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§3.　アナログ信号の入出力（可変抵抗とPWM出力）

青木＠ジオアルピーヌ

ここでは、アナログ信号を扱う方法を学びます。Arduinoを使うと、アナログ信号を読み取ったり、それをもとにLEDの明るさを調整したりできます。この章では、可変抵抗を使ってLEDの明るさを変えるプログラムを作ります。



アナログ信号とデジタル信号


はじめにアナログ信号、デジタル信号について学びましょう。

前回の実験では、スイッチを「押した」「押していない」の2つの状態だけで信号をやりとりしました。このように、2つの値だけで表される信号のことを「デジタル信号」といいます。

今回のテーマは、「どのくらい押したか」という強さを入力できるアナログ信号を扱うことです。
また、LEDについても、前回は「点灯」か「消灯」の2パターンしかありませんでしたが、今回は「明るさ50%」のような中間の明るさを設定できるようにします。

ポイント１

可変抵抗は、「ボリューム」とも呼ばれます。いろいろな形がありますが、基本的には3本の端子があります。
・両端の端子には、0V（GND）と5Vを接続します。
・つまみを回すことで、中央の端子から0V～5Vの間の電圧を取り出せます。
これを使うことで、アナログ信号を簡単に作り出すことができます！

可変抵抗（半固定）
可変抵抗

1. 配線をしてみよう

以下の手順で回路を組み立てます：

・電源配線
可変抵抗の両端に5V（プラス）とGND（マイナス）を接続します。
・信号配線
可変抵抗の中央端子（信号線）をArduinoのA0ピンに接続します。
・LED配線
LEDの長い足（アノード）を3番ピンに、短い足（カソード）をGNDピンに接続します。

これで、可変抵抗のつまみを回すと信号が変化し、その信号を使ってLEDの明るさを変えられるようになります。

配線図


2. プログラムを書いてみよう


次に、以下のプログラムをArduino IDEに入力してください。

int val = 0; // アナログ信号の値を保存する変数

void setup() {
  // 特に初期設定は不要です
}

void loop() {
  val = analogRead(A0);          // A0ピンのアナログ信号を読み取る
  analogWrite(3, val / 4);       // 信号値を4で割って3番ピンに出力
  delay(100);                    // 少し待つ
}


3. プログラムの意味を解説

・analogRead()関数
　指定したピン（ここではA0ピン）のアナログ信号を読み取ります。読み取った
　値は0～1023の範囲で取得されます。
・analogWrite()関数
　指定したピンにPWM信号（疑似アナログ信号）を出力します。出力値は0～255
　の範囲です。
・値の変換
　val / 4の部分は、アナログ信号（0～1023）をPWM信号（0～255）の範囲に変
　換するための処理です。


4. 実行してみよう

  1. Arduinoをパソコンに接続し、プログラムを書き込みます。

  2. 可変抵抗のつまみを回してみましょう。

    • つまみを回すとLEDの明るさが変わるはずです！


ポイント２

・PWM信号とは？
　Arduinoのデジタルピンでは、PWM（Pulse Width Modulation: パルス幅変　
　調）という方法で疑似アナログ信号を作り出します。例えば、LEDの明るさを調
　整したり、モーターの速度を制御したりするときに使います。

・ピンの制限
　PWM信号を出力できるピンは限られています（Arduinoでは「~」マークがつい
　た3, 5, 6, 9,10, 11番ピン）。

これで、アナログ信号を使ったLEDの明るさ調整プログラムが完成です！



私が代表を務める山形県のジオアルピーヌ合同会社では、多様な回路の設計および試作製造を承っております。
企業様向けのサービスはもちろん、学校教材としての電子回路設計・製作にも対応しております。
さらに、「ロボット」を例に挙げれば、回路設計や機械設計、部品調達からパッケージングまで、ワンストップでサポートいたします。

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