第 6 回トレイニングボード

本日の内容

6-1. Arduino 開発環境
6-2. C,C++クリニック

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6-1. Arduino 開発環境

今後のプログラミング演習のために、7seg LED と押しボタンのあるトレーニングキットを作成します。部品、回路図を提供しますので、各自作成してきてください。

部品表

機材	数量
arduinoシールド用基板	1
コンデンサ0.1μF	2
タクトスイッチ	3
ダイオード1N4007	4
トランジスタ2SA1441	2
トランジスタ2SC1815	2
NchMOSFET 2SK4017	2
モータドライバSN754410	1
ピンソケット１ｘ６	1
ピンソケット１ｘ８	1
ピンヘッド１ｘ４０	1
フォトトランジスタL-51ROPT1D1	1
マブチモータ FA-130RA	1
ラッピングワイヤ	10cm
錫メッキ線	30cm
7segLEDカソードコモン	1
LED(3or5mm,赤or黃or緑)	7
LED3mm(赤or黃or緑)	4
三色LED OSTA5131A	1
三色LED用キャップ	1
セメント抵抗0.1Ω5W	1
半固定抵抗5kΩ	3
抵抗100Ω	2
抵抗120Ω	3
抵抗1MΩ	1
抵抗1kΩ	6
抵抗220Ω	1
抵抗22kΩ	2
抵抗330Ω	25
電池9V	1
電池単3	3
9V電池用スナップ	1
単3電池2本用ボックス	1
単3電池3本用ボックス	1
オシロスコープ	一式
ブレッドボード	一式

回路図

実体配線図

青い線は基板裏面の配線。赤い線は基板表面の配線。黄色い線は無視すること。

完成写真

抵抗のリードは曲げて配線に使う。

抵抗とジャンパを取り付ける。ジャンパは片方をはんだ付けして、反対側の必要な長さにペンで印を付け、被覆を落としてはんだ付けする。

Arduino との接続は、Arduino にピンを差してはんだ付けするとぴったり揃う。

デバッグ

スイッチの直上、左のLEDの下の抵抗の下の部分（写真の青い部分）が GND になっているので、右下のGND端子と導通があるかをテスターで確認する。
3Vの電池ケースに電池を入れ、青い部分に黒のマイナス端子をつけ、赤のプラス端子を図の黄色い部分の端子に付けると、正常に配線されていれば対応するLEDが点灯する。
7SEGのLEDが全く点灯しない場合は、GNDのライン（青い部分）をチェックする

テストプログラム

C言語版

const byte out[] = {6,7,8,9,10,11,12,13,A0,A1,A2,A3,0xff};
const byte button1 = 4;
const byte button2 = 5;
void setup() {
  for(byte i = 0; out[i] != 0xff; i++){
    pinMode(out[i], OUTPUT);
  }
  pinMode(button1, INPUT_PULLUP);
  pinMode(button2, INPUT_PULLUP);
}

void writeArray(bool signal){
  for(byte i = 0; out[i] != 0xff; i++){
    digitalWrite(out[i], signal);
  }
}
void loop() {
  static bool prev = HIGH;
  static bool now = HIGH;
  static bool condition = HIGH;

  now = digitalRead(button2);
  if(now == HIGH && prev == LOW){
    condition ^= true;
  }
  prev = now;
  writeArray(condition == digitalRead(button1));
}

アセンブリ言語版

;
; switchtraining.asm
;
; Created: 2018/09/17 4:39:20
; Author : sakamoto
;

.cseg
.org	0x0000
		rjmp	reset
.org	INT_VECTORS_SIZE
reset:
	ldi     r16,high(RAMEND)
	out     SPH,r16 
		ldi		r16,low(RAMEND)
		out		SPL,r16
.equ	onb	= 0b00111111
.equ	ond	= 0b11000000
.equ	pullup	= 0b00110000
.equ	onc	= 0b00001111
		ldi		r16,onb
		out		ddrb, r16
		ldi		r16,ond
		out		ddrd, r16
		ldi		r16,pullup
		out		portd, r16
		ldi		r16,onc
		out		ddrc, r16
.def	now	= r17
.def	prev	= r18
.def	cond	= r19
		clr		prev
		ser		cond


.macro	clrport
		in	r16,@0
		andi	r16,~@1
		out	@0,r16
.endmacro
.macro setport
		in	r16,@0
		ori	r16,@1
		out	@0,r16
.endmacro


main:
		in	now,pind
		sbrc	prev,pind5
		rjmp	pressed
		sbrs	now,pind5
		rjmp	notpressed
nowpressed:
		ldi	r16,1<<pind4
		eor	cond,r16
notpressed:
pressed:
		andi	prev,~(1<<pind5)
		or	prev,now
		eor	now, cond
		sbrc	now,pind4
		rjmp	swon
swoff:
		clrport portb,onb
		clrport	portd,ond
		clrport portc,onc
		rjmp	main
swon:
		setport portb,onb
		setport	portd,ond
		setport portc,onc
		rjmp	main

.exit

6-2. C,C++クリニック

演習6-1

volatile 宣言を使う

スケッチ例の Blink を改造して、自分の1秒待つ関数 mydelay を作ろう。

以下のプログラムで1秒点灯するように ??? の部分に数字を入れよう。


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
void mydelay(){
  for(volatile long i=0; i< ???; i++){
  }
}
void loop(){
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  mydelay();
  delay(10);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(1000);
}

