【初心者向け】Arduinoで始めるプログラミング!開発環境のインストール方法からおすすめの参考書&キットまで!

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こんにちは!HELLO!您好!привет там!안녕하세요!

最近知り合いのキッズに Arduino を利用したプログラミングを教える機会がありました。

キッズと言っても中学2年生ですが、プログラミングに興味を持ち何かのメディアで知った Arduino を使ってプログラミングを始めようと思ったらしいです。

そこで、半年間大学で Arduino を使って実験をしていた、

というか現在進行形で定期的に Arduinoで遊んでいる私に白羽の矢が立ったわけです。

 

今日はその際に教えた内容のチラ裏を書こうと思います。

その子が忘れてしまった場合にこのページを参照してもらおうと思っていますので、

若干説明が丁寧過ぎるかもしれないですがお付き合いください。

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具体的には

  1.  Arduino とは何か?
  2.  統合開発環境のインストール方法と使い方
  3.  Arduino を用いたプログラミングの勉強法
  4.  おすすめの Arduinoキット

についてお話しようと思います!

 

Arduinoについて

Arduinoとは?

Arduino はマイコンボードです。アルデュイーノと読みます。

マイコンボードとは1枚のプリント基板上にマイクロコントローラチップとそのチップを動作させるのに必要な機能をまとめたものを指します。

また、マイコンボードとはコンピュータシステム全体を一つの半導体チップに集積したものを指します。

基本部品として

  •  CPU
  •  プログラムを格納するメモリ
  •  A/Dコンバータ
  •  タイマー
  •  外部機器等と通信する入出力部

などの単体のコンピュータとしての一通りの機能を持っています。

家電、AV機器、携帯電話、車などほとんどの電子製品やマシンに何らかの形でマイクロコントローラが組み込まれています。

いわゆる組み込み系です。

多くの Arduino には、Atmel社の「Atmega328」というマイ クロコントローラチップが使用されています。

※ Atmel社は 2016年4月に Microchip Technology 社に買収されました。

Arduino には 20以上の型・シリーズがあるのですが、

ここでは最も初心者向きで有名な入門機である「Arduino Uno」を取り上げます。

 

Arduino Uno

以下が Arduino Uno の実物です。簡単に各端子の説明をしようと思います。

Arduino Uno には入出力用のピンが 20本あります。

 

14 本のデジタル入出力ピン (0番 ~ 13 番)

デジタル値 ( H レベル、L レベルの信号 ) の入出力の際に使用します。

入出力のどちらのピンとして使用するかは統合開発環境の Arduino IDEで作成するプログラム中で 指定します。

※ Arduino IDE に関してはこの後説明します。

 

6 本のアナログ (PWM) 出力ピン (3番, 5番, 6番, 9番 ~ 11 番)

14 本のデジタル入出力ピンのうち 6 本はプログラムの中で指定することで、PWM による擬似アナログ出力ピンとしても使用することができます。

PWM とは H レベルとL レベルを交互に高速で出力することにより、平均的に H と L の 中間の電圧を作り出す仕組みです。

PWM = Pulse Width Modulation

H レベルを出力する時間と L レベルを出力する時間の比率を調整すること で電圧を制御することもできます。

これらのピンは LED の明るさやモーターの回転速度を制御する際に使用します。

 

6 本のアナログ入力ピン (A0 ~ A5)

アナログ値を入力する際に使用します。

各種センサからの電圧を読み取り、入力電圧は Arduinoボード上の A/Dコンバータにより 0 ~ 1023の数値に変換されます。

A/Dコンバータとは電圧などのアナログ信号を複数ビットのデジタル信号に変換する機器です。

 

GND

GNDとはグランドを意味し、配線時に接地するための端子です。

 

統合開発環境 Arduino IDE

 

Arduino上で動かすプログラムは専用の統合開発環境 Arduino IDE で書きます。

Arduino IDEは PC 上で動作する Arduino専用の統合開発環境です。

C/C++ に似たシンプルな言語を用いてArduino ボード上で実行するプログラムを作成することができます。

Arduino のプログラムはスケッチと呼ばれています。

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スケッチはあらかじめ定義された関数群を利用して作成します。

Arduino 公式リファレンス で関数の仕様を確認することができます。

便利な関数が多数ありますのでぜひのぞいてみてください!

