秋の夜長に楽しむ電子工作 “Lチカ”から1歩先へ

40代、Arduinoをイチから始めてみる【Arduinoいまさら超入門】

2016年09月09日 09時00分更新

文● 宮里圭介　編集●北島幹雄／ASCII STARTUP

自分で用意したLEDを光らせてみる

　さて、この「Blink」というスケッチをArduinoに書き込むと、基板上のLEDが点滅するわけですが……これでLチカができたというには、あまりにも何もやっていません。そこで、小さなブレッドボードを使って、別のLEDを光らせてみましょう。

　まずはLEDと抵抗、ブレッドボード、ジャンプワイヤーを用意します。ここでは330Ωの抵抗を用意しましたが、抵抗の値はLEDによって変わってきますので、まずはこの計算方法を解説しておきます。

　使用するLEDの順方向電圧が2V、最大電流が20mA、ArduinoのIO出力が5Vの場合を考えてみましょう。抵抗にかかる電圧はLEDの順方向電圧ぶん電圧が降下すると考えられるので、5Vから2Vを引いた3Vとなります。ここを流れる電流が20mA未満になればいいのですから、抵抗は150Ω以上となるわけです。上限ギリギリで使うのは怖いので、できれば200Ω以上にするといいですね。

必要な抵抗値の計算方法

　ちなみに、今回使用したGenuino 101のIO出力は3.3Vです。この場合、3.3VからLEDの順方向電圧2Vを引いた1.3Vで20mA未満となればいいのですから、抵抗値は65Ω以上を選べばいいことになります。

　とはいえ、最大電流近くでLEDを光らせると大抵まぶしく、見づらいことが多くあります。輝度を低くしたい場合は抵抗値を大きくし、LEDに流れる電流を小さくすることで暗くしてあげましょう（実際、今回は330Ωを使っています）。ちなみに、LEDはあるけどスペックがよくわからないという場合は、とりあえず300～1kΩくらいの抵抗を使っておけばだいたい大丈夫です。

　配線はとてもシンプルで、ブレッドボードに抵抗とLEDを直列に接続。あとはArduinoの13番ピンとGNDをジャンプワイヤーでArduinoと接続するというだけです。

ブレッドボード上で、抵抗とLEDを接続

ジャンプワイヤーで「13」と「GND」を接続

　ブレッドボードは内部でピンが一列に接続されているので、実際の回路図とブレッドボード上の回路を合わせるみると、このような感じになっているわけですね。

　これで「Blink」を動かすと、基板上のLEDだけでなくブレッドボード上のLEDも点滅するようになったハズです。

ブレッドボードのLEDが光る！

　ここまでで、Blinkという“ソフト”と、LEDの接続という“ハード”の両方を作ったことになります。立派な電子工作です。とはいえ、これだけではただの動作確認みたいなものですので、もう少しちゃんと機能があるものを考えてみましょう。

ステップ1：3分でLEDがすべて消える「3分タイマー」を作る

　イチから何かを作るのは難しいので、先ほどのLチカを応用したものとして「3分タイマー」を作ってみましょう。動作としては、1分経つごとにLEDが消えていき、すべてのLEDが消えれば3分が経過したとわかるというものです。砂時計みたいなものですね。

　まずはハードの設計から。ブレッドボード上にLEDを3つ並べ、それぞれが光るように抵抗を入れて配線します。先ほどのLチカでは13番ピンを使いましたが、今回はそれに加え、12番と8番も使います。（ちなみに、単機能のデジタル入出力ピンを優先して使っているだけなので、どの番号でも大丈夫です）

　次はソフトの設計です。こちらもLチカで使った「Blink」を元に作っていきます。ポイントは、LEDを3つ光らせるためピンの出力をそれぞれ設定することと、「delay()」で1分待つようにすることです。

