Raspberry Pi PicoとAndroidスマートフォンでオシロスコープを構築する
以前、Raspberry Pi PicoをRaspberry Pi デバッグプローブとPlatform IOを使ってデバッグする方法を紹介しました。
今回はRaspberry Pi PicoとAndroidスマートフォンを使って簡易的なオシロスコープを構築してみたいと思います。
Raspberry Pi Picoとは
#Raspberry PiシリーズはARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータです。
最近発売された最新モデルはモデル5でしょうか。
モデル5やモデル4はHDMI端子やUSB端子、microSDカードスロットなどを備えており、microSDカードにOSをインストールすればそのままPCとしても利用可能な高性能シングルボードコンピュータです。
それに対して「Raspberry Pi Pico」は以下のような外観をしており、ESP32やArduino Nanoのような組み込み開発ボードに近い存在です。
Raspberry Pi Pico外観
（写真のものは、デバッグ端子にJSTの3ピンSHコネクタを搭載し、あらかじめピンヘッダがはんだ付けされている Hタイプです）
モデル5やモデル4のような高機能な用途には向きませんが、Raspberry Pi Pico（以降「Pico」と称す）はその分安価であり電子工作向きだと言えます。（参考：スイッチサイエンス）
オシロスコープ とは
#オシロスコープは、入力した電気信号の波形を視覚的に表示する計測器です。
一般的に横軸に時間、縦軸に入力の信号波形を表示します。
最近はAmazonなどでも比較的安価なオシロスコープが販売されていますが、安価になったと言っても１万円弱程度はしますので「ちょっと買ってみよう」と言うには敷居が高いものです。
PWM制御回路や発振回路を作ったときに信号波形を確認したい
#一般の電子工作者の普段使いでオシロスコープが活躍する場面ってそんなに多くはないとは思いますが、モーターのPWM制御回路や発振回路を作成したときには、やっぱり信号波形を確認したい場合があります。
そこで今回は「Androidスマートフォン」をオシロスコープに変えてしまう便利なアプリを紹介したいと思います。
Scoppy - Oscilloscope and Logic Analyzer
#今回紹介するアプリは Scoppy - Oscilloscope and Logic Analyzer です。
このアプリをAndroidスマートフォンにインストールします。
そして次にPicoを用意し、ここからPico用のファームウェアをダウンロードしてPicoにインストールします。
（ファームウェアのインストールを行うには、Pico基板上のボタンを押したままMicroUSBコネクタとPCを接続します。PicoがBOOTSELモードで起動し、PC側にPicoがストレージとしてマウントされますので、Picoにファームウェアのファイルをドラッグして書き込みます）
詳しい使い方を書こうと思ったのですが、アプリのインストール、Picoへのファームウェアの書き込み、回路の設計（Pico＋抵抗少々）を解説した動画を見つけたので紹介します。
動画の通りにPicoとスマートフォンを接続して、セルフで動作チェックをしてみます。
GPIO 22 を ADC ピン(GPIO 26)に直接接続し、GPIO 22上のテスト信号を表示します。
GPIO 22 は、デューティ・サイクル 50% の 1kHz の矩形波です。
上記で紹介した動画では入力電圧の範囲をマイナス5Vからプラス5Vまで入力できるように配線していますが、私は少し手を抜いてこちらの動画で紹介されているように0Vから3.3Vまでの範囲で測定できるようにしただけのものを作りました。
こちらの方法なら抵抗が3個だけ(100kΩ×1, 10kΩ×2)ですみます。
PWMモジュールを使ったオシロスコープの動作確認
#先ほど紹介した動画でも使われていた「PWMモジュール」を使って動作確認してみます。
100Hzでデューティ比50％の信号を発生させてみます。
Scoppy（スマートフォン・オシロスコープ）には次のように信号波形が表示されました。
次に、デューティ比を25％、75％と変えて信号を発生させてみます。
25％の場合
75％の場合
多少の誤差はありますが、正しく信号波形を捉えているようです。
まとめ
#今回、Raspberry Pi PicoとAndroidスマートフォンに「Scoppy - Oscilloscope and Logic Analyzer」をインストールして、オシロスコープを構築することが出来ました。
今の回路ですと0Vから3.3Vまでの信号波形しか測定できませんが、こちらの基板を使えばその制限を超えて信号波形を測定できるようです。
キットになっていますが、製品版のオシロスコープを購入するよりもかなり安価にオシロスコープが手に入ります。
（Scoppyを無料で使用する場合には使用できるチャンネル数が1チャンネルに制限されるようです）
皆様もトライしてみてはいかがでしょうか。
