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ああすのたけ
7 years ago
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1 付録 1 実習テキスト Arduinoスケッチプログラミング Arduinoスケッチプログラミング Arduinoスケッチプログラミング 1. 的作成 : 米田文彦 Arduino アルドゥイーノの基本構成機能を理解し簡単なスケッチ * を行える能力を身につけるまたパソコンの標準的なキーボードやマウスといった入出力デバイスではなくセンサやモータのような物理的な情報を扱える入出力デバイスを用いた制御をすることでより対話的な " フィジカルコンピューティング " を体験することを目的とする * Arduino ではプログラムのことをスケッチという 2. 使機器パソコン Arduino Arduino 実習 Shield Arduino IDE( 開発環境 ) 3. オープンソースプラットフォームArduino Arduino( 図 1) は単純な入出力を備えた基板と開発環境 (Arduino IDE 図 2) から構成されるオープンソースプラットフォームである Arduino には ATMEL 社のワンチップマイコン ATmega168 が載っているこの ATmega168 でできることは Arduino でもほとんど実現可能である図 1 Arduino ( 図 1:Arduinoでマイコンしよう!!, より転載 ) 図 2 Arduino IDE -1-

2 付録 1 実習テキスト Arduinoスケッチプログラミング Arduinoスケッチプログラミング 1 ワンチップマイコンとは下図はコンピュータが必ず持っている 5 つの構成要素である制御装置入力装置演算装置出力装置記憶装置ワンチップマイコンはコンピュータが持つ構成要素をひとつの IC チップ上に搭載した処理装置のことであるパソコンほどの処理を行うことはできないが小さな IC 回路のみで特定機能の処理を一手に行うことができるそのためコンピュータ制御を必要とする装置 ( 炊飯器などの家電製品や自動車 ) の多くに組み込まれている要素パソコン Arduino 制御装置演算装置 CPU CPU 記憶装置 RAM HDD SSD RAM 入力装置キーボードマウススイッチセンサ ( 光音熱など ) 出力装置モニタ LED LCD など図 3 マイクロチップ社 PIC16F84 図 4 ATMEL 社 ATMEGA168 ( 図 3~4: 秋月電子通商, より転載 ) 図 3 や図 4 のように処理速度や容量ピン数など様々なものが各メーカーから販売されている通常はこれらに CPU を動作させるためのクロックを与える発振素子と電源を接続しなければ使うことはできない Arduino は発振素子や電源などワンチップマイコンを利用するために必要な環境が揃った状態で販売されている -2-

2 Arduino の特徴 Arduino は 16k バイトの RAM 1k バイトのデータメモリを持つ 14 本のデジタル I/O ピン (pin0 ~ 13) 入力または出力として利用することができる内 6 本はアナログ OUT ピンに設定可能 (pin3,5,6,9,10,11) 6 本のアナログ IN ピン

3 2 Arduino の特徴 Arduino は 16k バイトの RAM 1k バイトのデータメモリを持つ 14 本のデジタル I/O ピン (pin0 ~ 13) 入力または出力として利用することができる内 6 本はアナログ OUT ピンに設定可能 (pin3,5,6,9,10,11) 6 本のアナログ IN ピン (pin0~5) 0 から 1023 までの値でアナログ値を得ることができるピン配列は図 5 に示す図 5 Arduino ピン配列 4. スケッチしてみよう LED の点滅プログラムを作ってみましょう 1 回路設計 Arduino のデジタル I/O ピンの 13 番と GND を LED でつなぎます -3-

4 2スケッチ Arduino IDE をコピーしたフォルダを開き Arduino アイコンをダブルクリックし立ち上げる開発環境 (Arduino IDE) はから無料で手に入れることができる Stop Open Upload Verify New Save Serial Monitor ここにスケッチをします図 7 Arduino IDE Arduino IDE の画面説明は図 7 の通りであるそれでは次のスケッチを打ち込んでみましょう example void setup() 002 { C 言語と同じく関数の終わりに ;( セミコロ 003 pinmode(13,output); ン ) を打つ 004 } 005 大文字と小文字に気をつけること 006 void loop() 007 { -4-