日本語のリファレンスもあります。

 



Arduino IDE のインストール

公式ページからインストールします。

【トップページ】>【SOFTWARE】から自分のOSに適したインストーラを選択します。

僕のPCは Windows ですので【Windows Installer】を選択しました。

【JUST DOWNLOAD】を選択すれば無料でインストールすることができます。

【実行】をクリックします。

【I Agree】>【Next】とクリックして進み【Browse…】からインストール先のフォルダを指定して【Install】を選択します。

インストールが完了したらインストール先のフォルダにアクセスします。

僕の場合は C:\Users\yukiWavy\Downloads\Arduino のパスです。

そのフォルダ中に「arduino.exe」という実行ファイルがあると思いますのでダブルクリックしてください。

このとき次回以降のために右クリックでタスクバーにピン留めしておくと楽です。

IDEが起動すると以下の画像のような画面になると思います。

 

Arduino IDE の使い方

Arduinoのスケッチには setup関数loop関数の2つの関数が必ずあります。

setup関数にはボード上の端子への入出力モードの割り当てや様々な設定の初期化などを記述します。

setup関数内の処理はスケッチの動作開始時に一度だけ実行されます。

loop関数には繰り返し実行される スケッチのメインの処理を記述します。

ただし、新たに関数を作って loop関数内で呼び出すことができるため全ての処理を loop関数内に記述する必要はありません。

 

スケッチを書き終えたら画面左上の  マークをクリックして「検証」します。

「検証」とありますが実際はコンパイルです。

コンパイルエラーがあればメッセージにしたがってスケッチを修正します。

エラーがなければ マークをクリックしてマイコンボードにスケッチを書き込みます。

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Arduino IDEでコンパイルしたスケッチはPC 上ではなくArduino ボード上で実行するため、

コンパイルしたスケッ チを USB経由で Arduinoボードにアップロードする必要があります。

また、1度アップロードされたスケッチは別の スケッチがアップロードされるまでボード上に残ります

リセットや電源のオフによって消えることはありません。

 

一般的なプログラムと異なり、

同時に複数のスケッチを実行することや実行中のスケッチを自ら停止させることはできないので注意してください。

ボードの 電源を入れるとアップロードされたスケッチの実行が開始され、処理を停止させる場合は電源をオフにします。

Arduino ボードとPC接続時の注意点

  1. 「ツール」>「マイコンボード」から適切なArduinoボードの種類が選 択されていることを確認!
  2. 「ツール」>「シリアルポート」から接続されているポート番号が正しく設定してあることを確認!(Windowsの場合はCOM1)

 

Arduino のおすすめ参考書

 

Arduino を用いたプログラミングを勉強するうえで役に立つ参考書を紹介します。

実際に読んでみて分かりやすく役に立ったため、

今回私が教えたキッズにはその本を貸し出ました。

Arduino の基本的な使い方や開発環境のインストール方法、コードの書き方などをおおまかに教え、

後のより細かいことは参考書に任せました。笑

 

Arduino をはじめよう

初心者に私が最もおすすめする参考書です。

電子工作がほとんど初めての人でもわかるように丁寧に説明されています。

与えられたサンプルをもとに実際に手を動かして使い方を学んでいくチュートリアル形式で書かれています。

楽しみながら学ぶことができるので集中すれば1日で読み終えることもできます。

ただ、本当に初心者向けですので電子工作の経験がある方には物足りないかもしれませんのでご注意を。

 

上記で説明した通り Arduino のスケッチはC/C++に似た言語を用いて書きます。

というかC言語です。

Arduino に興味をもちプログラミングを始めたのなら、このまま C/C++言語の勉強も本格的に始めてはいかがでしょうか?

