Arduinoの基本をおさらい

Arduino

Arduinoは、マイコンが載った基板と、プログラムをセットで取り扱えるキットみたいなものです。
公式の言葉を使うとプラットフォーム。日本語でいうと共通の土台、基盤となるものです。

共通の土台を製品として提供されるので、上に積み上げるもの＝マイコンが載った基板(ハードウェア)とプログラム(ソフトウェア)は、ゼロから設計するよりも手間を省いて勉強ができますよ！っていうシロモノです。今は手軽さあってDIYにもってこい。何なら仕事でも活躍できます。

機械学習といったものはできませんが、
計算もできますし、ディスプレイ映したりとか、センサの電圧読み取ったりできます。

何ができるのかってイメージしにくいので、
色々まとめていますので、ご覧いただけたらなと思います。
Arduino初心者歓迎シリーズ：機器導入、文法編、実践①、実践②、実践③、実践④

Arduino IDE

IDEはIntegrated Development Environmentの頭文字。日本語で統合開発環境と呼ばれるもの。
プログラムを書くのは、パソコンに入ってるメモ帳でも書くことができます。プログラムってただの文字の羅列なんですね。人間が理解しやすいようなプログラム言語を使ってます。日本語や英語と同じ。
Arduinoで使う言語は、C言語(正式にはC言語ライクなArduino言語)私みたいな、にわかのプログラマーには分からない程度には似ています。

とりあえず、プログラムを書いたとして。

それを、コンピュータが理解できる０と１で表現したものに、翻訳してくれるものが、コンパイラと呼ばれるものです。翻訳する都合、人間が分かりやすいプログラム言語の書き方、お作法的なものが決まっており、そのルールに従いながら、記述していくことになります。

そのルールに従ってちゃんと書いているか添削してくれるデバッガと呼ばれる機能。
この書き方あってないよ！ってエラーを教えてくれます。

次はライターと呼ばれる機能で、最終的にプログラムをマイコンに書き込みます。

こんな感じで、色々と必要なこと、あると便利なものを、ひとまとめにしたものがIDEと呼ばれるものです。普通の人はメモ帳なんてつかわず便利なIDEを使います。Arduino公式が出しているものがArduino IDEですね。

Arduino ボード

ボードは基板のことです。マイコンが載ってる基板です。マイコン単品だと、USBと通信が直接できなかったり、電源どうするの、クロック源どうするのって、この記事を読んでいる方にとっては、何それ？って内容かもしれないことを準備する必要があります。でも、そんなことを気にしなくても、とりあえずUSBでパソコンとつなげばOK！ていうぐらいな状態で販売しているもの、そればArduinoボードです。

スペックが色々とあります

Arduino Uno R3

画像の物は互換品。純正品はAruduinoのインフィニティマークみたいなのが印字してあります。名刺とかクレジットカードより少し大きいくらいの基板サイズのもの。大きい分、ボードと何かを繋ぐためのピンが豊富にあります。ACアダプタの接続口があったり。ジャンプワイヤーをさせるメス側のソケットが便利。

UNOにＲ数字で、世代を示してます。R3が三世代目。最新のR4が記事作成した時期に発売。

大体のマイコンにアナログ電圧をデジタルに変換する回路(ADC)がついてますが、R4は追加で、逆のデジタルをアナログ電圧で出力する回路(DAC)が組み込まれています。あとオペアンプと呼ばれる電圧を増幅できる回路も。一個arduinoを買えば対応できる幅が広がりますね！WiFi対応モデルもあり、処理速度48MHz、メモリ容量もアップし規模の大きいプログラムもいけるようになりました。

R4は出たばっかりなので、互換品は出回ってなく、R3が入手しやすいです。
マイコンはATmega328。基板上の一番大きい細長の黒いやつがマイコンのICです。

引用元：https://www.arduino.cc/en/hardware

Arduino Nano(下記の右側)

コンパクト。ピンが少ないけど、ブレッドボードにさせるピンヘッダが大概ついてる。互換品はピンヘッダがはんだ付けせず販売してるので用途に応じて選べたり、あとUSBコネクタの種類がType-CやMiniB、MicroBと工夫してあるものが多いのも便利。純正はMiniBのみ。