5 008 digitalwrite(13,high); 009 delay(1000); 010 digitalwrite(13,low); 011 delay(1000); 012 } 打ち込み終わったら Verify ボタンをクリックする Done compiling( コンパイル完了 ) というメッセージがでればスケッチに誤りはなく Arduino が実行可能なものに翻訳をし終えたということである 3 Arduino への書き込みパソコンと接続し Arduino にプログラムを書き込むパソコンとの接続は USB ケーブルで行う Arduino の電源は USB から供給されるが外部電源を接続することにより単体で動作させることもできる USB ケーブルをつないだら Arduino IDE の Upload ボタンをクリックする Done uploading( アップロード完了 ) というメッセージがでれば Arduino への書き込みが完了 LED を点滅させることができましたか? こんなにも簡単に LED を制御することができるのですスケッチの解説を下記に記載する example01 の解説 001 void setup() 002 { 003 pinmode(13,output); //13 番ピンを出力として利用することを宣言 004 } void loop() 007 { 008 digitalwrite(13,high); //13 番ピンに 5V を流す LED を点ける 009 delay(1000); //1 秒待つ 010 digitalwrite(13,low); //13 番ピンを 0V に LED を消す 011 delay(1000); //1 秒待つ 012 } Arduino のスケッチは必ず void setup() void loop() の 2 つがなければならない void setup () には何番ピンを出力もしくは入力に利用するかなどを記述する void loop() には実際の動作 (LED を点滅させる等 ) を記述する void loop() は名前の通り電源を入れている限り無限に繰り返される -5-

6 pinmode(pin,mode) ピンの動作を入力か出力かに設定する pin: 設定したいピンの番号 mode: INPUT( 入力 ) か OUTPUT( 出力 ) digitalwrite(pin,value) HIGH または LOW を指定したピンに出力する pin: 出力するピンの番号 value: HIGH か LOW delay(ms) プログラムを指定した時間だけ停止する ms: 一時停止する時間単位はミリ秒 1 秒は 1000 ミリ秒 5.Arduino 実習 Shield Arduino には Shield と呼ばれる機能を拡張しより高度な動作を容易に実現させるためのボードが販売されている各種モータを制御するための Motor Shield や LCD ディスプレイを搭載するための Color LCD & Joystick shield 等がある本実習では Arduino 実習 Shield( 図 6) を使って学んでいく Arduino 実習 Shield には LED(4 個 ) スイッチ(4 個 ) 光センサ(1 個 ) 可変抵抗(1 個 ) モーター制御用の IC(2 個 ) が接続されている Arduino とのピン接続は以下の通りであるデジタル I/O 0 アナログ IN 0 可変抵抗 1 1 光センサ CdS セル 2 (IN) スイッチ (IN) スイッチ (IN) スイッチ (IN) スイッチ (OUT) LED0 7 (OUT) LED1 8 (OUT) LED2 9 (OUT) LED3 10 (OUT) モータ右逆転 11 (OUT) モータ右正転 12 (OUT) モータ左逆転 13 (OUT) モータ左正転 -6-

7 付録 1 実習テキスト Arduinoスケッチプログラミング Arduinoスケッチプログラミング図 6 Arduino 実習 Shield 6. 実習課題 01 ファイル名 :problem01 LED0 から LED3 すべてを点灯させなさい課題 02 ファイル名 :problem02 LED0 を 0.5 秒ごとに点滅させなさい 1 スイッチ次にスイッチの入力を利用してみましょう example void setup() 002 { 003 pinmode(2,input) //2 番ピンを入力として利用することを宣言 004 pinmode(6,output); //6 番ピンを出力として利用することを宣言 005 } void loop() 008 { 009 if(digitalread(2)==high) //if 文 2 番ピンの値を読み取り条件分岐 010 { 011 digitalwrite(10,high); //2 番ピンが HIGH なら 10 番ピンの LED を点ける 012 } 013 else -7-

