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Arduino 入門

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Arduino を使った講義等で使っている資料を基に加筆修正したものです。

Published in: Technology
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Arduino 入門

  1. 1. 2014/1/19版 Arduino入門 光永 法明 http://n.mtng.org/ele/arduino/ • • 本資料は講義等のために筆者が作成したものに加 筆修正したものです。 誤り、改良点があればお知らせください。 • 著作権は放棄しませんが、個人での利用や、学校 (授業・地域向けイベント)や社内、自分たちで 実施する勉強会で使うのはご自由にどうぞ。 • 有料の講習会等の場合の利用は別途ご相談くださ い。有料の講習会を実施する方には、本資料の内 容ぐらいは自分で作成いただきたいので。
  2. 2. 最初の一歩 • Arduino IDEを起動してサンプルを動かすま でです • 画面は Windows 版です • Arduino IDE は http://arduino.cc/ から入手し ます。今の時点では 1.0.x系を推奨します。 • Windows では USB シリアルのドライバが 必要です。 • その場合には Arduino IDE に付属のドライ バを次のスライドのようにインストール します
  3. 3. ドライバのインストール Arduino ボードを USB ケーブルで PC につないだときに、 ドライバがインストールされていなければ
  4. 4. • 参照をクリックし、Arduino IDEに含まれる フォルダ drivers → FTDI USB Drivers を指定 する
  5. 5. Arduino IDEを起動する • Arduino(.exe)を ダブルクリッ ク • ダウンロード したZIPファイ ルを展開して おくこと
  6. 6. ファイル→ スケッチの例→ 01.Basics→ Blinkを開く
  7. 7. ツール→マイコンボード→Arduino…ATmega16 を選択する(使っている物に合わせる) ボードを変えなければ PCにつき1回すればOK
  8. 8. ツール→シリアルポートの中の適切なものを 選択する(おおよそ番号の一番大きいものでよい
  9. 9. Uploadをクリック クリックするとスケッチの コンパイルが始まる。 コンパイルが終わると 転送が始まり、 ArduinoのTX, RXの LEDが点滅する。 点滅が終了すると Arduinoがリセットされ スケッチが動く。 エラーの場合は ボード、 シリアルポート、 スケッチを 確認する。
  10. 10. 今動かしたスケッチを読もう • Blink サンプルのスケッチを読んでみま しょう • そのための解説をします
  11. 11. Arduino 言語のお約束 • 基本的には、マイコンへの命令が並んで います。 • マイコンは一文ずつ順に命令を実行しま す。 • 一文の終わり(。)は;です • 右の部分は次のように読みます ledピンをHIGHにせ digitalWrite(led, HIGH); よ。 delay(1000); 1000ms(1秒)待て。 digitalWrite(led, LOW); ledピンをLOWにせよ。 delay(1000);
  12. 12. Arduinoのスケッチ(プログラ ム) void setup() { } void loop() { } setup関数 最初に1回だけ実行する文を 並べる(初期化など) loop関数 繰り返し実行する文を 並べる(最後の文が実行したら 最初の文に戻る)
  13. 13. スケッチのお約束 • 文の終わりは ; • 空白は好きなだけ入れていい(全角空白は ダメ) • 改行も空白の一種として扱われる – 以下は同じ文 a = 2 + 3; a=2 +3; • 大文字と小文字、半角と全角を区別する
  14. 14. スケッチのお約束 • // から行末まではコメント • /* と */ で囲まれた間はコメント • コメント:人が読むためのものでプログ ラムの一部ではない
  15. 15. 関数とは? • 文をまとめたもの • Arduinoのスケッチを書く →loop関数とsetup関数をつくる • あらかじめよく使う機能について関数が 用意されている
  16. 16. すぐに使える関数 • pinMode, digitalWrite, analogWrite, delay pinMode(13, OUTPUT); // 13ピンを出力 に設定する digitalWrite(13, HIGH); // 13ピンの出力 をHIGHにする analogWrite(3, 100); // 3ピンのPWM出力 を100/255にする delay(100); // 100ミリ秒待つ
  17. 17. Blinkスケッチ /* Blink Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly. This example code is in the public domain. */ // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards. // give it a name: int led = 13; // the setup routine runs once when you press reset: void setup() { // initialize the digital pin as an output. pinMode(led, OUTPUT); } // the loop routine runs over and over again forever: void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000); // wait for a second digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(1000); // wait for a second } Arduino IDEで開くと 色分けされている コメント、定数、setup, loo 関数を探してみよう
