ArduinoでLED割り込み点灯制御動作させる！ブロックプログラミング(スクラッチベースmBlock)【Lesson18】

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ポチップ

パソコン

プログラムを作成するために必要です。

プログラム制御の演算はArduino側で行うため、パソコンのSPECは一般的なモデルで十分対応可能です。

パソコンのOSはWindows、Macどちらでも対応可能です。

Arduino本体【キット】

基本的なエディション｢Arduino Uno｣の互換機である、ELEGOO社のUNO R3を使用しています。

Arduino本体裏面のショート対策に、別売りのクリアケースの購入をおすすめしています。

各ソケットの役割など、Arduino本体の機能について以下の記事にて詳しく説明しています。

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USBケーブル【キット】

パソコンとArduinoを接続してプログラムデータのやり取りをするために必要です。

ブレッドボード【キット】

たくさんの穴が開いていて、部品の端子を穴に差し込むだけで電気的に接続が可能な板です。

説明図は30列のショート版ですが、スーパースターターキットに含まれる63列タイプでも機能は同じです。

ブレッドボードだけの購入も可能です。

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ELEGOO Arduino用UNO R3スターターキットレベルアップチュートリアル付 mega2560 r3 nanoと互換 [並行輸入品]

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LED(赤・黄)【キット】

赤色・黄色のLED(発行ダイオード)を1本ずつ使用します。

LED素子にはプラスマイナスの極性があるため配線時には注意が必要です。

極性を間違えて配線すると、LEDは点灯しません

LEDの点灯方法から学習したいかたは、こちらの記事がおすすめです！

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抵抗(220Ω)【キット】

220Ωの抵抗を使用し、各LEDに1本ずつ接続します。

LEDは流せる電流値に制約があるため、抵抗を直列つなぎすることでLEDに流れる電流を調節します。

抵抗は極性がないので、配線時に方向を気にする必要はありません。

LEDを点灯させるために接続する抵抗の選び方、抵抗カラーコードの見分け方については、こちらの記事で詳しく説明しています。

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タクトスイッチ【キット】

今回の回路では、タクトスイッチ(押しボタンスイッチ)を使用します。

押しボタンは押されている間のみ、上記写真での2点が内部でつながります。

このようなボタンをモーメンタリボタンといいます。

今回は扱いませんが、ボタンから手を離してもONしたままになるボタンをオルタネイトボタンといいます。

モーメンタリ・オルタネイトボタンについては以下記事にて詳しく説明しています。

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抵抗(1kΩ)【キット】

1kΩの抵抗を1本使用し、押しボタンスイッチに接続します。

抵抗を接続するのは、押しボタンがOFFのときにArduino本体がノイズによる誤検出することを避けるためです。

この記事では詳しく説明しませんが、ボタンを押していないのに押されたと誤認識されることを避ける目的であるということだけ覚えておいてください。

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ジャンパー線(オスーオス)【キット】

ジャンパー線を6本使用します。

Arduino本体とブレッドボードの接続や、ブレッドボードの共通電源ライン(GNDまたは５V)からブレッドボード内の配線系統穴に差し込んで接続するのに使います。

Arduino UNO R3 透明アクリルエンクロージャーケース薄型コンパクト

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スターターキットに含まれる機器に関しては、以下の記事にて詳しく紹介しています。

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配線のやり方

割込み制御を使った押しボタンによるLED点灯回路の配線が完了した状態 — 配線完了時の状態写真

割込み制御を使った押しボタンによるLED点灯回路の配線説明図 — 配線説明図(fritzingを用いて作成)

上図が配線説明図となりますので、これと同じ配線をすれば完成します。

機器が故障するおそれがあるので、接続するプラスマイナス極性には十分注意して配線してください。

せでぃあ

抵抗は極性がないので、向きは気にしなくてもOKですよ！

機器故障させないためにも、USBケーブルを抜いた｢通電OFF｣状態にて配線を行ってください

プログラミングのやり方

本記事では、以下に示す｢Arduino IDEプログラミング｣と｢mBlockプログラミング｣の２通りのプログラミング方法について解説しています。

いずれか１つのプログラミング方法を用いることで、本LESSONの動作を行うことが可能です。

ArduinoIDE：文字列による命令語形式
mBlock：スクラッチベースのビジュアル形式

文字列を使わないmBlockの方が、直感的で分かりやすく小学生におすすめのプログラミング方法になります。

mBlockを使ってプログラミングをする方は、mBlockの説明まで読み飛ばしてください。

Arduino IDEプログラミング

Arduino IDEとは統合開発ソフトウェアで、C言語のような文字列を用いたプログラミング方法です。

プログラミングするにあたり、ある程度の命令語を知っておく必要があります。

Arduino IDEのインストール方法については、以下の記事で詳しく説明しています。

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日本語版のArduino公式リファレンスが巻末にて記載されているので、関数を調べるときに重宝します！(私も所有しています)

Arduinoをはじめよう第3版 (Make:PROJECTS)