8 014 { 015 digitalwrite(10,low); //2 番ピンが LOW なら 10 番ピンの LED を消す 016 } 017 } digitalread(pin) 指定したピンの値を読み込む結果の値は HIGH か LOW となる pin: 読みたいピン番号課題 03 ファイル名 :problem03 スイッチ 0 がオンの時 LED0 が 0.5 秒間隔で点滅しスイッチ 0 がオフの時 LED0 が 1 秒間隔で点滅させなさい 2アナログ次に可変抵抗の入力を利用してみましょうスイッチは HIGH か LOW だが可変抵抗の値は小刻みに変化する小刻みな値を取得するためには digitalread の digital を analog に変えると良いまた 3,5,6,9,10,11 番ピンは PWM( パルス幅変調 ) という方法で 256 段階で調節することができるこれも digitalwrite の digital を analog に変えると良い analogread で取得できる値は 0 ~ 1023 の 1024 段階である analogwrite では 0 ~ 255 までの 256 段階なので analogread の値を利用するには 4 で割らなければならない analogwrite(pin,value) 指定したピンからアナログ値を出力する pin: 出力するピンの番号 value: 0 ~ 255 の値 analogread(pin) 指定したアナログピンの 0 ~ 1023 までの値を読み込む pin: 読みたいピン番号課題 04 ファイル名 :problem04 可変抵抗の値 ( アナログ IN 0 番ピン ) を読み込みその値に応じて LED0 の明るさを変化させよ -8-

9 様々なセンサが売られているが大抵はオンかオフのデジタル情報を伝えるものか温度や明るさなどを小刻みな電圧の変化でアナログ情報を伝えるものである Arduino の digitalread や analogread を使いこなすと様々なセンサから様々な情報を簡単に得ることができる次はアナログ IN 1 番ピンの光センサ CdS セルの情報を使ってみましょう CdS セルも可変抵抗と同じくアナログ情報を出力するセンサです課題 05 ファイル名 :problem05 CdS の値 ( アナログ IN 1 番ピン ) を読み込みその値に応じて LED0 の明るさを変化させよ CdS の値をそのまま LED0 の明るさの値に使うと大きすぎることに注意すること課題 06 ファイル名 :problem06 CdS の値 ( アナログ IN 1 番ピン ) を読み込みその値に応じて LED0 の点滅スピードを変化させよ点滅スピードは CdS の値をそのまま使ってよい 3モータ最後にモーターを制御してみましょう 10 番ピンを出力するとモータ右が逆転 11 番ピンを出力するとモータ右が正転 12 番ピンを出力するとモータ左が逆転 13 番ピンを出力するとモータ左が正転します Arduino 実習 Shield の 1 ~ 6 のソケットにモータカーから出ている 1 ~ 6 の線をつないでくださいこれでモータを制御できているか確認できます課題 07 ファイル名 :problem07 車を 5 秒間前進させてください課題 08 ファイル名 :problem08 CdS の値が 100 以上なら車を前進 99 以下なら停止させなさい -9-

10 7. おわりにライトレーサというのを知っていますか? ライントレーサは黒く引かれた線 ( ライン ) を赤外線などで照らし検出し左右のモータを制御することによってライン上を走らせる物です本実習を通してモータの出力そしてセンサから値を読み込むことが可能となりました課題 08 はほとんどライントレーサのようなものですセンサの数を増やし精度を上げることで左右を認識し線の上を走らせることができるはずですまたライントレーサに限らず様々なセンサを Arduino に接続することで温度計やリモコンなどに変身させることが可能です私たちの身の回りにある家電製品もマイコンによって制御されています鍋に温度センサを仕掛けクッキングヒーターを制御することができれば炊飯器も作ることができるかもしれません -10-

arduino プログラミング課題集 ( Ver /06/01 ) arduino と各種ボードを組み合わせ制御するためのプログラミングを学ぼう! 1 入出力ポートの設定と利用方法 (1) 制御( コントロール ) するとは外部装置( ペリフェラル ) が必要とする信号をマイ

arduino プログラミング課題集 ( Ver /06/01 ) arduino と各種ボードを組み合わせ制御するためのプログラミングを学ぼう! 1 入出力ポートの設定と利用方法 (1) 制御( コントロール ) するとは外部装置( ペリフェラル ) が必要とする信号をマイ arduino プログラミング課題集 ( Ver.5.0 2017/06/01 ) arduino と各種ボードを組み合わせ制御するためのプログラミングを学ぼう! 1 入出力ポートの設定と利用方法 (1) 制御( コントロール ) するとは外部装置( ペリフェラル ) が必要とする信号をマイコンから伝える外部装置の状態をマイコンで確認する信号の授受は入出力ポート経由で行う (2) 入出力ポートとは?