シリアル周辺インターフェイス（SPI）は、主に埋め込まれたシステムで、短距離通信に広く使用されている同期シリアル通信プロトコルです。 Arduinoの汎用性とSPIを介したRaspberry Piの計算能力を組み合わせることで、多くのプロジェクトの可能性を開くことができます。このブログ投稿では、ArduinoとRaspberry Piの間でSPI通信をセットアップして使用する方法について説明します。
SPIの理解
SPIは、マスタースレーブモードで動作する全二重通信プロトコルです。 4つのメインラインを使用します。
- モシ（マスターアウトスレーブイン）： マスターからスレーブにデータを転送します。
- 味o（スレーブアウトのマスター）： スレーブからマスターにデータを転送します。
- SCLK（シリアルクロック）： マスターによって生成されたデータ送信を同期します。
- SS/CS（スレーブセレクト/チップ選択）： スレーブデバイスを選択します。
SPIは、そのシンプルさと速度で好まれているため、デバイス間の迅速なデータ交換を必要とするアプリケーションに最適です。
なぜArduinoとRaspberry PiでSPIを使用するのですか？
ArduinoとRaspberry PIを組み合わせると、両方のプラットフォームの強度が活用されます。 Arduinoはリアルタイムの低レベルのハードウェアコントロールで優れていますが、Raspberry PIは高レベルの処理機能、ネットワーク接続、および豊富なオペレーティングシステム環境を提供します。 SPIを使用すると、これら2つのデバイスが効率的に通信でき、ホームオートメーションシステム、ロボット工学、データロギングアプリケーションなどの複雑なプロジェクトを可能にします。
ハードウェアのセットアップ
ArduinoとRaspberry Piの間のSPI通信を確立するには、次のコンポーネントが必要です。
- Arduino uno（または互換性のあるArduinoボード）
- RaspberryPi（GPIOピンを備えた任意のモデル）
- ジャンパーワイヤ
- ブレッドボード（オプション）
SPIのArduinoおよびRaspberry Piの配線
適切な通信を確保するためには、慎重な配線が重要です。 SPIを使用してArduinoとRaspberry Piを接続する方法は次のとおりです。
| Raspberry Pi Gpio Pin | Arduino Pin | 説明 |
|---|---|---|
| GPIO10（MOSI） | ピン11（モシ） | 奴隷をマスターします |
| GPIO9（味o） | ピン12（味o） | 奴隷のマスター |
| GPIO11（SCLK） | ピン13（SCLK） | シリアルクロック |
| GPIO8（CE0） | ピン10（SS） | スレーブセレクト |
| GND | GND | コモングラウンド |
| 3.3V | 5V | 電源（必要に応じてレベルシフトを使用） |
注記： Raspberry Piは3.3Vロジックレベルで動作し、Arduino Unoは5Vを使用します。 Raspberry Piの潜在的な損傷を防ぐために、ロジックレベルのコンバーターを使用することをお勧めします。
Arduinoの構成
ArduinoはSPIスレーブデバイスとして機能します。以下は、セットアップするためのサンプルArduinoスケッチです。
// Arduino as SPI Slave
#include
volatile byte receivedData = 0;
void setup() {
// Initialize serial communication for debugging
Serial.begin(9600);
// Set MISO as output
pinMode(MISO, OUTPUT);
// Enable SPI in Slave Mode
SPCR |= _BV(SPE);
SPI.attachInterrupt();
}
ISR(SPI_STC_vect) {
receivedData = SPDR;
}
void loop() {
if (receivedData) {
Serial.print("Received: ");
Serial.println(receivedData);
receivedData = 0;
}
}
説明：
- spi.attachinterrupt（）; SPI割り込みを有効にし、Arduinoが着信データを処理できるようにします。
- 割り込みサービスルーチンで
ISR(SPI_STC_vect)、受信したデータは処理のために保存されます。 -
loop()受信したデータをチェックし、シリアルモニターに印刷します。
Raspberry Piの構成
Raspberry PiはSPIマスターデバイスとして機能します。でPythonを使用します spidev SPI通信を処理するライブラリ。まず、SPIが有効になっていることを確認してください。
- Raspberry Pi構成ツールを開きます。
sudo raspi-config - に移動します インターフェイスオプション > spi > 有効にする
- プロンプトがある場合は、Raspberry Piを再起動します。
インストールします spidev まだインストールされていない場合：
sudo apt-get install python3-spidevRaspberry PiのサンプルPythonスクリプトは次のとおりです。
# Raspberry Pi as SPI Master
import spidev
import time
# Open SPI bus 0, device (CS) 0
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
# Set SPI speed and mode
spi.max_speed_hz = 50000
spi.mode = 0
def send_data(data):
"""Send a single byte to the SPI slave"""
response = spi.xfer2([data])
return response
try:
while True:
data = 42 # Example data byte
print(f"Sending: {data}")
resp = send_data(data)
print(f"Received: {resp[0]}")
time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
spi.close()
説明：
- spi.open（0、0） SPIバス0、デバイス0（CE0）を開きます。
- spi.xfer2（[データ]） データバイトを送信し、同時にスレーブからデータを受信します。
- スクリプトは、1秒ごとにバイト（42など）を送信し、Arduinoからの応答を印刷します。
通信のテスト
ArduinoとRaspberry Piの両方をセットアップした後：
- ArduinoスケッチをArduinoボードにアップロードします。
- SPI配線を介してArduinoをRaspberry Piに接続します。
- Raspberry PiでPythonスクリプトを実行します。
python3 spi_master.py - Arduinoシリアルモニターを開いて、受信したデータを表示します。
Tools > Serial Monitor
ArduinoがRaspberry Piから送信されたデータを受信し、シリアルモニターに表示するのを見る必要があります。同様に、Raspberry Piは、送信するデータと受け取る応答を表示します。
トラブルシューティングのヒント
- 配線を確認してください： ArduinoとRaspberry Piの間のすべての接続が安全で正しくマッピングされていることを確認します。
- 電圧レベル： ロジックレベルコンバーターを使用して、ラズベリーPIの3.3VをArduinoの5Vと一致させます。
-
SPIを有効にする： RaspberryPiでSPIが有効になっていることを確認します
raspi-config. -
許可： ユーザーがSPIデバイスにアクセスするために必要な権限を持っていることを確認してください。 Pythonスクリプトを実行する必要があるかもしれません
sudo. - ボーレート： シリアルモニターとArduinoスケッチが同じボーレートを使用していることを確認してください。
- SPI設定： マスターとスレーブの両方が同じSPIモードと速度で構成されていることを確認してください。
結論
ArduinoとRaspberry PIの間でSPI通信を使用すると、両方のプラットフォームの強みを効果的に活用できます。複雑なロボットシステムの構築、センサーネットワークの開発、またはデータロギングの実験など、SPIの理解は非常に貴重です。このガイドで概説されている手順に従って、信頼できるSPI通信をセットアップし、ArduinoとRaspberry Piの両方のパワーを活用するエキサイティングな組み込みプロジェクトに着手できます。幸せな留め！