// LEDを接続するピンを設定
int LED_1 = 13;
int LED_2 = 12;
int LED_3 = 8;

void setup() {
// ピンのモードを出力に設定
pinMode(LED_1, OUTPUT);
pinMode(LED_2, OUTPUT);
pinMode(LED_3, OUTPUT);
}

void loop() {
digitalWrite(LED_1, HIGH); //LED_1を光らせる
digitalWrite(LED_2, HIGH); //LED_2を光らせる
digitalWrite(LED_3, HIGH); //LED_3を光らせる

delay(60000); //1分待つ
digitalWrite(LED_1, LOW); //LED_1を消灯

delay(60000); //1分待つ
digitalWrite(LED_2, LOW); //LED_2を消灯

delay(60000); //1分待つ
digitalWrite(LED_3, LOW); //LED_3を消灯

delay(3000); //終了後、3秒待つ
}

　最初にある「int」では、整数変数としてLED_1からLED_3までを宣言しています。これはそのままLEDが接続してあるピン番号になっているもので、どのLEDを点灯、消灯するのかわかりやすくするものです。「12番」っていってもわかりにくいですが、「LED_2」といわれれば、2つ目のLEDだとすぐにわかりますよね。

　続く「setup()」では、Lチカでは1つだけだったピンの設定を3つ行っています。

　そしてメインとなる「loop()」。実はLチカとほとんど同じで、違う事といえば、delay()で待つ時間を1分（60秒）にしていることと、消灯するLEDを1つずつ変えているくらいです。

　実際に動かしてみると、時間が経過するごとにLED_1から順に1つずつ消灯していく様子がわかると思います。

ステップ2：スタートスイッチの追加で使いやすく

　ステップ1で3分タイマーは完成していますが、実は、タイマーの開始を指定できないという大きな問題があります。さらに、3つ目のLEDが消えた後、3秒経つとまた3分タイマーが自動で動き出すという、エンドレス砂時計のような動作もいただけません。

　そこでスタートスイッチを追加、自由にタイマーを開始できるようにしてみましょう。もちろん、3分カウントした後は、再度スイッチを押すまで開始されないようになります。

　まずはハードの改造からです。ステップ1で作ったブレッドボードにタクトスイッチ（押している間だけオンになるスイッチ）を追加し、2番ピンとGND（グラウンド）を接続します。

　これでハードの改造はおしまいです。こんな簡単でいいのかと心配になるほどですが、大丈夫です。続いてソフトを改造してみましょう。改造といっても、追加するのはたったの3行です。

// 使用するピンを設定
int LED_1 = 13;
int LED_2 = 12;
int LED_3 = 8;
int SW = 2;

void setup() {
// ピンのモードを設定
pinMode(LED_1, OUTPUT);
pinMode(LED_2, OUTPUT);
pinMode(LED_3, OUTPUT);
pinMode(SW, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
while (digitalRead(SW) == HIGH){} //スイッチが押されるのを待つ

digitalWrite(LED_1, HIGH); //LED_1を光らせる
digitalWrite(LED_2, HIGH); //LED_2を光らせる
digitalWrite(LED_3, HIGH); //LED_3を光らせる

delay(60000); //1分待つ
digitalWrite(LED_1, LOW); //LED_1を消灯

delay(60000); //1分待つ
digitalWrite(LED_2, LOW); //LED_2を消灯

delay(60000); //1分待つ
digitalWrite(LED_3, LOW); //LED_3を消灯

delay(3000); //終了後、3秒待つ
}

　まず最初の追加部分ですが、これはLEDと同じく、スイッチに使うピン番号を代入しているだけなので、大丈夫かと思います。

>int SW = 2;

次の追加行はLEDと少し違っています。

> pinMode(SW, INPUT_PULLUP);

スイッチはLEDと違って入力として使うために「INPUT」としているわけですね。ここで気づいたかと思いますが、ただのINPUTではなく、「INPUT_PULLUP」としています。これは、何も入力がない場合HIGHなのかLOWなのか不安定になってしまうのを、内部でHIGHに固定する（プルアップ抵抗を追加する）ものです。簡単な回路図で説明すると、以下のようなものとなります。