プログラマへ送る電子工作基礎の基礎

IOのその先へ

１．電気って何？（超絶適当にイメージだけ紹介）

２．代表的な素子

３．マイコンって寡黙なのね

４．せめて喋ってくれ

５．電球とは違うのだよ（LED）

６．流さないのが良い回路

本日のメニュー

電気って適当。電流による作用の総称

電流って何よ？・・・電荷の流れ（電子・ホール・イオン） 間違えたのは誰だ？⇒結果オーライ

今日はとりあえず電子に着目

何故流れるんだ？ グランドのイメージ自由電子がワラワラ状態

電位差：俺今超電子足りね～ or プラスの電荷超余ってる

何故か電荷は平均化しようとします（電荷同士は反発するので凄い動く⇒散らばるみたいなイメージ）

電気って何？

三種の神器が存在します！ 抵抗（今日使うのはこれだけ！）

直流だろうが交流だろうが関係なく邪魔する奴

コンデンサ

電荷を蓄えます。だから別名キャパシタンス

交流成分のみ通します。変態。

コイル

電流を安定させようと一瞬頑張ります

電磁誘導で電流を発生させたりします

直流成分のみ通します。巻いてるくせに真っ直ぐすぎる！

代表的な素子

今日やりたいのなんだっけ？

マイコンから信号だして何か動かしたい。

んじゃマイコン用意しなきゃ！

一休み

マイコンってそもそも何よ？

マイクロコントローラとかマイクロコンピュータとか言います 電子屋さんってかなり適当。時代によっても認識が違う。

マイコンピュータとは違います！

だいたいの電子屋さんの認識 小さいソフトウェアを動かせる

パソコン用CPUみたいにすごい発熱したり電力食わない

色々なIOがついている

メモリを内蔵している事が多い。場合によってはFlashも内蔵

マイコンって寡黙なのね

何も有りません！！！！

単品で完結出来るのでワンチップマイコンとか言ったりしますが…実のところディスプレイもLEDもスピーカーも通信手段も入力手段も何も有りません！

周辺回路は他で賄ってあげないといけません。 ただし寡黙に計算させる事は出来ます。

計算結果を教えてはくれませんが…

JTAGというデバッグポートだけは最低限機能するのが主流です。

Resetポートが必ずついていて、必ず死ぬように出来ています。死ね言われたら絶対死にます。かわいそう。

マイコンの表現能力

寡黙なマイコンさんが考えている事を知るには？

汎用IOポートを使ってみる

通信してみる（別途周辺回路が必要です）

ディスプレイを付けてみる

今繋がっているディスプレイは一方的に書込みだけ出来る外部メモリとして動作しています

せめて喋ってくれ

汎用IOって何？

特定の役割が決まっていないポート（端子）

その代わり入出力が切り替えられる事が多いです

汎用IOから始めよう

これがNXP LPC1768 のIOだ！

３ステートなIO

HI, LO, Open

入力時外部PU,PD抵抗が不要

汎用IOの内部（興味のある人だけ）

ちょっと待て。LEDって身近だけどどんな物なの？

こんなの。

汎用IOにLEDをつなげよう

LEDの特徴

省電流だいたい 10mA～20mAで光る。

On,Offが速い

発熱が少ないが熱に弱い

放熱性を確保する為にLED電球は高くなってしまうのです！

極性が有る

間違えると点灯しないし壊れたりするよ！

しかも、電球と違ってショートモードになりやすいよ！怖いよ！

電球とは違うのだよ

その前に。 マイコンのスペックを確認しよう！

汎用IOが流せる電流量は？ マイコン全体では？ 出力電圧は？

トランジスタの紹介

ざっくり行こう！（時間あったら実際の考え方を紹介） 電子部品には必ず製造バラツキが有ります。 まじめに計算しても損だぞ！ シミュレーションとか時間かかるぞ！ 安全マージンをざっくりとって作ってから考えよう！

実際に光らせてみよう

必要なのはブラウザとUSBケーブルだけ！

mbed開発キット持っていればコンパイル出来る！

ログインID作るのは確か出来たはず…

実はマイコンその物がCOMポートをエミュレートしてる！

デバッグは主にシリアル通信でOK

本格派はJTAGデバッガを使おう

とは言えハードウェアに手を突っ込むなら必要な物

ハンディテスタ（アナログなやつがお薦め）

mbedプログラム環境の紹介

P20をアナログ入力出来るようにしてあります 時定数τ （入力電圧の63.2%に到達する時間）＝ R 10k × C 1μF＝ 10ms

カットオフ周波数

𝑓ℎ =1

2𝜋𝜏= 15.9155Hz

ざっくり周期62ms以上の波形なら捕まえられます。

コード： AnalogIn hoge(p20); これだけでhogeを見に行く度にdouble値で最新値が格納されます

アナログ入力を試してみよう！

電流は流し過ぎたら基本ダメ！

発熱するよ！

電源電圧が低下するよ！

消費電力が跳ね上がるよ！

ざっくりとはいえども、最低限の確認はしよう！

素子の絶対最大定格は必ず確認。

耐えられる電圧は？電流は？

周波数を上げたら特性が変わらない？

流さないのが良い回路

回路図紹介

今回の回路の説明

実際の回路

２SC1815

ベース制限抵抗

コレクタ電流制限抵抗

LED詳細不明ｗ

実際の回路２（実はこの時点でベース制限抵抗を忘れていまし

た…）

GND

USB 5V

この間に抵抗

LED上流

LED下流

作業風景腰痛い

燃えるものの上で作業してはいけま

せん