Makeblock プログラミングロボット mBot 日本語版【日本正規代理店品】 99095 ブルー

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プログラミング方法

Arduino IDEを使って、文字列プログラミングを行います。

Arduino IDEを使ったプログラミング～動作確認方法については、以下の記事で詳細説明しています。

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ArduinoIDEの使い方、内蔵LED点灯プログラムの作り方【初心者向け】

Arduino IDEプログラム

/* 作品名：LESSON18 */
/* 作成者：せでぃあ　https://cediablog.com */
/* 割込み制御 */

int BTN_SOCKET = 2;     //押しボタン入力ソケット番号
int LED_Y_SOCKET = 8;   //黄色LED点灯出力ソケット番号
int LED_R_SOCKET = 13;  //赤色LED点灯出力ソケット番号


void setup() {
  //プログラム起動時1回だけ処理される回路

  //入出力の割り当て
  pinMode(BTN_SOCKET, INPUT);     //2番ﾋﾟﾝは入力として使用
  pinMode(LED_Y_SOCKET, OUTPUT);  //8番ﾋﾟﾝは出力として使用
  pinMode(LED_R_SOCKET, OUTPUT);  //13番ﾋﾟﾝは出力として使用

  //押しボタン入力がOFF⇒ONしたら割り込み実行
  attachInterrupt(0,interrupt,RISING);

}

void interrupt(){
  //割込み制御回路
  digitalWrite(LED_Y_SOCKET, HIGH); //黄色LED点灯出力をON
}

void loop() {
  //プログラム起動後ﾙｰﾌﾟ処理される回路

  //赤色LEDを1秒点灯
  digitalWrite(LED_R_SOCKET, HIGH);  //赤色LED点灯出力をOFF
  delay(1000);                       //1.0秒ディレイ

  //赤色LEDを1秒消灯
  digitalWrite(LED_R_SOCKET, LOW);   //赤色LED点灯出力をOFF
  digitalWrite(LED_Y_SOCKET, LOW);   //黄色LED点灯出力をON
  delay(1000);                       //1.0秒ディレイ

}

上記がタクトスイッチ(押しボタン)を使った黄色LED点灯割込み制御動作のプログラムになります。

Arduino IDEのプログラム画面にコピーアンドペーストすることで、動作確認まで進めることができます。

各プログラム列の右側にプログラム内容をコメント記入してありますので参考にしてください。

せでぃあ

割込み制御動作部のプログラムについては、この後詳しく説明します。

命令語の解説

今回のプログラムで使用した命令文について、解説します。

変数のデータ型指定

変数のデータ型を指定するものです。

今回はピンソケット番号を代入するので整数を扱う｢int型｣を指定します。

またアナログ出力値は｢0～255｣の整数を扱いますので、同じく｢int型｣を指定します。

スクロールできます

データ型	説明	扱える範囲
int	2バイトの整数を代入可能。	-32768～32767
long	4バイトの整数を代入可能	-2,147,483,648～2,147,483,647
float	4バイトの小数を代入可能。	3.4028235×10³⁸～-3.4028235×10³⁸
char	1バイトの値を代入可能。文字列の代入に利用されます。	-128～127
boolean	0または1のみ代入可能。フラグのON-OFFなどに利用されます。	0,1

データ型の説明

pinMode(入出力番号,INPUTまたはOUTPUT)

指定したデジタル入出力ソケット番号の機能を指示します。

入力として使用する場合は｢INPUT｣、出力の場合は｢OUTPUT｣を指定します。

digitalWrite(入出力ソケット番号,HIGHまたはLOW)

指定したデジタル入出力ソケット番号の電圧をON、またはOFFします。

ONさせたいときは｢HIGH｣、OFFさせたいときは｢LOW｣を指定します。

delay(時間)

()内で指定した時間(単位はmsec)だけ、プログラム実行を待たせます。

今回のプログラムではLEDが点灯した後、1000msec=1sec待ってから次のLED消灯命令を実行させています。

マイクロ秒単位で指定したい場合は、delayMcroseconds(時間)を使います。

割込み制御動作

割込み制御動作は大きく分けて2つのプログラムで構成されます。

割込みプログラムの構成は1つ！

割込み条件プログラム
割込み動作プログラム

1つずつ説明していきます。

割込み条件プログラム

attachInterrupt(割込み番号、呼び出す関数、割込み条件)

Arduino IDEではattachInterrupt関数を使用することで、割込み制御が可能です。

割り込み番号はピン番号と異なる点に注意が必要です。

割込み番号

2番ソケットピン⇒0を指定
3番ソケットピン⇒1を指定

割込みで呼び出す関数名は割込み動作関数で使用しますので、任意に決めてください。

せでぃあ

割込み回路とわかる名前にしておくことをおすすめします。

私は割込み関数名を｢interrupt｣にしました。

割り込み条件

LOW：信号がLOWのとき
CHANGE：信号状態が変化したとき
RISING：信号がLOW⇒HIGHに変わったとき
FALLING：信号がHIGH⇒LOWに変わったとき

