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【Raspberry Pi Pico W】SPIの使い方（micropython×Thonny）
1. はじめに
- OLEDの記事がI2Cばかり出てくるので、SPI用の記事にまとめました
1.1 この記事について
- Raspberry Pi Pico W（以下、pico）のSPIを使ったサンプルプログラムを記載する
- 細かい解説というより、備忘録とプログラム＋回路図のサンプル重視
- 入門・解説というより備忘録に近い
1.2 対象読者
- Picoを使ったことがある
- Thonnyを使ってPicoにプログラムを書き込み・実行ができる
- プログラム言語（特にmicropython）が多少読める、書ける
1.3 動作環境
- PC
- OS：Windows 11 Home
- プログラミング環境：Thonny(v4.1.4)
- Raspberry Pi Pico W
- ファームウェア：v1.24
2. SPIについて（説明）
- マイコンと周辺ICで通信する際に使用されるインターフェースの１つ
- CS, SCLK, MISO, MOSIの４線で通信を行う
- I2Cよりも高速
SPIについての詳細
Analog Devicesさんの記事がわかりやすかったので、こちらを一読いただくことをお勧めします。
SPI通信インターフェースの基本を学ぶ（入門編） - 通信回路、プロトコルなど _ Analog Devices
3. 実験
- picoのSPIはデフォルトで以下の通りとなっている
- GP16[SPI0 RX] ・・・ MISO(picoがmasterの場合)
- GP17[SPI0 CSn] ・・・ Chip Select n
- GP18[SPI0 SCK] ・・・ Serial ClocK
- GP19[SPI0 TX] ・・・ MOSI(picoがmasterの場合)
3.1 microSD Card AdapterでmicroSDカードの読み書き
- microSDカードの読み書きを行うことができる
- microSDカードのフォーマットは"FAT32"推奨
- 使用したのは以下のもの（動作電圧は5Vのため、VSYSに接続して使います）
3.1.1 回路図＋配線図(Fritzing)
| microSD Card Adapter | pico |
|---|---|
| CS | GP17[SPI0 CSn] |
| SCK | GP18[SPI0 SCK] |
| MOSI | GP19[SPI0 TX] |
| MISO | GP16[SPI0 RX] |
| VCC | VSYS |
| GND | GND |
3.1.2 実際の画像
3.1.3 プログラム例
from machine import Pin, SPI
from os import mount
from sdcard import SDCard
spi = SPI(0, sck=Pin(18), mosi=Pin(19), miso=Pin(16))
cs = Pin(17)
sd = SDCard(spi, cs)
mount(sd, '/sd')
with open('/sd/test.txt', 'rw') as f:
f.write('Hello, World!!') # ファイルに書き込み
res = f.readlines() # ここでは書き込んだHello, World!!は取得できない
print(res)
with open('/sd/test.txt', 'r') as f:
res = f.readlines() # 書き込み後、with文を出た後なら取得可能
print(res)
sdcard.pyについて
以下のgithubにあるものを使用しました（picoのlibフォルダの中に保存）
open関数について
python用のドキュメントですが、writeやreadはここを参考にしました
3.2 OLEDにmicropythonロゴを描画する(SPI)
- OLEDはI2Cでの記事が多いため、SPIでの使用例を記載してみました
- ものによってはDOがSCK, DIがMOSIと記載されているものもあったり、６ピンしかない（RSTがない）などいろんなものがあるようです
3.2.1 回路図＋配線図(Fritzing)
- SPIなのに、pico側のSPI0 RX(miso)は使用しません！
- 代わりにDC(Data Command)とRES(Reset)を任意のGPIOに接続する必要があります
| OLED(SPI) | pico |
|---|---|
| GND | GND |
| VCC | 3V3 |
| DO | GP18[SPI0 SCK] |
| DI | GP19[SPI0 TX] |
| RES | GP5 |
| DC | GP4 |
| CS | GP17[SPI0 CSn] |
3.2.2 実際の動画
3.2.3 プログラム例
from machine import Pin, SoftSPI
from ssd1306 import SSD1306_SPI
from time import sleep
spi0_SCK = Pin(18) # DOに接続
spi0_TX = Pin(19) # DIに接続
spi0_RX = Pin(16) # 接続しない(使用しない）
# ソフトウェア SPI インタフェース:
spi = SoftSPI(baudrate=500000, polarity=1, phase=0, sck=spi0_SCK, mosi=spi0_TX, miso=spi0_RX)
dc = Pin(4) # DCに接続
rst = Pin(5) # RSTに接続
cs = Pin(17) # CSに接続
display = SSD1306_SPI(128, 64, spi, dc, rst, cs)
# MicroPython のロゴを描画し、テキストを印字します:
display.fill(0)
display.fill_rect(0, 0, 32, 32, 1)
display.fill_rect(2, 2, 28, 28, 0)
display.vline(9, 8, 22, 1)
display.vline(16, 2, 22, 1)
display.vline(23, 8, 22, 1)
display.fill_rect(26, 24, 2, 4, 1)
display.text('MicroPython', 40, 0, 1)
display.text('SSD1306', 40, 12, 1)
display.text('OLED 128x64', 40, 24, 1)
display.show()
for t in range(100):
display.rotate(t%2==0) # 奇数で0度回転、偶数で180度回転
display.show() # 描画する
sleep(1)
もっとOLEDの使い方を知りたい方へ
リファレンスを読むことをお勧めします（以下はESP8266用のものですが、一部使えます）
14. SSD1306 OLED ディスプレイの使い方
4. まとめ
- SPIを用いたmicroSDcardAdapter、OLEDを動かすプログラムを紹介した
- MISOとかSDIとか基板に書いてある略称がバラバラだったりするので、慣れないうちは戸惑いそう
- CSを使って２つ以上のデバイスを同じバスで動かすのも、今後やってみたい
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