RP2040 Raspberry Pi Pico Wで無線を使う

コンピュータ、組み込み

Raspberry Pi Pico Wを入手しました。
Arduino環境でのセットアップと、基本的な入出力、通信(UART, I2C, SPI)を使ってみます。

紹介するもの

Raspberry Pi PicoW

特徴

Raspberry Pi Picoに無線モジュールを搭載したモデルです。
電波を出すために技適が必要になりますが、この製品では梱包材にシールが貼り付けられています。
大切に保管してください。

CPURP2040 ARM Cortex M0+ 133MHz
接続Micro B Connector
USB1.1 ホスト/デバイス両対応
MemorySRAM 264KB
フラッシュメモリ 2MB
ロジックレベル3.3V
GPIO26
PWM26 (8bit 0 ~ 255, 3.3V)
ADC3 (10bit 0 ~ 1023)
UART2
I2C2
SPI2
LED緑 (32)
そのほか無線モジュール IEEE 802.11n (2.4GHz)
入手性良い(電子部品関係ならどこでも)

その他のRP2040搭載基板の一覧

Raspberry Pi Pico の記事

ピン配置

外観

Raspberry Pi Pico と比較しました。
左側がRaspberry Pi Pico、右側がRaspberry Pi Pico Wです。
無線モジュールが追加され、SWDの位置が中央にオフセットされています。

使ってみて

Raspberry Pi Picoと互換を保つためか、無線機能が搭載されたこと以外の変更はありません。
価格面でも十分リーズナブルでRaspberry Pi Picoと同じように使用できるので安心感はあります。

購入したRaspberry Pi Pico Wにはピンヘッダが付属しないので、必要であれば別途購入が必要です。

Bluetooth UARTを使ってみました。
普段のワイヤーUARTと同じ感覚で使えるほどライブラリの設計がよくできています。

参考記事

準備

基板の初期化

1.Raspberry Pi Pico WのBOOT SELボタンを押しながら、USBケーブルをパソコンに接続します。

2.パソコンの画面では、Raspberry Pi Pico W をストレージとして認識します。

3.UF2ファイルを以下のサイトからダウンロードします。

circuit python UF2 Download

4.ダウンロードしたファイル[adafruit-circuitpython-raspberry_pi_pico-ja-7.3.0.uf2]※をストレージ認識したRaspberry Pi Pico Wにドラッグ&ドロップする。

以上の作業でRaspberry Pi Pico W はCOM認識されます。

今回ダウンロードしたuf2ファイルは、保存しておいてください。
Raspberry Pi Pico Wを初期化したいとき(今何のファームウエアが書かれているかわからなくなったとき)には、BOOTSELボタンを押しながら再起動することで、やり直しができます。

※2022/Jun 時点ではVersion 7.3.0

ライブラリ

ボードライブラリ

Arduino IDEのボードマネージャからRaspberry Pi Pico W用のライブラリのインストールとボードの選択をします。

追加のボードマネージャのURLhttps://github.com/earlephilhower/arduino-pico/releases/download/global/package_rp2040_index.json
検索RP2040
ボードライブラリRaspberry Pi RP2040 Boards(x.x.x)※
選択するボードRaspberry Pi RP2040 Boards(x.x.x) > Raspberry Pi Pico W
※動作確認はバージョン 3.1.0です

Bluetoothを使用する場合、Ver3.0.0 以降で使用できます。

モジュールライブラリ

モジュールを使用しない場合インストールの必要はありません。

機能/モジュールライブラリ名検索確認時のバージョン
SSD1306Adafruit SSD1306 by AdafruitSSD13062.5.1
ST7735Adafruit ST7735 and ST7789
Library by Adafruit
ST77351.9.3
関連
SSD1306
ST7735
Adafruit GFX Library by AdafruitGFX1.11.3

基本スケッチ

タクトスイッチとLED点灯

説明

タクトスイッチを押下している間LEDは点灯します。
タクトスイッチを離すとLEDは消灯します。

従来のRaspberry Pi Pico 互換基板では実装LEDにはGPIO25で使用していましたが、Raspberry Pi Pico Wでは 32を使用します。
ボードライブラリ定義の LED_BUILTIN を使用しても同じ結果になります。

スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
Raspberry Pi Pico W

【スケッチの説明】
タクトボタンとLEDの組み合わせの動作をします。

タクトボタンはPULLDOWN設定します。(押下したらHIGH)
タクトボタンを読み取り、押下されるとLEDが点灯します。
ボタンが離されるとLEDは消灯します。

