Arduino 入門2 Lesson 04 【DAC機能確認】

Arduino 入門2
Lesson 04
【DAC機能確認】

こにんちは、管理人のomoroyaです。

「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」で遊ぶ入門編２。

入門編１と同じく、電子部品と組み合わせて遊ぶ前に・・・

「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」に搭載された新機能を確認していきます。

本Lessonで確認するのは「DAC機能について」。

「Arduino UNO R4」に追加された機能になります。

「Arduino UNO R3」には「DAC機能」はなかったためPWL（パルス変調）を使って模擬的にアナログ出力。

■PWL（パルス変調）については下記記事にて紹介

Arduino 入門番外編 04 【アナログ出力とは】

今回は、「Arduino 入門番外編０４アナログ出力とは」です。arduino 入門番外編はarduinoの基本的なことを書いていく方向性にする予定です。今回は、arduinoのアナログ出力について解説していきます。…

「Arduino UNO R4」では「DAC機能」を使うことにより、所望のアナログ電圧を直接出力することが可能となっています。

Arduino入門編2では主に「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」を使った解説をしていきます。

R3と異なり、まだ安価な互換品が出ていません（2024年7月現在）ので正規品で遊んでいきます。

■Minima

Arduino UNO R4 Minima [ABX00080] - Renesas RA4M1 - USB-C、CAN、DAC (12ビット)、OP AMP、SWDコネクター。

Arduino (アルドゥイーノ)

■WiFi（Amazon売れきれ中）

Arduino (アルドゥイーノ)

センサーは各種センサーがそろったキットがおすすめ。

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はじめに
Lesson 04 目標
準備
1. 必要なもの
使用部品説明
1. DAC機能について
実践回路作成とコード作成
まとめ
最後に
Amazonでお得に買う方法

はじめに

本Lessonで機能確認のため、使用するものは「Arduino UNO R4 Minima」のみ。

簡単に遊べます。

Lesson 04 目標

本Lessonの目標は以下です。

１．R4に追加されたDAC機能について理解する
２．DAC機能を動かすスケッチを描く
３．DAC出力をシリアルプロッタに表示して遊ぶ

いつものように、遊ぶことが重要です。

準備

ではLessonの準備に取り掛かりましょう。

使用するものは「Arduino UNO R4 Minima」のみ。

必要なもの

USB接続用のPC（IDE統合環境がインストールされたPC）
→管理人が勝手に比較したBTOメーカーを紹介しています。
Arduino UNO R4(Minima)
PCとUNOを接続するUSBケーブル
M-M Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）
M-F Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）
M-F M-M F-F セット Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）

※ジャンパワイヤーは「M-M」「M-F」を必要に応じて使い分けてください。

本Lessonでは、UNO本体のみですが電子工作に必要なものはそろえておきましょう！！

Jumper wire、抵抗は今後も頻繁に利用します。

Jumper wireはできれば、「オス-メスオス-オスメス –メス」の３種類を揃えておくことをお勧めします。

ELEGOO 120pcs多色デュポンワイヤー、arduino用ワイヤ—ゲ—ジ28AWG オス-メスオス-オスメス –メスブレッドボードジャンパーワイヤー

ELEGOO

短めが使いやすい場合も。

ブレッドボード・ジャンパーワイヤー 40*6ピン 10cm Emith デュポンケーブル Arduino Raspberry piに適用ジャンパー線 6本セット

Emith

抵抗も単品で揃えるよりはセットをおすすめします。

OSOYOO(オソヨー)金属皮膜抵抗器抵抗セット 10Ω~1MΩ 30種類各20本入り合計600本 (600本セット)

OSOYOO

ELEGOO 17値1％抵抗器、0オーム〜1Mオーム（525本）

ELEGOO

抵抗、LEDなどを個別でセット品を購入しても、そんなに使わない！

という方は、「電子工作基本部品セット」が使い勝手が良い。

OSOYOO(オソヨー) 電子工作基本部品セット LED 5色合計100PCS 金属皮膜抵抗器 30種類合計600本電解コンデンサ 12種類合計120本セラミックコンデンサー 30種類合計300本ダイオード 8種類合計100本トランジスタ 17種類合計170本 (電子部品セット6種類)

OSOYOO

使用部品説明

使用するものは「Arduino UNO R4 Minima」のみのため割愛。

Arduino 入門2 Lesson 01【外観とピン配置】Arduino UNO R4 Minima

入門編2を開始。Lesson 01は Arduino UNO R4 Minima 外観とピン配置。R3と同じくR4 Minimaに関しても外観とピン配置を確認していきます。マイコンとの接続関係も一緒に確認。知らなくても遊べるのがUNO。し…

DAC機能について

「DAC」は「Arduino UNO R4」に追加された新機能となります。

アナログピンの０番が「DAC」に割り当てられています。

■分解能
・デフォルト：8bit
・最大　　　：12bit
■設定方法
例：10bitに設定
analogWriteResolution(10);