  18. 18. ここまでのまとめ • Blink スケッチを読めましたか? • 点滅の間隔を変えるにはどうしたらいい でしょう? • 337拍子で、LEDを点滅させてみよう • 次ページ以降は、もう少し細かな約束 (文法)です。
  19. 19. 四則演算 • • • • +, ー, ×, ÷, (, )は +, -, *, /, (, ) 計算の基本は整数 % であまりを求められる 計算式の = は変数への代入を意味する – a = b + 3; は、今のbの値に3を足した値がaに入 る – 次の行にb = 4 があっても、aは変化しない • i ++, ++ i は i=i+1とほぼ同じ • i--, -- i は i=i-1とほぼ同じ
  20. 20. 比較演算 • >, <, ≧, ≦, =は>, <, >=, <=, == • 成立するとき値が真(1)にしないとき偽(0)にな る • 2つの値しか比較できない • 二つの比較式をならべるとき、かつ、または を &&, || で表す • ! は否定(~でない)を表す 式 値 式 値 例) a>b 偽 a>1 && a<2 偽 a=1 a==b 偽 a>=1 && a<=2 真 a<b 真 !(a<b) 偽 b=2 a>1 || b==2 真 のとき a>=b 偽 a<=b 真 a>0 && b>0 真
  21. 21. 定数 • • • • 10進数(整数):普通に書いていい (123) 16進数:あたまに0xをつける (0x123) 2進数:あたまにBをつける (B1010) 10進数(浮動小数点): . をつける (123.0, 1.23) • 10進数(指数表現): eを使う(2.4e5 = 2.4×105) • デジタル入出力: HIGH, LOW • デジタル入出力の向き: INPUT, OUTPUT • 真と偽: true, false
  22. 22. 変数 • 名前を自分で決められる • 長さは任意 • 英文字で始まり、英数字や_を使ってよい 例) a, b, a1, a2, a3, a4, LEDpin, LED_pin1 • 使う前に宣言が必要 • 変数の「型」によって扱える値(範囲)が違う(早見表参照) – 型: char, int, short, long, float, double など • 宣言は型<空白>名前;または型<空白>名前1,名前2,…; と する – int a; – int a, b; など • 変数の初期値は不定(心配なら代入する) int a; a = 0; int a=2; など
  23. 23. 配列変数 • 数列(a1, a2, a3, …)のようなもの • 大きさを宣言してから使う int a[10]; • 型はなんでもいい • 添え字は0から始まるので大きさが10なら、添え字 は0から9になる • 宣言した大きさを超えて使おうとするとうまく動作 しない • 添え字に[]をつけて使う a[0] = a[1]; a[i+1] = a[i] + 1;
  24. 24. 制御文 • while文 while(条件式) 式A; • for文 for(式1; 条件式; 式3) 式A; • if文 if (条件式) 式A; else 式B;
  25. 25. while文 while(条件式) 式A; • 条件式が成り立つ(真)間、式Aを実行 • 最初に成り立っていなければ、式Aを実行し ない 例) while (digitalRead(3) == HIGH) ; 3番ピンがHIGHの間待つ。3番ピンにスイッチ をつけている回路では、スイッチが押される
  26. 26. for文 for(式1; 条件式; 式3) 式A; • 式1を実行し、 • 条件式が成り立つ(真)間、式Aと式3を実行す る • 最初に成り立っていなければ、式Aを実行しな い 例) for (int i=0; i<10; i=i++) delay(1000); 最初にiを0にする。i<10が成り立っているので、 1000ms待ち、iに1を足す。またi<10が成り立って
  27. 27. if文 if(条件式) 式A; else 式B; • 条件式が成り立つ(真)なら式Aを成り立たない(偽)なら式Bを実行 する • else から先を省略してもいい 例) if (digitalRead(2) == LOW) digitalWrite(13, HIGH); else digitalWrite(13,LOW); 2番ピンのスイッチが押されたら13番ピンのLEDを点灯し、そうでな ければ消灯する
  28. 28. Arduio に回路をつなごう • ここからは Arduino に回路をつなぐ例を紹 介します • 具体的な部品の選定は解説していません
  29. 29. ピンの機能とつながる回路の例 • デジタル入力 (0[V]/5[V]) – スイッチ,デジタル回路 • デジタル出力 (0[V]/5[V]) – LED,トランジスタやドライバを介してリレー,DCモータ,ソレ ノイドなど – デジタル回路 • アナログ入力 (0~5[V]を0~1023で表す) – 抵抗分圧を使ってポテンショメータ(ボリューム),感圧セン サなど – 0から5[V]の範囲で電圧を出力するセンサの回路 • マトリクスLED – 8×8のマトリクスLED • PWM 出力 (高速にON/OFF, ON/OFFの比:0から255 明るさやモータの速度を制御できる) – LED,トランジスタやドライバを介してモータなど • R/Cサーボ – ラジコン用のサーボモータ
  30. 30. デジタル/PWM出力(0V or 5V, 最大10mAから20mA)の使用例 デジタル回路 例:LED, 圧電スピーカ tone()を使う digitalWrite()や analogWrite()を使う