割込み動作プログラム

割込み条件が成立したときに、即座に実行されるプログラムになります。

void interrupt(){
//割込み制御回路
digitalWrite(LED_Y_SOCKET, HIGH); //黄色LED点灯出力をON
}

上記のように、void 関数名()｛実行内容｝という記載方法でプログラムを作ります。

割込み実行プログラム内でdelayは使用できません。

プログラミング初心者の方に、おすすめなArduinoの参考書を紹介しています！

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Arduino初心者向けおすすめ本！ビジュアルプログラミングも学べます

ｍBlockプログラミング

スクラッチベースのビジュアルプログラミングツールmBlockプログラミングの説明 — mBlockを使ったプログラミング画面

ここからは、mBlockを使ったプログラムの作り方を解説します。

mBlockを使ったプログラムの作り方

デバイスにArduino Uno R3を追加する
接続モードを｢アップロードモードON｣にする
mBlockプログラムを作成する
プログラムをArduino本体に転送する

これらの基本操作方法については、こちらの記事を参照してください。

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mBlock5のダウンロード方法と使い方、Arduinoブロックプログラムの作り方

プログラミング、動作確認方法については、本記事の説明動画でも紹介しています

せでぃあ

動画を参考にプログラミングしてみよう

割込み制御ブロックの説明

mBlockでは、割込み制御動作を行うための専用ブロックが存在します。

mBlockにおける、割込み制御動作用のブロック — 割込み制御動作用のブロック

mBlockを使ったプログラム内容

今回は｢アップロードモード　オン｣でのプログラム作成例を紹介しています。

プログラム開始条件が｢Arduino Unoが起動したとき｣になっている点に注意してください。

以下のプログラムが動作プログラムになります。

mBlockによる割込み制御動作ブロックプログラム — mBlockによるブロックプログラム

せでぃあ

各ブロックの役割を記載しているので、参考にしてください。

mBlockのArduino専用ブロックについては、こちらの記事にて詳しく説明しています。

あわせて読みたい

【mBlock】Arduino専用ブロックの使い方　スクラッチベースのプログラミング

割込み制御プログラムがないとどうなるのか？

割込み制御プログラムを作らなかったら、どんな動作になるのか気になりますよね？

割込み制御できないということは、プログラムの実行順序の影響を受けるということです。

割込み制御を行わないで、黄色LEDを点灯させるサンプルプログラム — 割込み制御を行わないサンプルプログラム

上記が、割込み制御を行わないで｢タクトスイッチが押されたら黄色LEDを点灯させる｣プログラムになります。

割込み制御プログラムを少しアレンジするだけで作れますので、ぜひ試してみてください。

せでぃあ

割込み制御の意味がよく分かると思いますよ！

動作確認方法

動作確認チェックリスト

赤色LED点灯のときにタクトスイッチを押すと、黄色LEDが点灯するか？
赤色LED消灯のときにタクトスイッチを押すと、黄色LEDが点灯するか？
赤色LEDが消灯するタイミングで、黄色LEDも消灯するか？

上記項目について確認していきましょう。

タクトスイッチを押したら黄色LEDが点灯するか？

赤色LEDが点灯していても、消灯していてもタクトスイッチを押したら黄色LEDが点灯するか確認してください。

赤色LEDの点灯プログラム演算が点灯・消灯どちらのプロセスであっても、割込み制御条件である｢タクトスイッチがOFF⇒ONになった｣が成立すれば、黄色LEDが点灯するはずです。

タクトスイッチを押すタイミング

①赤色LEDが点灯しているとき
②赤色LEDが消灯しているとき

①赤色LEDが点灯しているとき、で確認する際は赤色LEDが点灯した直後にタクトスイッチ(押しボタン)を押した方が動作を確認しやすいです。

もし表示内容が上記と異なっていた場合は、プログラム内での｢上段｣｢下段｣表示指示が間違っていないか？表示内容の指示が間違っていないか？確認してください。

赤色LEDが消灯するタイミングで黄色LEDも消灯するか？

赤色LEDが消灯するタイミングで黄色LEDが消灯することを確認してください。

もともと黄色LEDが消灯していた場合は、消灯状態が継続されます。

せでぃあ

タクトスイッチがOFF⇒ONに変わった瞬間に割込み動作が開始します。

割込み動作があれば信号入力にタイムリーに対処できる

この記事の内容をまとめると

プログラムは記述された順番に演算されていく
割り込み専用の関数やブロックを使うことで簡単に割込み制御ができる
mBlockを使ったブロックプログラミングがシンプルでおすすめ

ディレイタイマーの待ち時間まで含めて順番に演算していくArduinoの世界において、割り込み制御の必要性について感じていただけましたでしょうか？

割り込み制御は、入力のタイミングを逃さず演算させたいときの必須制御となります。

演算順序に影響されたくない動作プログラムを作る場合は、ぜひ割り込み制御の活用をしてみてください。

また小学生のお子様には断然、ブロックプログラミングがおすすめです！

せでぃあ

mBlockはブロックのドラッグアンドドロップでプログラミングできるため、初心者のかたにも安心して操作ができますよ。

ブロックプログラミングの練習におすすめな、プログラミングロボットです！

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