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico / RP2040 > Raspberry Pi Pico W

【準備】
LEDは基板実装のものを使用します。
3.3V -> タクトボタン -> GPIO28

ワイヤによる配線で行う場合は、保護抵抗の適値を求めて使用してください。

【バージョン情報】
2023/4/3 : 新規
**********************************************************************/

//Raspberry Pi Pico Wの基板実装LEDは GPIO25 ではなく、32を使用します。
//ボードライブラリの定義 LED_BUILTIN でも 32 でも動作します。 
#define LED 32       //基板実装LED
#define BUTTON 28    //タクトスイッチ

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LED, OUTPUT);               //ピン出力設定
  pinMode(BUTTON, INPUT_PULLDOWN);    //プルダウンで入力
}

void loop()
{
  int iStat = digitalRead(BUTTON);
  digitalWrite(LED, iStat);           //ボタンの状態をLEDに出力
}
結果

ボタンを押下することでLEDが点灯しました。
ボタンを離すとLEDは消灯しました。

PWM

説明

PWMを使ってLEDのフェード点灯(ゆっくり点灯させる)を行います。
基板実装LEDではPWMが使用できないので、GPIO0を使用します。

スケッチ

/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
Raspberry Pi Pico W

【スケッチの説明】
PWM出力でのフェード点灯(ゆっくり点灯)とフェード消灯(ゆっくり消灯)を行います。

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico / RP2040 > Raspberry Pi Pico W

【準備】
GPIO0 -> 保護抵抗(200Ω) -> LED -> GND
3.3V -> タクトボタン -> GPIO28

ワイヤによる配線で行う場合は、保護抵抗の適値を求めて使用してください。

【バージョン情報】
2023/4/3 : 新規
**********************************************************************/
#define PWM 0       //PWM 出力pin

void setup()
{
  pinMode(PWM , OUTPUT);
}

void loop()
{
  for(int i = 0; i < 256; i ++)
  {
    analogWrite(PWM, i);
    delay(2);
  }

  for(int i = 0; i < 256; i ++)
  {
    analogWrite(PWM, 255 - i);
    delay(2);
  }
}
結果

実装LEDがゆっくり点灯、ゆっくり消灯しました。

ADC

説明

ADCに入力された電圧を読み取りCOMに出力します。

電圧の入力にLOLIN32 Liteを使用します。
0~255(約3.3V) まで2msごとに1ずつ上昇し、255(約3.3V)~0までを2msごとに1ずつ下降する設定を繰り返します。

配線
Raspberry Pi Pico W配線LOLIN32 Lite
GPIO28(ADC)GPIO26(DAC)
GNDGND
スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
Raspberry Pi Pico W

【スケッチの説明】
入力された電圧を読み取ります。

【ライブラリ】
 Raspberry Pi Pico/RP2040 > Raspberry Pi Pico W

【準備】
Raspberry Pi Pico W <-> LOLIN32 Lite
GPIO28(ADC)         <-> GPIO26(DAC)
GND                 <-> GND

【バージョン情報】
2023/4/3 : 新規
**********************************************************************/

#define ADC 28

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ADC, INPUT);
}

void loop()
{
  int iADC = 0;

  //外部から入力された電圧を読み取り、結果をCOMに出力します。
  iADC = analogRead(ADC);
  Serial.printf("(ADC) = %d\r\n", iADC);
  delay(2);
}
結果

入力した電圧を読み取った結果をグラフにしました。
電圧の変化は0V -> 3.3Vまでを約500msで上昇し、3.3V -> 0Vまで約500msで下降します。

グラフは別のRP2040搭載基板 Raspbery Pi Pico BOOTのものですが、近値であるため流用しています。
ADC読み取り値は低値から高値まで直線でキレイな波形になっています。
オフセットもなくかなり正確に計測できています。

電圧と読み取り値の同期はできていませんが、参考程度に入力電圧を添付します。

UART

説明

UART0から読み取ったデータをUART1に送信します。
UART1から読み取ったデータをUART0に送信します。

配線
Raspberry Pi Pico W 配線FT232RL(1)配線FT232RL(2)
GP0(UART0 TX)RX
GP1(UART0 RX)TX
GP4(UART1 TX)RX
GP5(UART1 RX)TX
スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
Raspberry Pi Pico W