演習6-2

volatile 宣言を使う

演習6-1の volatile 宣言を外すと動きがどう変化するか確かめよう。

演習6-3

static 宣言を使う

以下のプログラムの長短を考えよう。

プログラム1


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
bool flag = true;
void loop(){
  digitalWrite(LED_BUILTIN, flag);
  flag = !flag;
  delay(1000);
}

プログラム2


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
void loop(){
  static bool flag = true;
  digitalWrite(LED_BUILTIN, flag);
  flag = !flag;
  delay(1000);
}

プログラム3


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
void loop(){
  bool flag = true;
  digitalWrite(LED_BUILTIN, flag);
  flag = !flag;
  delay(1000);
}

演習6-4

クラス宣言を使う

以下のプログラムの動作を考えよう。

プログラム1


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
class Led {
  bool flag = true;
public:
  void invert(){
  flag = !flag;
  digitalWrite(LED_BUILTIN, flag);
  }    
};
Led led;
void loop(){
  led.invert();
  delay(1000);
}

プログラム2


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
class Led {
  bool flag = true;
public:
  void invert(){
  flag = !flag;
  digitalWrite(LED_BUILTIN, flag);
  }    
};
void loop(){
  static Led led;
  led.invert();
  delay(1000);
}

プログラム3


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
class Led {
  bool flag = true;
public:
  void invert(){
  flag = !flag;
  digitalWrite(LED_BUILTIN, flag);
  }    
};
void loop(){
  Led led;
  led.invert();
  delay(1000);
}

プログラム4


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
class Led {
  bool flag = true;
public:
  void invert(){
  flag = !flag;
  digitalWrite(LED_BUILTIN, flag);
  }    
};
void loop(){
  static Led* p = new Led();
  p->invert();
  delay(1000);
}

演習6-5

クラスを使って機能を抽象化

以下のプログラムの動作を考えよう。

プログラム1


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
class Led {
  int times;
  void blinkLed(){
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(100);
  }
public:
  Led(int t):times(t){}
  void flash(){
    for(int i=0; i<times; ++i){ 
      blinkLed();
    }    
    delay(1000);
  }
};
void loop(){
  static Led led(3);
  led.flash();
}

プログラム2


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
class Led {
  int times;
  void blinkLed(){
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(100);
  }
public:
  Led(int t):times(t){}
  void flash(){
    for(int i=0; i<times; ++i){ 
      blinkLed();
    }    
    delay(1000);
  }
};
void loop(){
  static Led* leds[]={new Led(1), new Led(2), new Led(3), NULL};
  for(Led** p = leds; *p != NULL; ++p){
    (*p)->flash();
  }
}

プログラム3


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
class Led {
  int times;
  void blinkLed();
public:
  Led(int t);
  void flash();
};
Led::Led(int t):times(t){}
void Led::blinkLed(){
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(100);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(100);
}
void Led::flash(){
  for(int i=0; i<times; ++i){ 
    blinkLed();
  }    
  delay(1000);
}
void loop(){
  static Led* leds[]={new Led(1), new Led(2), new Led(3), NULL};
  for(Led** p = leds; *p != NULL; ++p){
    (*p)->flash();
  }
}

プログラム4

右のメニューから複数タブを作って、プログラムを分割する。

BlinkCpp


#include "Led.h"
void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
void loop(){
  static Led* leds[]={new Led(1), new Led(2), new Led(3), NULL};
  for(Led** p = leds; *p != NULL; ++p){
    (*p)->flash();
  }
}

Led.h


class Led {
  int times;
  void blinkLed();
public:
  Led(int t);
  void flash();
};

Led.cpp


#include "Arduino.h"
#include "Led.h"
Led::Led(int t):times(t){}
void Led::blinkLed(){
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(100);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(100);
}
void Led::flash(){
  for(int i=0; i<times; ++i){ 
    blinkLed();
  }    
  delay(1000);
}

演習6-6

演習6-1を利用して、1秒間の間だけ高速で点滅させて半分の明るさにする halfBlink メソッドを作りなさい。

演習6-7

だんだん明るくなってだんだん暗くなるような softBlink メソッドを作りなさい。

おまけ

やり過ぎ感のある、継承によるオブジェクトの作り分け


void setup(){
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);    
}
class Led {
  void blinkLed(){
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(100);
  }
protected:
  virtual int times()=0;
public:
  virtual ~Led(){}
  void flash(){
    for(int i=0; i<times(); ++i){ 
      blinkLed();
    }    
    delay(1000);
  }
};
class Led2 : public Led {
protected:
  virtual int times(){
    return 2;
  }
};
class Led3 : public Led {
protected:
  virtual int times(){
    return 3;
  }
};
void loop(){
static Led* leds[]={new Led2(), new Led3(), NULL};
  for(Led** p = leds; *p != NULL; ++p){
    (*p)->flash();
  }
}

第 6 回 トレイニングボード

本日の内容

6-1. Arduino 開発環境

部品表

回路図

実体配線図

完成写真

デバッグ

テストプログラム

C言語版

アセンブリ言語版

6-2. C,C++クリニック

演習6-1

演習6-2

演習6-3

プログラム1

プログラム2

プログラム3

演習6-4

プログラム1

プログラム2

プログラム3

プログラム4

演習6-5

プログラム1

プログラム2

プログラム3

プログラム4

BlinkCpp

Led.h

Led.cpp

演習6-6

演習6-7

おまけ

第 6 回トレイニングボード