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？ ・マイコンが外部装置とデータのやり取りをするための「くち」。 ・プログラムでやり取りする ・マイコンからデータ（信号）を外部装置へ送り出すことを「出力」と呼ぶ ・信号は基本的に「デジタル」 ON/OFF だけを伝えることができる （３）出力ポート ・マイコンから外部装置へ信号を送る ・出力ポートにデータをセットすると、コンピュータの外部にそれを送り出してくれる。 ・出力したデータはポート自体に保持される。 （他のデータを送り出さなければ変化しない） 出力ポート マイコン 外部装置 入力ポート マイコン 外部装置
（４）入力ポート ・外部装置からマイコンに信号を取り込む ・マイコンが周辺装置から受け取ったデータを入力ポートが記憶する。 そこから変数等に読み込んで処理を行う。
２ arduino のプログラミング
（１）開発環境 IDE ・マイコン、周辺装置を接続した状態にして、USB 経由で PC に接続して おく。 ・プロジェクトを「スケッチ」と呼ぶ。C 言語で記述する。 ・スケッチを作成したらコンパイルしてarduinoに書き込み、実行させる。 （２）arduino のプログラミング基本形 void setup() { 初期設定等を行う } void loop() { メインとなる処理 （無限ループ） } （３）入出力の初期化（イニシャライズ）・arduino のポートは入力、出力のどちらにでも設定できる。 ・すべての処理に先立って、入力、出力のどちらかに設定をする。 通常、setup()の中に書いておく。
pinMode(ピン番号, OUTPUT または INPUT);
・ピン番号
pin2 - 13 自由に使えるデジタル入出力ピン 入力は digitalRead(ピン番号)
出力は digitalWrite(ピン番号, HIGH / LOW)
A0 -A5 アナログ入力ピン pin 14-20 としてデジタルでも使える pin0, 1 は PC との通信用 ・基本構成 次のように周辺装置と接続する 出力 pin9(MSB) - pin2(LSB) 入力 pin17(MSB) - pin10(LSB) ・ポート初期化プログラム void setup() { int i; // ポートの初期設定 for (i = 2; i <= 9; i++) pinMode(i, OUTPUT);
for (i = 10; i <= 17; i++) pinMode(i, INPUT); }
（４）出力
・特定のピンに HIGH または LOW を出力
digitalWrite(ピン番号, HIGH / LOW); （５）入力 ・特定のピンから信号を読み込む digitalRead(ピン番号); ・読み込んだデータを変数に記憶させるためには 変数名 = digitalRead(ピン番号); （６）変数の大きさ（ビット数）
・int 型 16bit （unsigned も同様） ・long 型 32bit （unsigned も同様） ・char 型 8bit （unsigned も同様）
（７）delay()関数
・時間待ちする（だけの関数） ・引数はミリ秒単位の数値
delay(1000); で約 1 秒待つ
実行中は何も操作を受け付けないので注意。
・より短いタイマーには delayMicroseconds() を使う ( )内は unsigned int (16bit)、単位は [μs]
3～16,000 ぐらいで正確に動作する。 （８）PC との通信（シリアル通信） ・USB を経由して arduino と PC との間で通信ができる。 Serial.begin(データ転送レート); Serial.print(表示データ [,フォーマット]）; Serial.read(); ・データ転送レート (bps) 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200 ・PC 側は IDE で「シリアルモニタ」を起動してデータを送受信する。 「ツール」→「シリアルモニタ」 ショートカットは Ctrl + Shift + M ・arduino 側の受信は、何も入力がないとき -1 になる。
２ arduino のプログラミング LED 制御
