2.マイコンシステムとArduinoの知識

マイコンとは…

マイコンとは、「マイクロコンピュータ(microcomputer)」または「マイクロコントローラ(microcontroller)」の略で、micro=微小・極小 computer=コンピューター controller=コントローラ、つまり、ごく小さなコンピュータまたはごく小さなコントローラーを示します。

皆さんがいつも使っているWindowsパソコン=パーソナルコンピューターよりずっとずっと小さいもので、洗濯機や電子レンジ、エアコンやテレビなどに搭載されているようなものを示します。


パソコンはCPUを中心に、キーボードやマウス・マイクやカメラなどの入力装置と、ディスプレイやスピーカーなどの出力装置、そしてハードディスクやメモリーといった記憶装置がついています。

洗濯機やエアコンなどのマイコンを使った装置も同じように、操作スイッチなどの入力装置と表示や音を鳴らす出力装置、そして動作プログラムを記憶しておく記憶装置がついていてWindowsパソコンとまったく変わらない構成になっています。

Windowsパソコンでは、ハードディスクにに様々なアプリを保存しておき起動することでいろいろな道具になってくれますが、マイコンで作った装置は、洗濯機ならそれだけの機能しか動かない、ごく小さな単純なコンピューターシステムです。

Arduinoの構成

基本構成

Arduinoには色々な種類のボードがありますが、基本の構成は【CPU】【入出力ポート】【電源】 【USBポート】 【ブートローダー】となっています

【CPU】Windowsパソコンではエクセルやワード・ゲームなど何ギガバイトもあるアプリをインストールし随時好きなものを起動するためにハードディスクやメモリーが必要ですが、Arduinoでは単機能な動作をするためのものなので、ほとんどはCPUの内部に用意されているメモリーだけを使います。

【入出力ポート】Windowsパソコンでは、マウス・キーボードや画面など、CPUの足から様々な回路を通って目的に合わせたコネクターを通して接続しますが、ArduinoではCPUの足を直接引き延ばしてそのままなんでもつながるコネクターやプリントパターンとして用意しています。

【電源】Windowsパソコンでは、マザーボード以外のたくさんの装置を動かさなくてはいけないので、かなり大きな電源を使っていますが、ArduinoではUSBからの小さな電力や外付けアダプターからの電源で動くように設計されています。

【USBポート】Windowsパソコンでは、周辺の装置をほとんどUSBで接続するコネクタとなっていますが、Arduinoでは作ったプログラムをパソコンから流し込んだりするために用意されています。

【ブートローダ】Windowsパソコンでは、電源を入れるとパソコンのBIOSが起動されWindowsが動き始め、あとはマウスやキーボードの操作をまち好きなソフトが動かされますが、Arduinoでは、電源が入るとArduinoの専用のソフトウエア―が動作し、そのあとすぐに作られたプログラムが自動で動きます。またブートローダーは、パソコンとUSBで接続したときに、Arduinoプログラム開発ソフトと通信をしてプログラムを書き込めるような状態にする機能もあります。

WindowsパソコンとArduinoの基板の違い

WindowsパソコンもArduinoも、ボード上には必ずCPUが搭載されています。

CPUとはCentral Processing Unitの略で、人間のの部分にあたります。
人間は、脳だけでは何もできないため、外部との接触のために、目や鼻や口、足や手などがあり、脳の指令の元動いています。

Windowsパソコンの場合も外部との接触としてコネクターで用意されていますが、USBやLANやディスプレイなど、ほとんど決まったものを接続するために、ボード上にはあらかじめそれぞれの専用回路を搭載しています。

しかしArduinoの場合には、これから一体何を作るのか?何を接続したいのか?決まっていないものに自由に開発ができるように、外部との接触の入出力は、CPUの足から直接つないでいます。
そして、その先に、自分の必要な回路を部品をならべたりして専用の回路を作りCPUのプログラムからコントロールします。

Arduinoプログラミング

Windowsでのプログラミングでは、BASICやC、JAVAやPythonなど様々なプログラム言語を使い、様々なシステムを開発することができます。
そして、様々な開発言語には、それぞれの開発をするためのツールが用意されていて、自分のPCにインストールしてプログラミングを始めます。

Arduinoの場合は、Arduinoのホームページから無料でダウンロードできる専用の開発ツール(IDE)を使います。
この開発ツールを、自分のパソコンにインストールしてしまえば、現在世界中で販売されているすべての種類のArduinoのボード用のプログラムを簡単に開発することができます。
Arduinoを購入できるショップ

しかも、Arduinoとパソコンは、USBケーブル1本でつなぐだけでプログラミングからボードへの転送までできてしまうためとても便利で簡単に使うことができます。

Arduino製品での入出力例

これは、株式会社CRETARIAで販売している二足歩行のロボットクムクムです。
クムクムについては、別のコーナーでも特集を組んでいますが、このボードも実はArduinoです。
そしてこのボードの部品と入出力を例にとってみます。

表記 部品名 機能 入出力
超音波距離センサー 超音波距離センサー 物体までの距離をcm単位で計測 入力
TTS 音声合成LSI 日本語のおしゃべりLSI 出力
マイク コンデンサーマイク 外部の音を検知して音レベルを0~100で通知 入力
右腕~左腕 サーボモーター 1度単位で指定の角度へ回転 出力
BLE ブルートゥース パソコンとのコマンド授受 入出力
LED RGB LED RGB3色を発光 出力