ArduinoUNO ATmega328Pのリセットピンについて

UNO-ATmega328

Arduino UnoのATmega328Pマイクロコントローラにおけるリセットピンは、マイクロコントローラをリセット状態にするために使用される特別なピンです。このピンを活用することで、プログラムの実行を初期状態から再開させることができます。リセットピンの電気的な仕様、ソフトウェアでの使用方法、およびArduino IDEでの動作について具体的に見ていきましょう。

電気的な仕様

  • アクティブロー: リセットピンはアクティブロー設計であり、ピンをGNDに接続することでアクティブ化され、マイクロコントローラがリセットされます。
  • 内部プルアップ抵抗: ATmega328Pのリセットピンには内部的にプルアップ抵抗が接続されており、通常は高電位に保持されています。これにより、不意のリセットを防ぐことができます。
  • 最小パルス幅: リセットが適切に認識されるためには、リセットピンを一定期間GNDに保持する必要があります。ATmega328Pのデータシートによると、この最小パルス幅は通常2.5μs以上です。

ソフトウェアでの使用

  • プログラムの初期化: Arduino IDEからプログラム(スケッチ)をATmega328Pにアップロードする際、IDEは自動的にマイクロコントローラをリセットします。これにより、ブートローダーがアクティブになり、新しいプログラムのアップロードが可能になります。
  • シリアル通信の開始: Arduino IDEのシリアルモニターを開くとき、多くの場合、Arduinoボードはリセットされます。これにより、プログラムの実行を初期状態から開始し、シリアル通信をクリアな状態で開始できます。

Arduino IDEでの動作タイミング

Arduino IDEでは、以下のタイミングでリセットピンが活用されます。

  1. プログラムのアップロード: ユーザーが「アップロード」ボタンをクリックすると、IDEはまずArduinoボードをリセットし、ブートローダーを介して新しいプログラムの書き込みを開始します。
  2. シリアルモニターの使用開始: シリアルモニターを開くとき、IDEはArduinoボードをリセットすることがあり、これによりプログラムの実行が初期状態から開始されます。

このように、リセットピンはArduino UnoとArduino IDEの間で密接に連携し、プログラムの開発、デバッグ、アップロードプロセスをスムーズにするために使用されます。リセットピンを通じてマイクロコントローラをリセットすることで、開発者はプログラムの実行をいつでも初期状態に戻すことができ、効率的なプログラミング作業が可能になります

IDEがリセットをするプロセス

Arduino IDEが「アップロード」ボタンをクリックした際にArduinoボードをリセットするプロセスは、Arduino IDEの内部実装に深く組み込まれており、Arduinoの開発環境とボード間の通信プロトコルに基づいています。Arduino IDEは、シリアルポートを通じてボードと通信し、特定のシーケンスを送信してボードをリセットし、ブートローダーをアクティブにすることでプログラムのアップロードを開始します。このプロセスは主に、IDEとボードのファームウェアによって自動的に処理され、ユーザーが直接触れることはありません。

ただし、Arduino Unoなどの一部のボードでは、DTR(Data Terminal Ready)信号を使用して自動的にリセットを行うことが一般的です。Arduino IDEからボードへのプログラムアップロードを開始する際、IDEはシリアルポートを開き、DTR信号をトグルすることでボードのリセットを引き起こします。これにより、ブートローダーが起動し、新しいプログラムの受信を開始します。

このプロセスを模擬するサンプルソースコードは提供できませんが、DTRを使用してArduinoボードをリセットするプロセスの概念的な説明は次のようになります。

// このコードは概念的なものであり、実際のArduino IDEのコードではありません。

 void resetArduinoBoard(String portName) {
 SerialPort serialPort = new SerialPort(portName);
 try {
       serialPort.openPort(); // シリアルポートを開く 
       serialPort.setParams( 
            SerialPort.BAUDRATE_115200, 
            SerialPort.DATABITS_8, 
            SerialPort.STOPBITS_1, 
            SerialPort.PARITY_NONE
        ); 
        serialPort.setDTR(false); // DTRを低くしてリセットを引き起こす 
        Thread.sleep(100); // 少し待つ 
        serialPort.setDTR(true); // DTRを戻す 
     } 
     catch (Exception e){ 
        e.printStackTrace(); 
      } finally { 
     if (serialPort.isOpened()){ 
         serialPort.closePort(); // シリアルポートを閉じる 
      } 
    } 
}

この例では、Javaでシリアルポートを扱う一般的な方法を示しています。Arduino IDEの内部では、類似のプロセスがC++またはその他の言語で実装されており、IDEとArduinoボード間の通信に使用されています。しかし、Arduino IDEのソースコードはオープンソースであり、ArduinoのGitHubリポジトリで利用可能ですので、より詳細な実装を見たい場合は、そちらを参照することをお勧めします。

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