Arduinoブレッドボード：効率的なプロトタイピングのためのオープンソースソリューション

プロトタイピングは設計と開発プロセスの大きな部分です。PCBプロジェクトでより高度なフェーズに移行する前に不可欠です。したがって、デジタルエレクトロニクス開発者であれば、Arduinoブレッドボードが最適です。

Arduino以前、初心者はマイクロコントローラの学習に苦労していました。高価なキットを使用し、使いにくいアセンブリ言語でのコーディングが必要でした。

しかし、ArduinoはC++のような高級プログラミング言語でのコーディングを備えた、手頃で使いやすいプラットフォームを提供することでゲームを変えました。

Arduinoブレッドボードと、そのようなボードを作るために必要な手順を見ていきます。

Arduinoとは？

Arduinoは、オープンソースのデジタルエレクトロニクスソフトウェアおよびハードウェアプラットフォーム、プロジェクト、ユーザーコミュニティです。このプラットフォームは、デジタルエレクトロニクスの開発のために、使いやすいシングルボードマイクロコントローラとそのキットを設計および構築します。

Arduino回路基板

ブレッドボードとは？

一方、ブレッドボードは、正方形の穴と記号および線が刻まれた長方形のプラスチックコンソールです。Arduinoのような複数の電子部品とマイクロコントローラをプロトタイピング目的で組み立てるための構築ベースとして機能します。

ブレッドボードのはんだ付け不要の設計が、PCBとの主な違いです。

はんだ付け不要ブレッドボード

通常、ブレッドボードにはジャンパーワイヤー、電源ユニット、トランジスタ、抵抗、コンデンサなどの電子部品が付属します。

Arduinoのいくつかの仕様

• 動作電圧：7-12V（DCジャック）、5V（USB）
• デジタルI/Oピン：14（うち6つはPWM操作用）
• アナログ入力ピン：6
• プログラム格納用フラッシュメモリ：32KB
• RAM：2KB
• EEPROM：1KB
• クロック速度：16MHz
• DC I/Oピン電流出力：20mA

Arduinoブレッドボードの構築

ブレッドボード上でArduinoを構築する際、ATmega328PのようなマイクロコントローラがベアボーンのArduino回路キットを形成します。しかし、他のパーツも同様に重要で、回路の残りを構成します。Arduino ATmega328Pマイクロコントローラの仕様は：

ATmega328Pチップ

出典：Wikimedia Commons

標準のATmega328pマイクロコントローラと比較して、ブレッドボードArduinoオプションは優れています。なぜなら、Arduinoブートローダーを搭載しているからです。このブートローダーにより、Arduino IDEでのプログラミングが可能になります。また、ブレッドボードArduinoはこれらの利点を提供します：

• Arduinoハードウェアの動作に関するより深い理解
• 簡単なスケーリング
• 低消費電力

必要なコンポーネント

完全なプロジェクトをセットアップするには、以下のコンポーネントが必要です：

以下の画像のようにこれらのコンポーネントを接続します。

USB-シリアル変換モジュール付きArduino ATmega328pブレッドボード

出典：Wikimedia Commons

接続を助けるために、マイクロコントローラの各ピンが何のためか知る必要があります。チップのピンアウト図はこちらです。

ATmega328pとArduinoボードのピンアウト図

出典：Wikimedia Commons

外部電源の接続

ブレッドボード電源の配線を接続することから始めます。プロセスには、電圧レギュレータが座る場所に電源とグランドワイヤーを取り付けることが含まれます。間違ったコンポーネント接続を防ぐためにピン番号に注意してください。

次に、ボードの底部にグランドと電源ワイヤーを追加して、各レールを接続します。その後、電圧レギュレータと電源レールをボードに取り付けます。

VCCピンに印加できる最大電圧は6Vで、この値に達しないようにしてください。3.3-5.5Vの間で使用してください。

ほとんどの場合、9-12VDC電源（バッテリー）で十分です。しかし、これは電圧レギュレータの仕事です。したがって、レギュレータから約5Vを得るには、入力電力は7-16Vであるべきです。

レギュレータのINとグランドの間に10µFコンデンサを追加します。また、右レールの床と電源の間にも同様のコンデンサを取り付けます。

次に、LEDライトと220オーム抵抗をボードの左側、電圧レギュレータの真向かいに取り付けます。

電源を整理したら、マイクロコントローラをロードし、次にUSB-シリアル変換モジュールをロードします。

マイクロコントローラの接続

まず、上記の画像のようにチップをブレッドボードに差し込みます。次に、リセットピンから+5Vに10kプルアップ抵抗を接続して、通常動作中のチップリセットを防ぎます。グランドが0Vの場合、リセットピンはマイクロコントローラを再起動します。

次に、16MHzクロックをピン9と10に取り付けます。これらのピンとグランドにそれぞれ22pFコンデンサを2個接続します。

ブレッドボードに取り付けられたATmega328Pチップ

出典：Wikimedia Commons

その後、リセットピンとグランドピンの間に小さなタクトスイッチを接続してリセットボタンとして機能させます。このコンポーネントがあれば、新しいプログラムをアップロードするためにチップを再起動したい場合はスイッチを切り替えます。

一部のチップはブリンクLEDプログラムがプリプログラムされていることに注意することが重要です。通常、Arduinoソフトウェアにはメーカーから直接プログラムが含まれています。

以下のようにピンを接続してください：

• ピン7 – デジタル電源電圧（VCC）
• ピン8 – GND
• ピン20 – AVcc – ADCコンバータ電源電圧。ADCを使用しない場合は入力電源に接続。ADCを使用する場合はローパスフィルタを介して電源に接続。
• ピン21 – AREF – ADCのアナログ基準ピン
• ピン22 – GND

すべてをセットアップしてバッテリーを接続すると、ボードのLEDが点滅するはずです。LEDライトの目的は、ボードが適切な電力を得ているか、ショートしていないかを確認することです。

ここで止めることもできますが、本当の楽しみはArduinoブレッドボードをプログラミングするときに来ます。自分のコードでフラッシュするには、USB-シリアル変換モジュールをブレッドボードに接続する必要があります。

コンピュータ上のArduino IDEでコードを入力するため、USB-シリアル変換モジュールはUSBポートを提供します。USBケーブルでコンピュータをブレッドボードチップに接続するためにポートが必要です。

USB-シリアル変換モジュールの接続

以下の5つの接続のみが必要です：

• RxからTx
• TxからRx
• VccからVcc
• GNDからGND
• DTR/RTSから10µFコンデンサを介してRST

そこから、Arduino IDEで創造的になれます。その後、チップでスリープモードに一定時間入るなど、さまざまなコードを実行してみてください。

Arduino IDEでのサンプルLED点滅コード

出典：Wikimedia Commons

まとめ

ご覧の通り、Arduinoブレッドボードはテストと開発のための使いやすく手頃なプラットフォームを提供し、初心者のデジタルエレクトロニクス設計者に最適です。ご質問があれば、さらに詳しい説明のためにご連絡ください。