はじめてラズパイを買ったら意外に面白くてハマってしまった。 電子工作なんて 30年ぶりで、 半田ごてを握るには年を食いすぎている (手元がふるえる) のだけど、 ブレッドボードやら電子パーツやらをいろいろ買い揃えて、 オリンピックが終わってからの 2週間、寝る間も惜しんで楽しんでいる。
Raspberry Pi Zero WH が 1848円、 Raspberry Pi Pico が 550円、 M5Stack ATOM Lite が 1287円。 安いので次々と買ってしまった。 ラズベリーパイ (Raspberry Pi)、略してラズパイと呼ばれるようになって久しいが、 M5Stack をはじめとする ESP32 (や ESP8266) を使ったコントローラは、 何と呼ばれているのだろう？
Raspberry Pi Zero WH は普通の Linux マシンなので何でもありだが、 他はマイコン (マイクロコンピュータ) ならぬマイクロコントローラなので、 普通の OS を動かすことは難しく制約が多くて一筋縄にはいかない。
ググってみると、 開発環境として Arduino IDE を使い C (C++ ?) や Java などで開発している人が多いようだ。 30年前ならいざ知らず、 マイクロコントローラと言えども計算リソースが潤沢にある (30年前の汎用機並?) 昨今、 なぜコンパイラ言語 (しかも C や Java みたいなアセンブラと大差ない低級言語) を使うのか？ インタプリタ言語なら対話的にコード片を実行して、 動作を確認しながらプログラミングできる (REPL, Read-Eval-Print Loop) ので、 開発効率が圧倒的に高い。
というわけで、 わたし的には MicroPython 一択 (ちなみに Python を使うのは今回がはじめて) なのであるが、 困ったことに Raspberry Pi Pico (以下 Pi Pico と略記) は、 開発環境である PC との通信手段が限られる。 USB コネクタが一つしかなく、 M5Stack ATOM Lite 等と違って Wi-Fi 機能もない。 つまり、 Pi Pico に USB 機器をつなぐ (Pi Pico が USB ホスト) 場合は、 USB で PC へつなぐ (PC が USB ホスト) ことができなくなるので、 PC と通信する手段が無くなってしまう。 プログラム実行中に PC と通信できなくては REPL にならない。
USB (Universal Serial Bus) がダメなら Universal じゃないシリアル通信を使えばいい、ということで Pi Pico にもシリアル通信のための UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 調歩同期式汎用送受信機) が装備されている (ただし Pi Pico 用の MicroPython は UART では REPL できないので再ビルドの必要がある。 後述)。 PC 側でも UART 機能があれば通信できる。 というか USB や Wi-Fi が無かった時代は UART 通信 (RS-232C など) の方が一般的だった。
ところが、 いまどきの UART は 3.3V だという。 ±3～25V の信号線を使っていた RS-232 規格とは隔世の感がある。 ±25V な機器はさすがに捨ててしまったが、 いまでも手元にある USBシリアル変換アダプタは 0〜5V (TTL レベル) のものばかり。
5V を Pi Pico が扱える 3.3V まで下げるのは抵抗を使って分圧すればいいが、 その逆、 つまり Pi Pico から PC へ 5V の信号を伝えるのは少々やっかいである。 3.3V のままでも PC に H レベルと認識してもらえなくもないが、 マージンが狭くなるのは否めない。 もちろん 115200bps とかなら問題も起きないだろうが、 現代なら 1.5Mbps くらいは出したいところ。
もちろん素直に 3.3V 対応の USB to TTLシリアルアダプタを買えばいいのだが、 USBシリアル変換アダプタを既に (何個も) 持っているのに新たに買うのはモッタイナイ気がするし、 元々 200〜300円くらいしかしないパーツを、 本体と同じくらいの送料を払って買うのも業腹である (こんど秋葉原へ行ったときにでも買おうっと)。
要は 3.3V な UART があればいいわけで、 M5Stack ATOM Lite (以下 ATOM Lite と略記) を USB シリアルアダプタにしてしまえばいい！と思いついた。 つまり ATOM Lite も Pi Pico と同様 USB で REPL が使えるが、 ATOM Lite の REPL ではなく、 ATOM Lite (写真上) と UART シリアル (写真上の 3本のジャンパー線, うち黒は GND) でつないだ先の Pi Pico (写真下) の REPL を使おうという目論見。 ATOM Lite は PC と Pi Pico との通信を中継するだけ。 ATOM Lite もチップの名前は ESP32-PICO-D4 なのでダブルピコ！
PC (開発環境) ←──USB──→ ATOM Lite ←──UART──→ Pi Pico
MicroPython では flash メモリに boot.py を置いておくと起動時に実行してくれる。 ATOM Lite を常にシリアルアダプタとして使いたいわけではないので、 ATOM Lite のボタンを押しながら起動したときだけシリアルアダプタとして機能するようにしてみた。 シリアルアダプタとして動作中はボタン中央の LED が緑色に点灯する。 もう一度ボタンを押すと LED が消灯し、 通常の REPL モードになる。 boot.py に以下のプログラムを追記した:
import machine
import sys
import neopixel
import utime
import _thread
btn = machine.Pin(39, machine.Pin.IN)
if btn.value():
sys.exit()
pxls = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(27), 1)
pxls[0] = (0, 25, 0)
pxls.write()
start_time = utime.time()
uart = machine.UART(1, 115200, tx=21, rx=25)
done = False
def thread():
global done
while not done:
c = sys.stdin.read(1)
if c == "\n":
uart.write("\r\n")
else:
uart.write(c)
_thread.exit()
_thread.start_new_thread(thread,())
while not done:
if btn.value() == 0:
if utime.time() - start_time > 10:
done = True
if uart.any() > 0:
sys.stdout.write(uart.read(1))
else:
utime.sleep_ms(1)
pxls[0] = (0, 0, 0)
pxls.write()
ATOM Lite の GPIO 21番ピンを UART TX として、 GPIO 25番ピンを UART RX として使い、 それぞれ Pi Pico の UART0 RX および UART0 TX につなぐ。 Pi Pico の VBUS と GND に 5V 電源を供給する (写真右下の赤と黒のジャンパー線) ことで USB コネクタを使わずに空けておける。
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