Arduino UNOを購入し、プログラミングしてみました

こんにちはー、ニアです。

Arduinoを使ったプログラミングに興味があり、先日Arduino UNOを購入してきました。

今回は、Arduinoでのプログラミングに必要な環境構築と、いくつかプログラミングをしていきます。

1. 購入したもの
2. Arduino IDEのインストール
3. Arduinoでプログラミング
4. おわりに

1. 購入したもの

Arduino UNO R3
Arduino用クリアケース
USBケーブル（Type-A ⇔ Type-B）
Elecrow Starter Kit for Arduino

Arduinoのボードはいくつか種類がありますが、今回はオーソドックスなUNOにしました。

2. Arduino IDEのインストール

Arduinoで動かすためのプログラムの開発環境として、Arduino IDEをインストールします。

Arduino IDEの公式サイト（https://www.arduino.cc/en/software）にアクセスします。

Windowsへインストールする場合、「Windows Win 10 and newer, 64 bits」を選択します。

Support the Arduino IDEの画面が表示されたら、「JUST DOWNLOAD」を選択し、インストーラーをダウンロードします。（Arduinoへ寄付したい場合は、「CONTRIBUTE & DOWNLOAD」ボタンを押します。）

ダウンロードしたインストーラーを起動します。

ライセンス条件を確認し、「同意する」ボタンを押します。

インストールオプションを選択し、「次へ」ボタンを押します。今回は、このコンピューターのすべてのユーザー向けにインストールします。

Arduino IDEのインストール先を選択し、「インストール」ボタンを押します。

インストールが完了したら、「完了」ボタンを押して、インストーラーを閉じます。

Arduino IDEの初回起動時は、ドライバーやコンポーネントをダウンロードしインストールされます。

Windowsの場合、以下のドライバーやコンポーネントのインストール確認ダイアログが表示されるので、確認し、「インストール」ボタンを押します。

Arduino Industries LLCポート（COMとLPT）
Arduino USB Driver
- 発行元がArduino srlとArduino SAの2種類
Genunino USB Driver
Lininoポート（COMとLPT）
libsub-win32

ドライバーやコンポーネントのインストールが完了したら、セットアップ完了です。

3. Arduinoでプログラミング

Arduinoのプログラミング言語は、C言語やC++をベースにしたArduino言語です。また、Arduinoではソースコードのことをスケッチ（Schetch）と呼んでいます。

最小限のプログラムは、setup関数とloop関数の2つで構成されていて、前者はプログラムの開始時に1回だけ実行、後者は繰り返し実行されます。

void setup() {
  // プログラムの開始時に、1回だけ実行されます。
}

void loop() {
  // 以降、これを繰り返し実行されます。
}

プログラムの構造が、まるでUnityのスクリプトみたいですな

3.1. Arduino内蔵のLEDを点滅させる

まずは、Arduino内蔵のLEDを点滅させてみましょう。

メニューから「File」→「Examples」→「01.Basics」→「Blink」を選択します。

ArduinoとPCをUSBケーブルで接続します。

「Select Board」から「Arduino Uno」を選択します。

「Upload」ボタンを押してスケッチをコンパイルし、プログラムをArduinoに書き込むと、Arduino内蔵のLEDが1秒ごとに点滅します。

3.1.1. 点滅間隔を調整してみよう

先ほどのLED点滅のプログラムの中身を見てみましょう。

pinMode関数は、指定したピンを「入力（INPUT）」や「出力（OUTPUT）」として使用するようにします。
LED_BUILTINは、Arduino内蔵のLED（Arduino Unoでは、デジタルの13番ピン）の定義です。

digitalWrite関数は、指定したピンに電圧を出力します。
HIGHは1の定義、LOWは0の定義で、Arduino内蔵のLEDのピンにHIGHを出力するとLEDが点灯し、LOWを出力するとLEDが消灯します。

delay関数は、指定した時間（ミリ秒単位）プログラムを停止します。

setup関数内のpinMode関数でArduino内蔵のLEDのピンを出力モードに設定し、loop関数にて1秒ごとにdigitalWrite関数でArduino内蔵のLEDを点灯・消灯を繰り返すことで、LEDを点滅させています。