arduino 用マザーボードに LED ボードを接続して、点灯・消灯を制御す るプログラムを作成・動作させよう。（プログラム１） LED を全部点灯させなさい。 ○○○○○○○○ （LED は負論理なので、8 ビットすべて０を出力すると点灯） （プログラム２） LED を全部消灯させなさい。 ●●●●●●●● （プログラム３） LED の上位 4 ビットを点灯、下位 4 ビットを消灯させなさい。 ○○○○●●●● （プログラム４） LED を交互に点灯／消灯させなさい。 ○●○●○●○● （プログラム５） LED 全部点灯／全部消灯を交互に繰り返しなさい。（0.3 秒間隔で） ○○○○○○○○ → ●●●●●●●● → ・・・ ※ポイント：時間を稼ぐ＝ディレイを使う （プログラム６） LED 下位 4 ビットを使って、16 進カウンタを構成しなさい。 ●●●●●●●● → ●●●●●●●○ → ●●●●●●○● → ●●●●●●○○ → ●●●●●○●● ・・・ ・・・ → ●●●●○○○○ → ●●●●●●○● ・・・
（プログラム７） LED 下位 4 ビットを使って、10 進カウンタを構成しなさい。 ●●●●●●●● → ●●●●●●●○ → ●●●●●●○● → ・・・ → ●●●●○●●○ → ●●●●●●● ・・・ （プログラム８） ８進リングカウンタを構成しなさい。（シフト演算を使う） ●●●●●●●○ → ●●●●●●○● → ●●●●●○●● → ●●●●○●●● → ●●●○●●●● ・・・ （プログラム８） ８進リングカウンタ、逆方向を構成しなさい。（シフト演算を使う） ○●●●●●●● → ●○●●●●●● → ●●○●●●●● → ●●●○●●●● → ●●●●○●●● ・・・ （プログラム９） 上下４ビットずつ、４進のリングカウンタを構成しなさい。 ○●●●●●●○ → ●○●●●●○● → ●●○●●○●● → ●●●○○●●● → （最初へ戻る） （プログラム１０） LED を高速に ON/OFF させ、輝度をコントロールしよう。 デューティー比（ON/OFF の割合）や周期を変えてテストしよう。 最終的には LED８個とも輝度が変わって、それが時間とともに変化しなが ら点灯することを目指す。
３ LED とプッシュスイッチの制御
arduino 用マザーボードに LED ボードとプッシュスイッチボードを接続 して制御プログラムを作ろう。 （プログラム１） スイッチの入力値をそのまま LED へ出力しなさい。 （スイッチ ON のビットのみ、対応する LED が点灯） （プログラム２） スイッチの入力値を論理反転して LED へ出力しなさい。 （OFF のビットのみ LED が点灯） （プログラム３）スイッチの LSB の ON/OFF で、LED 全部を ON/OFF しなさい。
（プログラム４）
スイッチの MSB の ON/OFF で、LED を交互に ON/OFF しなさい。 （ON） ●○●○●○●○ （OFF） ○●○●○●○●
（プログラム５）
押しているスイッチの個数を LED に表示しなさい。
（例）０個 ●●●●●●●● ３個 ●●●●●●○○ ７個 ●●●●●○○○ ８個 ●●●●○●●●
（プログラム６） スイッチの LSB の ON/OFF の回数を LED に正論理で表示しなさい。 但し、タイマーでチャタリングの対策を行うこと。 （プログラム７） 256 進のバイナリカウンタを構成しなさい。 スイッチの LSB を押したらリセット（０）。カウントは停止。 スイッチの MSB を押したらカウント開始・停止。LSB を優先。 （プログラム８） リングカウンタを動作させなさい。（LSB→MSB の順にカウント） 但しスイッチの MSB を押したときカウント開始・停止。スイッチの LSB を押したらリセット、カウントは停止。LSB を優先。 （プログラム９） シフトカウンタを動作させなさい。 ●●●●●●●● → ●●●●●●●○ → ●●●●●●○○ → ・・・ ○○○○○○○ → ○○○○○○● → ○○○○○●● → ・・・ ○●●●●●●● 最初に戻る スイッチの条件はプログラム８と同様とする。
４ PC とのシリアル通信
入力にスチッチボード、出力に LED ボードを接続しておく。 データ転送速度は 9,600bps とする。（プログラム１） LED を全部消灯し、通信の開始を知らせるメッセージを表示した後、１秒 刻みでモニタ画面に arduino! と表示させなさい。改行すること。 （プログラム２） LED を全部消灯し、通信の開始を知らせるメッセージを表示した後、１秒 刻みでモニタ画面に スイッチの状態を表示させなさい。 ON は 0、OFF は 1 で、 00001111 (改行) のように表示させること。 （プログラム３） LED を全部消灯し、通信の開始を知らせるメッセージを表示した後、 PC からデータ 'a' を受信したら LED を全部点灯、'd' を受信したら LED を全部消灯、'x' を受信したら点灯・消灯状態を逆転させなさい。
