目次
マイコン制御プログラムの普及に大活躍したArduino IDE
Arduinoは元AtmelのCPUであるAVRを使って、Arduino IDEで数行のスケッチ（プログラム）を書けば、USBケーブルで接続したArduinoボードにプログラムを書き込んで動作するようにした、入門用マイコンです。
マイクロソフトを創業したビルゲイツは、最初に作ったパソコン用のBASICの大ヒットで成功への足がかりを作りました。
初期のPCでは複雑な準備をして、コンパイルに長い時間をかけないと動作するプログラムが作れませんでした。
「数行のプログラムを書けばプログラムが走り、結果が表示される。」ことが
BASICが大ヒットした理由ですが、Arduinoの大ヒットも「歴史は繰り返す」を見ているような気がします。
小学校プログラミング教育の教材としても最適なArduino
Arduinoはとにかく簡単にマイコン制御の勉強を始めることが出来るため、初心者向け入門用として優れているシステムです。
マイコンに関する予備知識が無い 小中学生でも、マイコンボードを使った制御プログラムを作って、動作を試してみることが出来ます。
文科省が推進している小学校プログラミング教育の教材としても、大いに活躍すると思います。
制御用マイコンとしてのArduinoの限界
Arduinoはマイコン入門用の教材として優れた特徴を備えていますし、数多くの拡張ボードが安価に提供されているため、Arduinoの機能が仕様を満たしているならば、Arduinoを使ってシステムを組むのは、開発効率においてもコスト面においても有利なので、検討する価値があります。
ただし、手軽に使えることを優先したBASICが開発のプロからは歓迎されなかったように、使い易さと性能にはトレードオフの関係があるため、Arduinoで高性能なシステムを組もうとすればMPLAB-Xを使うより多くの労力が必要となる分岐点があります。
Webを検索すると、Arduinoに使われているAVRCPUの性能を限界まで引き出すために、AVRのデータシートを調べて周辺機能レジスタを直接書き換えるなど、苦労している人が見つかります。
デジモノ覚書－Arduino Uno – PWM周波数を”自由に”変更する
周辺機能レジスタを直接いじってAVRの性能を引き出すことが出来る能力と時間があれば、MPLAB-XとPICやSTMCubeMXとstm32マイコンの組み合わせを使えば、はるかに高度な制御をおこなうシステムを簡単に作れるのに、勿体ないと思ったりします。
高校生全国ものづくりコンテスト電子回路部門の課題を解くのが、ちょうどArduinoの限界点だと思います。
つまり、工夫してArduinoの割り込みを使いこなせるレベルの能力があれば、MPLAB-XとPICマイコンの使い方を覚えた方が幸せになれるのではないか、といったところでしょうか。
企業人から見れば、工業高校生レベルなら、Arduinoを卒業して、MPLAB-XでCPUの周辺機能レジスタを設定する技術を身につけて欲しい、という勝手な要望もあったりします。
それでもArduinoが使い易い理由
高度な制御になると加速度的に扱いが難しくなるArduinoですが、それでもArduinoを使いたい理由は、CPUボードと周辺ボードの豊富さと入手しやすさにあるのではないでしょうか。
例えばAmazonで検索すると、Arduino用超音波センサモジュールが、ひとつあたり200円以下で見つかります。
また、アリエクスプレスのサイトでArduinoをキーワードにして検索すると、100均レベルの価格で多数のパーツを見つける事が出来ます。
個人でPCB基板を設計製作することが難しかった少し前までは、既製のボードを買って組み合わせるしか手段が無かったため、とにかくArduinoでシステムを組むのが制御システム製作の近道でした。
今は個人が自由にPCB基板を作れる時代
ところが、PCB基板作りの環境はこの10年で大きく変わりました。
ひとつは、高機能なオープンソースのKiCadを使って個人で基板の設計が出来るようになったことで、もうひとつは格安基板メーカーの出現で1,000円以下で100㎜x100㎜の基板10枚を注文できるようになったことです。
個人が最初にPCB基板を設計して発注するには多少のハードルがあるのは事実です。
ただ、そのハードルは思ったほど高いものではありません。
上で紹介したように、Arduinoの限界を引き出すためにAVRのデータシートを読み込んで、試行錯誤に時間をかけてプログラムを作っている人ならば、簡単に乗り越えることの出来るハードルです。
マイCPUボードを使ってロボットコンテストに取り組んでみませんか
Arduino用周辺ボードはPICでも使えますから、目的にあったCPUボードを自作してセンサーはArduino用センサーボードを使うことで、高機能なシステムを安く製作することが出来ます。
ものづくりの楽しみは、何かを作り上げた時の達成感です。
購入したArduinoだけで制御システムを組み上げるより、自分で設計して作った
CPUボードでシステムを製作した方が、はるかに大きな達成感と喜びを感じられることを保証します。
マイコン制御に興味がある人には、是非、CPUボードの製作まで手掛けて頂きたいと思います。