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はじめての電子工作入門 第４回 LEDを点灯してみよう
ArduinoでLEDを点灯してみよう
Arduinoを使ってLEDを点灯させるのは、電子工作の基本中の基本です。初心者でも簡単に取り組めるプロジェクトなので、ぜひ挑戦してみてください！
今回、Arduino Unoは電源の役割をしているだけなので、何もしていません。
必要なもの
- Arduinoボード（Unoなど）
- LED
- 抵抗（220Ω）
- ブレッドボード
- ジャンパーワイヤー
配線方法
- LEDの接続：
- LEDの長い足（アノード）を抵抗を介してArduino Unoの５Vに接続します。
- LEDの短い足（カソード）をGNDに接続します。
回路図としては、左側ですが、簡単に表すと、右の回路と同じです。今回は、Arduino Unoの５V端子とGNDを利用しているだけです。
コードの書き方
次に、Arduinoにアップロードするコードを書きます。以下のコードをArduino IDEにコピーして、ボードにアップロードしてください。誤動作を防ぐために何もプログラムを書いていないものを書き込んでおきます。
void setup() {
}
void loop() {
}コードの説明
- 新規でプログラムを作成した時のままで、何もないプログラムになります。
これはArduinoプログラムの基本的な構造です。Arduinoは、マイクロコントローラを使ったプロジェクトを簡単に作成できるプラットフォームです。
void setup()
void setup()は、プログラムが最初に実行されるときに一度だけ呼び出される関数です。ここには、初期設定や一度だけ行う必要がある処理を記述します。例えば、ピンのモード設定やシリアル通信の開始などです。
void setup() {
// 初期設定をここに書きます
}
void loop()
void loop()は、プログラムが動作している間、繰り返し実行される関数です。ここには、メインの処理を記述します。例えば、センサーの値を読み取ったり、LEDを点滅させたりする処理をここに書きます。
void loop() {
// 繰り返し行う処理をここに書きます
}
この2つの関数を使って、Arduinoプログラムは動作します。setup()で初期設定を行い、loop()でメインの処理を繰り返すことで、様々なプロジェクトを実現できます。
実行
コードをアップロードしたら、ブレッドボード上のLEDが点灯します。これで、Arduinoを使った基本的なLEDの点灯が完了です！
赤色のLEDを点けるときに、なぜ、２２０Ωの抵抗もつなげるの？
赤色のLEDを点灯させるときに220Ωの抵抗をつなげるのは、LEDを保護するためです。LEDは電流に敏感で、過剰な電流が流れると壊れてしまうことがあります。抵抗を使うことで、LEDに流れる電流を制限し、安全に点灯させることができます。
具体的に説明すると、LEDには順方向電圧という特性があり、例えば赤色のLEDの場合、これは約2Vです。電源電圧が5Vの場合、3Vの差分が存在します。この差分の電圧を抵抗によって制限し、適切な電流に調整します。
オームの法則 (V = IR) を使って計算すると：
- 電圧差（V）は5V（電源） – 2V（LEDの順方向電圧） = 3V
- 望ましい電流（I）は、通常20mA（0.02A）
これを抵抗 (R) に適用すると、( R = V / I ) なので、( R = 3V / 0.02A ) となり、抵抗値は150Ωになります。ただし、安全マージンを取るために、220Ωの抵抗を使用することが一般的です。
以上のように、220Ωの抵抗を使うことで、LEDを安全に使用することができます。
色によって、最適な抵抗がありますか？
はい、LEDの色によって最適な抵抗値は異なります。これは、LEDの色によって順方向電圧が異なるためです。順方向電圧とは、LEDが正常に点灯するために必要な電圧のことです。以下に、一般的なLEDの色ごとの順方向電圧と、5Vの電源を使用する場合の推奨される抵抗値の例を示します。
| LEDの色 | 順方向電圧 (V) | 推奨抵抗値 (Ω) |
|---|---|---|
| 赤 | 2.0 | 150 – 220 |
| 緑 | 2.2 | 150 – 220 |
| 青 | 3.0 | 100 – 150 |
| 白 | 3.0 | 100 – 150 |
| 黄 | 2.1 | 150 – 220 |
| オレンジ | 2.0 | 150 – 220 |
これらの抵抗値は、20mA（0.02A）の電流を流すことを前提としています。実際には、使用する電源電圧や必要な電流によって抵抗値を計算する必要があります。抵抗値の計算には、オームの法則 ( R = V / I ) を使います。
例えば、青色のLEDを5Vの電源で点灯させる場合、順方向電圧が3Vなので、抵抗にかかる電圧は (5V – 3V = 2V) となります。適切な電流を20mAとすると、抵抗値は (R = 2V / 0.02A ) = 100Ω) となります。
色ごとに最適な抵抗を使うことで、LEDが安全かつ効率的に点灯します。
これらの情報は、LEDと抵抗に関する基本的な電子工学の原理に基づいています。特に、オームの法則 (V = IR) やLEDの順方向電圧と電流特性に関する一般的な知識に基づいています。
- オームの法則: 電圧（V）、電流（I）、および抵抗（R）の関係を示す基本的な法則です。例えば、抵抗を計算する際に (R = V / I ) を使用します。
- LEDの順方向電圧: 異なる色のLEDには異なる順方向電圧があります。これらの値は、一般的に赤色LEDで約2V、青色や白色LEDで約3Vとなります。
- 電流制限: LEDが適切に動作するためには、過剰な電流を防ぐための抵抗が必要です。通常は約20mA（0.02A）の電流が適しています。
これらの基本原理を用いて、LEDと抵抗の使用方法について説明しました。
まとめ はじめての電子工作入門 LEDを点灯してみよう
Arduinoを使ってLEDを点灯させるプロジェクトは、電子工作の第一歩として最適です。簡単な回路とコードで、すぐに結果につながります。ちょっと、達成感は得られませんが。電子工作の第一歩です。次は、複数のLEDを使ったり、センサーを追加したりして、さらに複雑なプロジェクトに挑戦してみましょう！
このように、Arduinoを使ったLED点灯の基本的なプロジェクトを紹介しました。何か他に質問があれば教えてくださいね。