  31. 31. デジタル/PWM出力の増幅例 例:トランジスタ、 トランジスタ+リレー、 FETによる、モータや 他の回路の電源の制御 トランジスタ+リレー digitalWrite() を使う トランジスタでモータ digitalWrite()や analogWrite()を使う MOS FET+リレー digitalWrite() を使う MOS FETでモータ digitalWrite()や analogWrite()を使う
  32. 32. デジタル/PWM出力の増幅例 例:モータドライバICによる 模型用モータの制御 (正逆回転・ブレーキ) digitalWrite()や analogWrite()を使う
  33. 33. R/Cサーボ出力の使用例 Servo s; s.attach(), s.write()を使う s は変数名で任意 電源 ラジコンサー ボ グラウンド
  34. 34. デジタル入力(0V or 5V)の使用例 デジタル回路 digitalRead()を使う 電源が異なる デジタル回路
  35. 35. アナログ入力(0[V]から5[V])の使用 例 ポテンショメータ(ボリューム) 例:温度センサIC, アナログ回路 (電圧出力の センサなど) analogRead()を使う
  36. 36. アナログ入力(0[V]から5[V])の使用 例 ~抵抗値が変化するセンサ~ analogRead()を使う 例:CdS, 照度センサ, サーミスタ
  37. 37. 例題を動かしてみよう • 動かす前にスケッチを読んで何が起こるか予 想しよう • 少し変えて動作を確かめ、保存してみよう • 01.Basics – BareMinimum – Blink • 02.Digital – BlinkWithoutDelay • millis()関数は何?早見表、日本語リファレンスを読んで みよう
  38. 38. 例題を動かしてみよう • 動かす前にスケッチを読んで何が起こる か予想しよう • 02.Digital – Button – toneMelody • 03.Analog – Fading – AnalogInput (CdSと10kΩ抵抗を使う)
  39. 39. スイッチに反応させる const int SWpin=2 void setup() { pinMode(13, OUTPUT) if (digitalRead(SWpin) ==LOW) digitalWrite(13, HIGH); } void loop() { }
  40. 40. スイッチに反応させる const int SWpin=2 void setup() { } void loop() { pinMode(13, OUTPUT) if (digitalRead(SWpin) ==LOW) digitalWrite(13, HIGH); }
  41. 41. スイッチに反応させる const int SWpin=2 void setup() { pinMode(13, OUTPUT) } void loop() { if (digitalRead(SWpin) ==LOW) digitalWrite(13, HIGH); else digitalWrite(13, LOW); }
  42. 42. アナログ入力(0[V]から5[V])の使用 例 ポテンショメータ(ボリューム) 例:温度センサIC, アナログ回路 (電圧出力の センサなど) analogRead()を使う
  43. 43. センサに反応させる CdSは明るいほど抵抗値が下がる →明るいほどアナログ入力の値が 下がる どうやって決める? if (analogRead(CDSpin) < 100) { digitalWrite(13, HIGH); } else { digitalWrite(13, LOW); }
  44. 44. シリアルモニタ ArduinoとPCの間でシリアル通信をして 今の値を表示する (Arduino→PC, PC→Arduinoの両方が出来る) ここに表示される 通信速度
  45. 45. ArduinoからPCへ送信 void setup() { Serial.begin(9600); } 通信速度、単位はbps (bit per second) 9600, 19200, 38400, 115200など 数値が大きいほど速い。シリアルモニタの 設定をこれにあわせること。 シリアル通信に関係するもの(シリアルライブラリ)にはつく 引数を人に読める形で表示して改行する void loop() { Serial.println(analogRead(A0)); delay(1000); 引数はアナログ入力の値 } ほかにも表示形式がある。リファレンスマニュアル参照のこと。
  46. 46. const int LEDpin=13; void setup() { pinMode(LEDpin, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { Serial.println(analogRead(A0)); if (analgoRead(A0) < 100) digitalWrite(LEDpin, HIGH); else digitalWrite(LEDpin, LOW); delay(1000); }
  47. 47. 明るくなると点滅が速くなる const int LEDpin=13; void setup() { pinMode(LEDpin, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(LEDpin, HIGH); if (analgoRead(A0) < 100) delay(100); else delay(500); digitalWrite(LEDpin, LOW); if (analgoRead(A0) < 100) delay(100); else delay(500); } 2段階で点滅の間隔が変わる もっと細かくするには?