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);  // Arduino内蔵のLEDのピンを出力モードに設定
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // Arduino内蔵のLEDを点灯
  delay(1000);                     // 1秒待機
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // Arduino内蔵のLEDを点灯
  delay(1000);                     // 1秒待機
}

そこで、7行目と9行目のdelay関数のパラメーターを500にしてArduinoに書き込むと、Arduino内蔵のLEDは0.5秒ごとに点滅するようになります。

3.2. ArdunioにLEDを接続して、LEDを点滅させる

せっかくなので、ArduinoにLEDを接続して、そのLEDを点滅させるプログラムを作成してみましょう。

3.2.1. 追加で使用するもの

ブレッドボード
LED
抵抗器（220Ω×1（カラーコード: 赤赤茶（4線）、赤赤黒黒（5線）））
ジャンパーワイヤー

ブレッドボードは、大学での実験でよく使っていましたな～

3.2.2. 回路を構成

まず、ArdunioとLEDを結線します。

Arduinoのデジタル12番ピンとLEDのアノード（線が長い方）を接続します。
LEDのカソード（線が短い方）と抵抗を接続します。
抵抗とArduinoのGNDピンを接続します。

Arduinoを使った回路図は、Tinkercadで作成しています

3.2.3. プログラム作成

次にプログラムを作成します。

#define LED_EXTERNAL 12

void setup() {
  pinMode(LED_EXTERNAL, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_EXTERNAL, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_EXTERNAL, LOW);
  delay(1000);
}

使用するピンの番号を#defineやconstで定義しておくと、プログラムがより分かりやすくなります

コンパイルしてArduinoに書き込むと、Arduinoに接続したLEDが1秒おきに点滅します。

3.3. ボタンを押している間だけ、LEDを点灯させる

今度はボタンを追加して、ボタンを押している（スイッチON）間だけLEDを点灯させるプログラムを作成していきます。

3.3.1. 追加で用意するもの

ブレッドボード
LED
ボタン
抵抗器
- 220Ω×1（カラーコード: 赤赤茶（4線）、赤赤黒黒（5線））
- 10kΩ×1（カラーコード: 茶黒橙（4線）、茶黒黒赤（5線））
ジャンパーワイヤー

3.3.2. 回路を構成

まず、ArdunioとLED、ボタンを結線します。

Arduinoのデジタル12番ピンとLEDのアノード（線が長い方）を接続します。
LEDのカソード（線が短い方）と抵抗を接続します。
抵抗（220Ωの方）とArduinoのGNDピンを接続します。
Arduinoの5Vピンとボタンを接続します。
ボタンと抵抗（10kΩの方）を接続します。
抵抗（10kΩの方）とArduinoのGNDピンを接続します。
Arduinoのデジタル2番ピンとボタンを接続します。

3.3.3. プログラム作成

次にプログラムを作成します。

setup関数で、LEDを接続したピンをOUTPUTに、ボタンを接続したピンをINPUTにします。

loop関数では、digitalRead関数でボタンからの入力値を読み取り、値がHIGHの時はLEDを点灯させ、そうでない時はLEDを消灯させます。

const int ledExternal = 12;
const int button = 2;

void setup() {
  pinMode(ledExternal, OUTPUT);
  pinMode(button, INPUT);  // プッシュボタンのデジタルピンを入力モードにします
}

void loop() {
  int buttonState = digitalRead(button);

  if (buttonState == HIGH) {
    digitalWrite(ledExternal, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(ledExternal, LOW);
  }
}

コンパイルしてArduinoに書き込むと、ボタンを押している間だけLEDが点灯するようになります。

3.3.4. プルダウン抵抗とプルアップ抵抗

3.3.2.のように、ボタンとGNDの間にある抵抗をプルダウン抵抗といい、ボタンを押していない（スイッチOFF）時はArduinoへの入力がLOWに、押している（スイッチON）時はArduinoへの入力がHIGHになります。

一方、以下の回路図のように、電源とArduinoの入力ピンの間ににある抵抗はプルアップ抵抗といい、ボタンを押していない（スイッチOFF）時はArduinoへの入力がHIGHに、押している（スイッチON）時はArduinoへの入力がLOWになります（プルダウン抵抗の時と逆です）。