Arduino 初心者向けガイド

あなたが組み込みシステムの専門家でも、高校生の科学者でも、好奇心旺盛な人でも、どこかから電子探求を始める必要があります。 マニュアルだけでは不十分な場合は、この Arduino 初心者向けガイドを参照してください。

Arduino は、Arduino 社によって開発されたオープンソース マイクロコントローラー ボードのブランドです。

Arduino について話すとき、それは通常ボードのことです。 Arduino ボードは耐久性に優れているという点で特別です。 これらは、物事をめちゃくちゃにしたり、何かを壊したりする可能性のある学生（または誰でも）が使用することを目的としています。

もう 1 つの特別な点は、オープンソースであることです。 すべての Arduino ボードとシールドのデータシートはオンラインで入手できます。 技術的なノウハウがあれば、独自の Arduino ボードを作成できます。

初心者にとって、これは次のことを意味します。

Arduinoボードにはたくさんの種類があります。 バッテリーほど小さいものもあれば、デジタル カメラほど大きいものもありますが、それらにはすべて共通する部分がいくつかあります。

独自のメーカーによって構築された他のサードパーティ製の Arduino ベースのボードもありますが、通常、これらのボードには次のような共通点があります。

マイクロコントローラー ユニット、別名 MCU は、ボード上のすべての入力と出力を読み取り、制御します。 また、何かを実行させるユーザー作成のコードも保存されます。

Arduino Uno R3 には、特別な取り外し可能な MCU チップが搭載されています。 こうすることで、部品が壊れたり磨耗したりしたときに、その部品を交換することができます。 他のボードには、MCU チップがボード自体にはんだ付けされています。 そこには明らかな欠点がありますが、通常は、はんだ付けされていないものよりもはるかに小さく、高速になるように作られています。

側面には、上部に穴のある盛り上がったプラスチック片がいくつか見えるはずです。 メスヘッダーピンです。 ワイヤーかオスのジャンパーピンを入れる必要があります。

ピンには GPIO ピンと電源ピンの 2 種類があります。 GPIO ピンを使用すると、入力と出力を処理できます。 デフォルトでは、すべての Arduino ピンは入力です。 一方、電源ピンは基板内に電気を流すためのものです。 5V と 3.3V は、その名前が示すとおりの電圧を常に放出します。 GND は「グランド」を表し、V によりそのピンを通じてボードに電力を供給できます。

通常、すべての Arduino ボードには USB ポートと DC バレル ジャックの 2 種類のポートがありますが、DC バレル ジャックを持たないものもあります。 通常、USB ポートまたは電源ピンから電力を供給します。

DC バレル ジャックのサイズは通常 2.1×5.5mm で、内側がプラス、外側がマイナスです。 7 ボルトから 20 ボルトの間のものを受け入れるように設計されていますが、可能な限り 9 ボルトに固執することをお勧めします。

USBポートはモデルによって異なります。 Type-A、Type-B、USBmicro、または Type-C を使用する場合があります。 これらを介してボードに電力を供給でき、通信ポートとしても機能します。

最後に、通常はボードの状態を確認できる 3 つのインジケータ LED があります。

L ピンと ON ピンは一目瞭然です。 1 つは制御可能な内蔵 LED で、もう 1 つはボードに電気が流れるたびに点灯します。 一方、最初の 2 つは、Arduino がシリアル通信を介して情報を送受信するたびにオンになります。

初心者は、PlatformIO などの他のプログラムに移行する前に、Arduino IDE から始める必要があります。これは、必要なものがすべて揃っていて簡単であるためです。 これを使用すると、物事を台無しにする可能性も低くなります。 結局のところ、Arduinoボード用に作られています。

Arduino IDE には 3 つの重要な機能があります。

通常、構築機能とアップロード機能は連携して動作します。 コードの入力と編集が完了したら、すぐにコードをビルドし、すべてをボードに直接アップロードできます。 ただし、ビルドするだけでアップロードする必要がない場合もあります。

Arduino IDE は Arduino Web サイトからダウンロードできます。

内蔵 LED の点滅は「Hello World」スクリプトの Arduino バージョンであり、Arduino が動作しているかどうかをテストする簡単な方法です。 すでに点滅していることをコンピューターに伝えるなど、点滅させるさまざまな方法をすべて示しています。

基本的な点滅スクリプトから始めます。 内蔵 LED を 0.5 秒間オンにしてから、さらに 0.5 秒間オフにするだけです。

Arduinoのコードは通常、setup()とloop()の2つの部分に分かれています。

setup() が表示されたら、出力と入力を定義する必要があります。 この場合、pinMode() を使用して LED_BUILTIN ピンを出力ピンに切り替えます。