実は私は個人的に C/C++言語からプログラミングの勉強を始めました。

最初は確かに難しく感じましたが、

何冊もC/C++言語の本を読んで勉強するほど理解が深まり楽しくなりました。

私が読んだ C/C++言語の参考書の中で超初心者におすすめする入門書を4冊ご紹介します。



やさしいC++

C++言語の有名な超入門書です。

その名の通りプログラミングの知識がゼロの人にもわかるように最も基礎的な概念から丁寧に説明されています。

専門用語の説明やコードの書き方からコンパイルまでの一通りのプログラミングの流れについての説明から始まり、

最後はテンプレートクラスのしくみやクラスに関する高度な手法までとC++言語の基本を包括的に学ぶことができます。

 

C言語バージョンもあります。

 

猫でもわかる C++プログラミング

あまり有名ではありませんが、こちらもプログラミング超初心者にはおすすめの1冊です。

C++言語を始めたばかりの方がプログラミングの概要を短期間で把握するためには適していると思います。

基本的にはサンプルプログラムをもとに書き方を学んでいきます。

一通りのプログラムを実際に動かしてみるだけで、

短期間で C++の概要をある程度つかむことができます。

 

C言語バージョンもあります。

 

スタンダードな参考書の紹介はまた別の機会に。

 

おすすめの Arduinoキット

 

電子工作が初めての方は恐らく何一つキットを持っていらっしゃらないと思いますので、

初心者向けの入門セットを購入することをおすすめします。

Arduinoボードをはじめ様々な部品を単体を購入することもできますが、

その場合ブレッドボードやジャンプワイヤ、LEDなどの作品作りに必要な部品を自分で選別して購入する必要があります。

正直面倒です。

そこで、購入して家に届いたら直ぐに始められるキットセットがおすすめです。

 

Arduinoをはじめようキット

上記で紹介した「Arduinoをはじめよう」と相性抜群のセットです。

Arduino Uno 本体と実験を始めるにあたって過不足のない部品が付属しています。

  • Arduino Uno R3(マイコンボード) 1個
  • 堅いジャンパワイヤ 1セット
  • 柔らかいジャンパワイヤ10本セット 1セット
  • 1kオーム抵抗(茶黒赤金) 3本
  • 330オーム抵抗(橙橙茶金) 1本 「Prototyping Lab」P.106
  • 10kオーム抵抗(茶黒橙金) 2本
  • 270オーム抵抗(赤紫茶金) 1本
  • ブレッドボード 1個
  • USBケーブル 1本
  • LED 3個(3種類)
  • タクトスイッチ 1個
  • CdSセル 1個
  • MOS-FET 1個
  • ダイオード 1本
  • ガイドシート 1枚 写真、説明

※ 取扱説明書は付属していません

最初はこれだけで十分です。

 

Arduino Uno 単体

Arduino Unoボード単体も購入可能です。

Arduinoボードを2つ使って実験を行う方や、Arduinoボードを借したまま返ってこなくなった方におすすめです。

 

 

以上が Arduino を使ったプログラミングを始めるうえでの簡単なチュートリアルです。

それではまた!

 

【初心者向け】Arduinoを使った電子工作を紹介!BGMルーレットプログラムを作ってみた!ハードウェア編

2018.03.14

【初心者向け】Arduinoを使った電子工作を紹介!BGMルーレットプログラムを作ってみた!ソフトウェア編

2018.03.17

 

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ABOUT ME

yuk!

国立大学情報学科に通う大学生です。天然パーマと戦いながらすーぱーエンジニアを目指し技術とセンスを磨いています。 室内に引きこもりがちでヘビメタと猫と甘いものが救いのキーボードカチャカチャ生活ですが、最近はブログで文章を書くことが楽しいです。モットーは「 Who dares wins. = 人生是一箇,活殺全在我。」好きな言葉は「マジ卍」。