  48. 48. 明るくなると点滅が速くなる const int LEDpin=13; void setup() { pinMode(LEDpin, OUTPUT); } void loop() { int a = analogRead(A0); digitalWrite(LEDpin, HIGH); delay(a); digitalWrite(LEDpin, LOW); delay(a); } アナログ入力の値(0~1023) の長さ[ms]の間隔で点滅
  49. 49. 明るくなると点滅が速くなる const int LEDpin=13; void setup() { pinMode(LEDpin, OUTPUT); } void loop() { int a = analogRead(A0); digitalWrite(LEDpin, HIGH); delay(a); digitalWrite(LEDpin, LOW); delay(a); } アナログ入力の値を元に計算や 比較をすれば色々出来る もっと速く点滅 int a = analogRead(A0) / 2; 2乗に比例 int a = analogRead(A0); a = a*a / 1000; 速くなりすぎないように制限する if (a<100) a = 100; 暗くなると速くなるようにする a = 1023 – a;
  50. 50. 過去を覚えておく const int LEDpin=13; int oA0 ; void setup() { pinMode(LEDpin, OUTPUT); oA0 = analogRead(A0); } abs() は絶対値を求める関数 void loop() { int a = analogRead(A0); 以前の値oA0とA0の差が大 きいときにLEDを点灯 if (abs(a – oA0)>100) digitalWrite(LEDpin, HIGH); delay(1000); } digitalWrite(LEDpin, LOW); delay(100); 人が通りがかったり、手を かざしたときに反応といっ た応用が出来る oA0 = a; }
  51. 51. 平均値をとる const int LEDpin=13; int oA0[3] ; void setup() { pinMode(LEDpin, OUTPUT); } void loop() { int a = analogRead(A0); int avg; avg = (oA0[0] + oA0[1] + oA0[2] + A0)/4; if (avg>100) digitalWrite(LEDpin, HIGH); } digitalWrite(LEDpin, LOW); oA0[0] = oA0[1]; oA0[1] = oA0[2]; oA0[2] = a; delay(1000); } 4回の平均を求める例 過去の値を配列にいれてお く ノイズの除去、細かい変化 の無視をしたいときに使う 順に覚えている前の値をず らしていく 平均を求めたり、記憶をず らすのにforループを使うこ とも多い
  52. 52. 関数 millis関数:リセットからの経過時間[ms] 数学関数: abs, sin, cos, tan, log などが使える 角度の単位はラジアン、logの底はe 乱数: random, randomSeed 最初に一回randomSeedで初期化 あとはrandomを使う ほかにも関数がある。制約や注意事項も含めリファレンスマニュアル参照のこと。
  53. 53. 乱数を使う const int LEDpin=13; 乱数をアナログ入力の値で 初期化 void setup() { pinMode(LEDpin, OUTPUT); randomSeed(analogRead(A0)); } void loop() { int t = random(100, 1000); digitalWrite(LEDpin, HIGH); delay(t); digitalWrite(LEDpin, LOW); delay(t); } 乱数といっても計算で求め るので、randomSeedに与え る値が同じなら、random関 数を呼び出した回数が同じ ならrandom関数の返す値は 同じ 左の例では100から999の間 の値がtに入る
  54. 54. tone関数 • ブザーをならせる tone(2, 1000); // 2ピンに1000Hzを出す noTone(2); // やめる tone(2, 1000, 100); // 2ピンに1000Hzを100ms出す toneMelody のpitches.hを使う(コピーする)と tone(2, NOTE_C4, 100); // (4オクターブ目のド)といった記号を使える • toneMelody では、配列に音の高さと長さを覚えている • forループで順に処理 • また4→250ms, 8→125ms となるように1000をその音の音符の分で割っている (4分音符なら4,8分音符なら8) int noteDurations[] = { 4, 8, 8, 4,4,4,4,4 }; int noteDuration = 1000/noteDurations[thisNote];
  55. 55. サーボライブラリ • ラジコンサーボを扱う • スケッチの先頭に次の1行が必要 #include <Servo.h> • 使いたいサーボの数だけ宣言が必要 Servo s1, s2; • attachでピンを指定する s1.attach(2); s2.attach(3); • writeで角度(おおよそを指定する0から180) s1.write(10); s2.write(200); 制約や注意事項も含めリファレンスマニュアル参照のこと
  56. 56. 例題を動かしてみよう • 動かす前にスケッチを読んで何が起こる か予想しよう • 少し変えて動作を確かめ、保存してみよ う • Servo – Sweep – Knob
  57. 57. 参考リンク • Arduino.cc http://www.arduino.cc/ • Arduino 日本語リファレンス http://www.musashinodenpa.com/arduino/ref/ • Arduino のすすめ http://n.mtng.org/ele/arduino/ • エレキジャックのArduino関連web記事 http://www.eleki-jack.com/FC/ • MAKE blog の Arduino 関連記事 http://jp.makezine.com/blog/arduino/ • Arduino 便利メモ http://ndesign.ifdef.jp/a/a_m.html

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