マイコンはATmega328。UNO R3もNanoもマイコンは一緒です。基板上の四角い一番大きい黒いやつがマイコンのICです。

コンパクトサイズのラインナップも、
Micro⇒Nano⇒NanoEvery⇒と世代が変わり、新しい分、性能もUPしていってます。
Nanoが一番出回ってる印象。MicroはなぜかClassicFamilyに。

Micro⇒Nano⇒NanoEveryまでほぼ一緒。世代交代で販売してる感じ。Everyはプログラムの処理速度が16MHｚから20ＭＨｚにアップ。プログラムをどれくらいかけるかのメモリ容量もアップしてます。

他のもありますが亜種みたいな感じ。
たとえばNano33BLEは
Bluetooth、9軸ＩＭＵ(地磁気、ジャイロ、加速度計で3軸ずつの計9軸)が搭載。
処理性能も64ＭＨｚ。メモリ容量もダントツ。ただ高い。
ESP32はWiFi＆Bluetoothモジュールがついたマイコン搭載。

引用元：https://www.arduino.cc/en/hardware

互換品使って大丈夫？買っていいの？

互換品は、公式が認めているわけじゃないので粗悪な仕上がりのものがあるやもしれませんが、私はハズレを引いたことはないです。よく売れている互換品を購入しましょうね。

Arduinoはオープンソースというスタンスを取っていて、回路図が公開されています。
あえて公開することで世に広く使ってもらうという考えです。
価格は、互換品が安いです。純正品と違って真似して作ってるので、安く済むからでしょう。
純正品は品質は間違いないですが高くて手が出しにくいです。

ピンヘッダが曲がってるくらいなら、価格に免じて許していいと思います。工具でつまんで戻しましょう。自分でやってても曲げちゃうなんでザラですし・・・

Arduinoシールド

主にUNOのボードと同じサイズで、UNOに出てるソケットにまるっと差し込んで使う機能を拡張できるボードです。

ディスプレイシールドとか、CAN-BUSシールド、リレー、モータ、I2C通信のコネクタいっぱいついたやつとか。

シールドになってない別体のものを、自分で配線繋げば一緒のこと何ですが、面倒くさい。お手軽さが売りのArduinoだったはずなのに。そのためのシールドです。ディスプレイちょっとやってみたいなって、ディスプレイシールドを買えば、シールドを売っている所が、ライブラリもたいてい提供してるか、使えるライブラリがすでにあるかしてるので、小難しいことなく使えます。

シールドも互換品があります。

引用元：https://www.arduino.cc/en/hardware

似たもの？にraspberry Piってあるけど何が違うの？

RaspberryPiも色々出ていて、RaspberryPi PicoというのがArduinoと同じジャンルになります。
C言語やMicroPython言語というものでプログラムが記述できます。

RaspberryPi4や5、RaspberryPiZeroというのは小さいパソコンです。複雑なプログラムもマシンのパワー使って処理を行います。機械学習が使えるのが強み。画像認識や深層学習といったもの。
OSと呼ばれるwindowとか、そういったものがあったうえで動きます。ただWindouwsのようにマウスありき(GUI)のものもありますし、キーボードメインの操作(CUI)のOSもあったりします。

引用元：https://www.raspberrypi.com/products/

引用元：https://www.raspberrypi.com/products/

引用元：https://www.raspberrypi.com/products/

ではパソコンとの違いは何か？、それは入出力端子があることです。
Arduinoみたいに、ピンヘッダ(細い金属の棒)が40ピンにょきっとしてまして、デジタルの電圧を出したり、読み取ったりできます(アナログの電圧は読み取りだけできます)。

パソコンは基本USBで機器を増設しますが、RaspberryPiは、このピンヘッダに繋ぐと
センサの電圧を読み取ったり、3.3Vの電圧を出力して他の物を制御することができます。

パソコンにUSBでArduinoと繋いで、一回信号を送って、マイコンから例えばLEDを光らすってことすれば普通のパソコンでも同じことできます。

おわりに

ぜひ、こちらの記事も見ていただくと、どんなことができるか、より分かるかと思います。

Arduino初心者歓迎シリーズ：機器導入、文法編、実践①、実践②、実践③、実践④

それでは、またお会いしましょう！