SpresenseでLチカから始める (3) Wireライブラリ A-DコンバータMCP3421

　Wireライブラリを利用するために、マイクロチップ製MCPシリーズの18ビットA-DコンバータMCP3421を利用します。DIP化されたボードをebayから入手しました。

●MCP3421のおもなスペック

分解能；18ビット
パッケージ；6ピンSOT-23
基準電圧；2.048V内蔵
電源電圧； 2.7～5.5V
入力；差動1チャネル
増幅器；ゲイン・プラグラマブル前置アンプ内蔵（PGA）。1倍、2倍、4倍、8倍から選択
変換方式；ΔΣ（デルタ・シグマ）方式
変換速度；3.75SPS（18ビット）、15 SPS （16ビット）、60 SPS （14ビット）、240 SPS （12ビット）から選択
インターフェース；I2C
I2Cデータ転送速度；standard （100 kHz）、fast （400kHz）、high-speed （3.4 MHz）モードのいずれか
I2Cのスレーブ・アドレス；1101000 0x68固定

●設定用レジスタ

bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
Readyビット	チャネル・セレクトだが使わない		1；連続、0；ワンショット	00；12ビット、01；14ビット、10；16ビット、11；18ビット		PGA利得、00；×1、01；×2、10；×4、11；×8

　パワーオン・リセット後、このレジスタの内容は10010000です。12ビット、PGAは1倍の設定なので、16ビットに変更するときは、10011000にします。16ビットではサンプリング速度は15spsになります。

●読み出したデータのフォーマット

　bit17～bit18が上位バイト、bit15～bit8が中位バイト、bit7～bit0が下位バイトです。bit17は符号ビットで、bit23からbit19はbi17がコピーされています。

●接続

　SpresenseのI2Cインターフェースには1kΩのプルアップ抵抗が入っています（0番から13番ピンのすべて）。この低い抵抗値はMCP3421のデータ転送速度3.4MHzに対応していますが、ここではデフォルトの100kHzで実験します。Arduino UNOではA4とA5番ピンはI2Cと共通端子ですが、SpresenseのI2Cインターフェースは独立しています。

　データ転送速度は約100kHzです。

　400kHz以上に設定しても、336kHzより転送速度は上がりませんでした。

Wire.begin();
Wire.setClock(3400000L);

●I2CスキャナでI2Cデバイスの存在をチェック

　i2c_scannerをコピペして、スケッチをコンパイルします。問題なければ、「→」で書き込みます。ボードへの書き込みが完了しましたが表示されたら、シリアル・モニタを開きます。通信速度は9600bpsです。0x68に見つけました。

●A-D変換

　デバイスは、パワーオン・リセットで次のように設定されています。

コンバータのビット分解能 : 12 ビット (240 sps)
PGA ゲイン設定 : 1 倍
連続変換

　こちらのスケッチ（MCP3425）をそのまま使います。16ビットにするためコンフィギュレーション・レジスタはb10011000です。元のスケッチも同じコンフィギュレーション値の設定なので、そのままコピペして動作させました。

#include <Wire.h>
#define MCP3425_address 0x68
#define configRegister 0b10011000 //16bit 15sps PGA x1 
float Volts;
float Vref = 2.048 ;

void setup() {
    Wire.begin();
    Serial.begin(9600);
    Wire.beginTransmission(MCP3425_address);
        Wire.write(configRegister);
    Wire.endTransmission();
}

void loop() {
    Volts = (int)readADC() * Vref / 32767.0 ;
    Serial.println(String(Volts,5));
    delay(1000);
}

float readADC() {
    Wire.requestFrom(MCP3425_address, 2);
    return ( (Wire.read() << 8 ) + Wire.read() );
}

　Arduino UNOでは読み出してきたデータをintでキャストしたら、符号処理が行えました（16行目）。スケッチを動かしても、マイナスの値が正しく処理されていません。Spresenseのintは16ビットではないかもしれません。キャストにshortを使ってみましたが、符号処理は正しく行えませんでした。

　18ビットの読み出しに変更し、プラスの電圧だけを測るスケッチです。有効桁数以上の小数点を表示しています。

#include <Wire.h>
#define MCP3421_address 0x68
#define configRegister 0b10011100 //18bit 3.75sps PGA x1 
float Volts;
float Vref = 2.048 ;
 
void setup() {
    Wire.begin();
    Serial.begin(9600);
    Wire.beginTransmission(MCP3421_address);
        Wire.write(configRegister);
    Wire.endTransmission();
}
 
void loop() {
    Volts = readADC() * Vref / 131071.0 ;
    Serial.println(String(Volts,6));
    delay(1000);
}
 
float readADC() {
    Wire.requestFrom(MCP3421_address, 3);
    return ( ( (Wire.read() & 0x03 ) << 16 ) + (Wire.read() << 8 ) + Wire.read() );
}

　エネループの電池の電圧を測っています。