【スケッチの説明】
UART0 と UART1の通信をします。

UART0から受信した内容をUART1へ送信します。
UART1から受信した内容をUART0へ送信します。

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico/RP2040 > Raspberry Pi Pico W


【準備】
UARTの送受信にFT232RLを使用します。
FT232RLはUART0用と、UART1用の2個使います。それぞれを(1), (2)と識別します。

Raspberry Pi Pico W <-> FT232RL(1)
GPIO0 (UART0 TX) <-> RX
GP1O1 (UART0 RX) <-> TX

Raspberry Pi Pico BOOT <-> FT232RL(2)
GPIO4 (UART1 TX) <-> RX
GPIO5 (UART1 RX) <-> TX

【バージョン情報】
2023/4/3 : 新規
**********************************************************************/

void setup()
{
  //Serial は USB(COM)を使ったシリアル通信用オブジェクト
  //Serial1は UART0の通信オブジェクト
  //Serial2は UART1の通信オブジェクト

  Serial1.setTX(0);            //UART0はSerial1オブジェクトを使用します。
  Serial1.setRX(1);             //デフォルトではTX = 0, RX = 1

  Serial2.setTX(4);
  Serial2.setRX(5);

  Serial1.begin(115200);                 //SerialオブジェクトはUART0 (COM)
  Serial2.begin(115200);                //Serial1オブジェクトはUART1
}

void loop()
{
  if(Serial2.available() != 0)          //UART1にデータがあれば、読み取った内容をUART0に送信
  {
      Serial1.write(Serial2.read());
  }

  if(Serial1.available() != 0)           //UART0にデータがあれば、読み取った内容をUART1に送信
  {
      Serial2.write(Serial1.read());
  }
}

結果

結果はTeratermを2つ起動して確認します。
1つはUART0 用で、もう一つはUART1用です。
結果は省略します。

UART0用のTeratermに入力された文字は、UART1用のTeraterm画面に表示されます。
UART1用のTeratermに入力された文字は、UART0用のTeraterm画面に表示されます。

I2C(SSD1306)

説明

I2Cを使ってSSD1306(OLED 0.96inch)モニタのサンプルを動作させます。
Raspberry Pi Pico W では、I2Cが2系統あります。
決められた中から任意のピンに信号を出力することができます。
本サンプルではピン設定の仕方と簡単な表示を行っています。
各I2C系統での設定可能なピンはサンプルを参照してください。

掲載以外の図形表示などのサンプルは以下のサンプルを参照してください。
ファイル(F) > スケッチ例 > Adafruit SSD1306 > ssd1306_128x64_i2c

配線

本サンプルはI2C0を使用します。
配線は以下の表のとおりです。

Raspberry Pi Pico W配線SSD1306(0.96inch)
3.3VVCC
GNDGND
GPIO01(I2C0 SCL)SCL
GPIO0(I2C0 SDA)SDA
[2023/4/10 配線間違い修正 SCL -> GPIO1, SDA -> GPIO0]
スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
Raspberry Pi Pico W

【スケッチの説明】
SSD1306 OLEDの制御をします。
I2Cは I2C0とI2C1のどちらのサンプルも掲載しますが、
I2C1側はコメントアウトしますので、状況に応じてコメントを外してください。
※コメント検索 [I2C1の場合]

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico / RP2040 > Raspberry Pi Pico W

【準備】
マイコン基板 <-> SSD1306
3V3           <-> VCC
GND           <-> GND
GP0(I2C0 SDA) <-> SDA
GP1(I2C0 SCL) <-> SCL

I2C1の場合
3V3           <-> VCC
GND           <-> GND
GP2(I2C1 SDA) <-> SDA
GP3(I2C1 SCL) <-> SCL

【バージョン情報】
2023/4/3 : 新規
**********************************************************************/
//I2C0 SDA に設定可能なピン : 0, 4, 8, 12, 16, 20
//I2C0 SCL に設定可能なピン : 1, 5, 9, 13, 17, 21
//I2C1 SDA に設定可能なピン : 2, 6, 10, 14, 18, 26
//I2C1 SCL に設定可能なピン : 3, 7, 11, 15, 19, 27

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>


#define PIN0_SDA 0
#define PIN0_SCL 1
#define PIN1_SDA 2
#define PIN1_SCL 3

#define SCREEN_WIDTH 128                //解像度 128 x 64 で使用します。
#define SCREEN_HEIGHT 64                //SCREEN_HEIGHTは 32 に設定することができます。