■DACの電気的特性
・負荷抵抗：30kΩ（min）
・変換時間：30μs（max）
■DACの電気的特性からわかること
・負荷抵抗がが30kΩより小さい場合DACの精度は得られません！！
・変換時間より短い間隔で読み出すとDACの精度は得られません！！

実践回路作成とコード作成

最初に回路図を確認してください。

次に、回路図に合わせて部品を接続します。

最後にコードを書いて、「DAC機能」を確認していきましょう。

Arduino Minimaのピン配置を確認したい方は入門編2のLesson01を参照してください。

Arduino 入門2 Lesson 01【外観とピン配置】Arduino UNO R4 Minima

回路図

Arduinoの使用ピンは以下。

A0（DAC）からアナログ電圧を出し、A5（ADC）でアナログ電圧をデジタルに変換して出力します。

ちなみに、A0でアナログ電圧を出し、A0でアナログ電圧をデジタルに変換するのもOK！

その場合は、Jumper wireが不要でArduino Minimaだけで成立します。

DAC：A0
ADC：A5
5V、GND

回路図がこちら。

こちらがブレッドボード図。

回路図は「fritzing」を利用しています。

「fritzing」の使い方は下記を参照してください。

Arduino 入門番外編 01 【回路図を書こう fritzing】

UNOの実際の回路を写真で掲載しても、接続がわかりずらいかなと考えていました。前々から「fritzing」を利用して回路を描くことで、わかりやすくしたいと考えていました。そこで本日は、「fritzing」のインストールと回路図を描くことに挑…

接続

下図に示すように、用意した部品を使用して接続しましょう。

使用するものは「Arduino UNO R4 Minima」のみ。

使用するポートは

DAC：A0
ADC：A5
5V、GND

穴に挿入しづらいときは、ラジオペンチなどを使用してください。

コードの書き込み

接続が終わったら、USBケーブルを使用してUNOにプログラムを書き込んで行きましょう。

コードを書き終えたら、いつでも利用できるように「ファイル」⇒「名前を付けて保存」で保存しておきましょう。

コマンド説明

特筆するコマンドはありませんが、列挙しておきます。

コマンド	内容
analogWriteResolution(bits）	analogWrite()の分解能を指定。 bits：8 ～ 12ビット指定しない場合は、デフォルト8bit(0～255)
analogReadResolution(bits）	analogRead()が返すサイズ（ビット数）を指定。 bits：8 ～ 14ビット（Arduino UNO R3：12bit）指定しない場合は、デフォルト10bit(0～255)

サンプルコード１

まずは、DACから出力される最大電圧を確認します。

仕様は5.0Vですが、まあ5.0Vピッタリということはありませんので・・・。

//入門編2　Lesson 04　サンプルスケッチ1
//DAC機能確認
//https://omoroya.com/

void setup(){
  analogWriteResolution(10);  //DAC分解能を10bit(0～1023)に設定
}

void loop(){
  int value;
  analogWrite(A0,1023);           //DACの1023の値をA0に出力
  delayMicroseconds(30);          //変換時間待機
}

動作確認１

では、さっそく動作を確認していきます。

テスタでArduinoの電圧を確認。

管理人の環境では、DACから出力されるmax電圧は4.73Vであることがわかりました。

ここで測定した「4.73V」をスケッチに設定することで精度をあげることが可能。

サンプルコード２

サンプルコード２では10bitに設定したDACの電圧値をA5ピンのアナログピンで読み取ります。

読み取った値は、電圧に変換してシリアルモニタ、シリアルプロッタで確認。

//入門編2　Lesson 04　サンプルスケッチ2
//DAC機能確認
//https://omoroya.com/

const int VOL_PIN = A5;       //VOL_PINにA5ピンを設定

void setup(){
  Serial.begin( 9600 );       //シリアル通信のデータ転送レートを9600bpsで指定
  analogWriteResolution(10);  //DAC分解能を10bit(0～1023)に設定
  analogReadResolution(10);   //ADC出力を10bit(0～1023)に数設定
}

void loop(){
  int value;
  float volt;
  float cal = 4.73f;               //DACの最大電圧設定（テスタなどで読み取った値）

  //DACの出力（0 ～ 1023） for文内の64を変えてｼﾘｱﾙﾌﾟﾛｯﾀに表示してみよう！！
  for(int i=0;i<1024;i+=64 ){
    analogWrite(A0,i);             //DACの値をA0に出力
    delayMicroseconds(300);        //変換時間待機
    value = analogRead( VOL_PIN ); //A5ピンにDACで読み取った値を出力
    volt = cal * value / 1024.0f;  //読み取った値を電圧に変換

    //シリアルモニタにデジタル値と電圧値を出力
    Serial.print( "Value:" );
    Serial.println( value );
    Serial.print( "Volt:" );
    Serial.println( volt );
  }
}