタル値を読み込む

2022-01-12 コンピュータ電子工作

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この記事では、AD変換器を使ってアナログ値をデジタル値として読み取る方法を解説しています。AD変換器からのデータ送信には、複数のピンを使ったSPI通信という方式が使われています。SPI通信では、マスター（Raspberry Pi）とスレーブ（AD変換器）間でデータのやり取りが行われます。重要な点は、AD変換器からのデジタルデータは1本のピンではなく、SCLK、MISO、MOSI、SSの4本のピンを使ってやり取りされることです。