#define OLED_RESET     -1               //使用しないので -1を設定する。
#define SCREEN_ADDRESS 0x3C             //I2Cアドレスは 0x3C

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);     //I2C0の場合
//Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire1, OLED_RESET);     //I2C1の場合

                                        
void setup()
{
  
  // //I2C0の場合
  Wire.setSDA(PIN0_SDA);
  Wire.setSCL(PIN0_SCL);

  //I2C1の場合
  // Wire1.setSDA(PIN1_SDA);
  // Wire1.setSCL(PIN1_SCL);


  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS)) {
    for(;;);
  }

  display.clearDisplay();               //何か表示されている場合に備えて表示クリア

  display.setTextSize(2);               //フォントサイズは2(番目に小さい)
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);  //色指定はできないが必要
  display.setCursor(20, 0);            //テキストの表示開始位置
  display.print(F("TAMANEGI"));         //表示文字列
  display.setCursor(15, 25);
  display.print(F("OLED 0.96"));
  display.setCursor(25, 45);
  display.print(F("SSD1306"));

  display.display();                    //バッファ転送(表示)
}

void loop()
{
}
結果

SSD1306のサンプルスケッチが動作しました。

SPI(ST7735)

説明

SPIを使ってST7735(LCD 1.8inch)モニタのサンプルを動作させます。

掲載以外の図形表示などのサンプルは以下のサンプルを参照してください。
ファイル(F) > スケッチ例 > Adafruit ST7735 and ST7789 Library > graphicstest

配線

本サンプルはSPI0を使用します。
配線は以下の表のとおりです。

Raspberry Pi Pico W 配線ST7735(1.8inch)
3.3VVCC
3.3VLED
GNDGND
GP1(SPI0 CS)CS
GP28Reset
GP27AO(DC)
GP3(SPI0 TX)SDA
GP2(SPI0 SCK)SCK
スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
Raspberry Pi Pico W

【スケッチの説明】
ST7735 LCDの制御をします。
SPIは SPI0とSPI1のどちらのサンプルも掲載しますが、
SPI1側はコメントアウトしますので、状況に応じてコメントを外してください。
※コメント検索 [SPI1の場合]

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico / RP2040 > Raspberry Pi Pico W
Adafruit ST7735 and ST7789 Library
Adafruit GFX Library

【準備】
マイコン基板 <-> ST7735
3V3               <-> VCC
GND               <-> GND
GPIO1(SPI0 CS)    <-> CS
GPIO28            <-> Reset
GPIO27            <-> AO
GPIO3(SPI0 MOSI)  <-> SDA
GPIO2(SPI0 SCK)   <-> SCK

SPI1の場合
3V3               <-> VCC
GND               <-> GND
GPIO13(SPI1 CS)   <-> CS
GPIO28            <-> Reset
GPIO27            <-> AO
GPIO14(SPI1 MOSI) <-> SDA
GPIO15(SPI1 SCK)  <-> SCK

【バージョン情報】
2023/4/3 : 新規
**********************************************************************/

#include <Adafruit_GFX.h> 
#include <Adafruit_ST7735.h>
#include <SPI.h>

//SPI0の場合
#define TFT_CS          1   // CS
#define TFT_RST         28  // Reset 
#define TFT_DC          27  // DC
#define TFT_MOSI        3   // MOSI
#define TFT_SCK         2   // SCK

//SPI1の場合
// #define TFT_CS          13  // CS
// #define TFT_RST         28  // Reset 
// #define TFT_DC          27  // DC
// #define TFT_MOSI        15  // MOSI
// #define TFT_SCK         14  // SCK

//SPI0の場合
Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(&SPI, TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);
//SPI1の場合
//Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(&SPI1, TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

void setup(void) 
{
  //SPI0の場合
  SPI.setTX(TFT_MOSI);
  SPI.setSCK(TFT_SCK);