LED_BUILTIN ピンはピン 13 で、L LED に直接接続されています。 HIGH に設定するのに十分な電力を受け取るたびにオンになります。 LED_BUILTIN のすべてのインスタンスを 13 に置き換えることもでき、引き続き機能します。

setup() については、次の例で詳しく説明します。 ここでは、loop() 内の最初の行からすべてが開始され、Arduino はその行を実行し、次に 2 行目、次に 3 行目というように最後の行に到達するまで実行します。 その後最初の行に戻ります。 そのため、これはloop()と呼ばれます。

この例では、digitalWrite() を使用して LED_BUILTIN を HIGH に電力供給しました。 ここに 5V の電気が通過し、lay(500) により Arduino が 500 ミリ秒間それ以上のコードを読み取るのを一時的に停止します。 その後、Arduino は次の行を実行し、LED_BUILTIN を LOW に下げます。

実際には、電源を入れて 0.5 秒待って、電源を切り、さらに 0.5 秒待って、再びスタートラインに戻るというループです。 電源に接続されている限り、ロップし続けます。

今回は、内蔵 LED を 0.5 秒ごとにゆっくり点滅する前に 3 回素早く点滅させるために、setup() をいじってみます。

前の例では、loop() とその仕組みについて説明しました。 少し戻って、setup() について詳しく見てみましょう。

事前に書かれたコメントにあるように、setup() に配置したものはすべて 1 回実行されます。 これを使用すると、Arduino が動作し始めることを知らせるために Arduino に何かをさせることができます。 LCD、OLED、または AMOLED 画面をお持ちの場合は、偽の読み込みアニメーションを表示することもできます。

ここは、シリアル経由の通信の確立など、特別なコマンドを開始する場所でもあります。

パラレル通信とは対照的に、シリアル通信は送信元から宛先にデータを一度に 1 ビットずつ送信します。

今回は、Arduino はシリアル経由でいくつかのメッセージを送信し、ステータスの最新情報を提供します。

ソフトウェアがデバッグにコンソールを使用するのと同じように、ハードウェアでも同じ目的でシリアルを使用する必要があります。

setup() に、Serial.begin(9600); という行を追加しました。 これは、Arduino にシリアル通信用にコンピューターとのチャネルを開くように指示します。 その横の数字は、データを送信する速度を示します。

9600 は 9600 ボーを指します。 これは、1 秒あたり 9600 ビットを送信することを意味します。 Arduino IDE のボーレートは 300 ボーから 200 万ボー以上の範囲です。 より長いワイヤ (距離を考えると電話線を考えてください) には小さい料金が適しており、短いワイヤには大きい料金が適しています。 ただし、200万ボーはやりすぎです。 多くの場合、最も感度の高い趣味用センサーでも 19200 ボーでも十分です。

それはさておき、Serial.println(); について話しましょう。 次。 このコマンドは「print, line new」の略で、() 領域内の内容を出力した後に新しい行を作成します。

Serial.println() は、文字列または文字列を含む変数を受け入れます。 数字を追加すると、特に 0 から始まる場合、奇妙な動作をします。

シリアル モニターの結果を見ると、「Arduino、起動中!」と表示されていることにも気づくはずです。 1回だけ。 その間、「LED オン」と「LED オフ」が点滅周期ごとに繰り返し印刷されます。 それがsetup()とloop()の大きな違いです。

実際、setup() のコードをloop() に入れることもできますが、これは通常悪い習慣です。 最終的に入力ピンを出力ピンに変えてしまい、マイクロコントローラー チップが破損する可能性があります。

これはとても助かります。 for ループを使用すると、指定された回数後に終了するミニ ループ() を実行できます。

複数の for ループを使用して複雑な点滅パターンを作成してみましょう。 最初のロードでは、LED が 13 回点滅し、500 ミリ秒間オンになり、250 ミリ秒間オフになり、1 回だけ点滅します。 次に、ループし、1000 ミリ秒間オン、1000 ミリ秒間オフの 4 回点滅し、さらに 500 ミリ秒間オンと 250 ミリ秒間オフの 2 回点滅します。

for ループはシンプルですが、習得が簡単なツールです。 これには、for、(int i = 0; i < x; i++)、および { } 内の内容の 3 つの部分があります。

このシンプルな Arduino 初心者ガイドを使用して、独自のカスタム ライト効果や、場合によっては豪華なクリスマス ライトの作成を始めることができます。

もちろん、学ぶべきことはまだありますが、進みながら学ぶ方が良いでしょう。 モーター、センサー、リレーなどを試してみることができます。 挑戦する意欲があるなら、Raspberry Pi を使用して Arduino をプログラムしてみるのもいいでしょう。

Terenz は趣味のロボット工学者で、世界がこれまで見た中で最も素晴らしいロボットを作ろうとしています。 第二の趣味として LED を燃やすのに忙しくなければ、彼はすでにそれを行っていたかもしれません。

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