  //SPI1の場合
  // SPI1.setTX(TFT_MOSI);
  // SPI1.setSCK(TFT_SCK);
  

  tft.initR(INITR_BLACKTAB);                  //Init ST7735S初期化
  
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);               //背景の塗りつぶし

    //テキスト表示
  tft.setRotation(3);                         //画面回転
  tft.setTextSize(3);                         //サイズ

  tft.setCursor(0, 10);                       //カーソル位置                      
  tft.setTextColor(ST77XX_GREEN);             //緑
  tft.printf("TAMANEGI\n");

  tft.setCursor(0, 50);                       //カーソル位置                      
  tft.setTextSize(2);                         //サイズ
  tft.setTextColor(ST77XX_RED);               //赤
  tft.printf("1.8inch LCD\n");
  tft.setTextColor(ST77XX_YELLOW);            //黄
  tft.printf("Res=128 x 160\n");
  tft.setTextColor(ST77XX_BLUE);              //青
  tft.printf("ST7735\n");
}

void loop()
{
}
結果

ST7735のサンプルスケッチが動作しました。

特別な機能のスケッチ

準備

Bluetoothを使用する

ArduinoIDEのパラメータ

Raspberry Pi Pico/RP2040 by Earle F.Philhower Ver3.0.0 以降で使用できます。
ツールメニューから設定するパラメータを変更します。

ボードRaspberry Pi Pico W
ポート接続しているRaspberry Pi Pico Wのシリアルポート番号
IP/Bluetooth Stack“IPv4 + Bluetooth
デフォルトからの設定内容です。

Bluetoothのペアリング

この作業はスケッチを書きこんで、RaspberryPi PicoWを再起動させた後で行います。

BT通信をする場合ペアリング作業が必要です。

ノートPC、スマートフォン、タブレットまた、BTレシーバを準備してください。
ペアリングの方法については一般のBT製品と同じですので詳細は省略します。
個々のマニュアルを参照してください。

今回当方の確認方法としてAndroidスマートフォンでのペアリングを掲載します。

1.スケッチを書き込み、マイコンボードを起動させます。

2.BT設定画面から周囲のBT機器を検索します。
  今回のサンプルでは [PicoW Serial]という名前で見つかります。

画像はNODE MCU ESP-32Sのものを流用しています。
作業の方法は同じです。

3.シリアル通信をする場合、シリアル通信用のアプリケーションをインストールします。
  参考として当方が利用している「Serial Bluetooth Terminal」を紹介します。

画像はNODE MCU ESP-32Sのものを流用しています。
作業の方法は同じです。

BluetoothUART

説明

BluetoothとUARTを使ってスマホとパソコンの通信をします。

パソコンとRaspberryPi PicoWをUSBケーブル経由でUART通信します。
RaspberryPi PicoWとスマートフォンをBluetoothでペアリングしBluetoothUARTで通信します。

UARTから読み取った文字をBluetoothでスマートフォンに送信します。
Bluetoothから読み取った文字をUARTでパソコンに送信します。

配線

不要

スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
RaspberryPi PicoW

【スケッチの説明】
BluetoothとUARTを使ってスマホとパソコンの通信をします。

パソコンとRaspberryPi PicoWをUSBケーブル経由でUART通信します。
RaspberryPi PicoWとスマートフォンをBluetoothでペアリングしBluetoothUARTで通信します。

UARTから読み取った文字をBluetoothでスマートフォンに送信します。
Bluetoothから読み取った文字をUARTでパソコンに送信します。

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico / RP2040 > Raspberry Pi Pico W

【準備】
パソコンとRaspberryPi PicoWをUSBケーブルで接続します。
スケッチ書き込み後、スマートフォンとRaspberryPi PicoWをBluetoothでペアリングします。

【バージョン情報】
2023/10/1 : 新規
**********************************************************************/

#include <SerialBT.h>

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  SerialBT.begin();
}

void loop()
{

  while(SerialBT)
  {
    //UARTにデータがあれば読み出して、BluetoothUARTに送信
    if(Serial.available())
    {
      SerialBT.write(Serial.read());
    }

    //BluetoothUARTにデータがあれば読み出して、UARTに送信
    if (SerialBT.available())
    {
      Serial.write(SerialBT.read());
    }
  }
}
結果

結果の確認にパソコン側はTeraterm、スマートフォン側はSerial Bluetooth Terminalを使って確認します。
スケッチの書き込み後、スマートフォンとRaspberryPi PicoWをBluetoothペアリングします。

TeratermのCOMには、RaspberryPi PicoWのポート番号を選択して接続します。
Serial Bluetooth Terminalでは、PicoW Serialを選択して接続します。

結果の画面はTeratermから「tamanegi」と入力することで、Serial Bluetooth Terminalにも「tamanegi」と表示されている様子です。
Serial Bluetooth Terminalから「BLOG」と入力することで、Teratermにも「BLOG」と表示されている様子です。

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