【Arduinoをいじってみる】
【
とりあえずArduino入門】
1月6日の秋葉原QRP懇親会の2次会でした。 拝見した自作品にはArduinoがとてもうまく活用されていました。それが目に止まったのが切っ掛けだったように思います。 もちろん
Arduino（←wiki）がどんなものか幾らかは知っていたのですが開発に使ったことはありません。それで少し突っ込んだ質問をしてみたのです。
これは「脈あり」との判断だったのでしょうか？ 数日と開かずにArduinoの幾つかと入門書のセットが郵送されてきたのです。（JA6IRK/1岩永さんいつもありがとうございます。そう言えばBASCOM-AVRの時もお世話になりましたね）
手紙は入っていませんでしたが、これを読んで手を動かせばあなたの疑問は解消して上手く使えるようになりますよ・・・と言う意味なのでしょう、たぶん。 でも、BASCOM-AVRでワンチップ・マイコンをいじり始めたのは2006年10月でしたから、もう12年も前です。そのころでさえ覚えるより忘れる方が早いくらいでしたから、今ごろ始めて何とかなるものでしょうか？ モノにならない可能性は大ですけれど新春は何か始めるのには良いときです。 炬燵（こたつ）から抜け出してやってみることにしました。
☆
まずはArduino互換ボードを用意してマイコン入門の定番になっている「LEDチカチカ」・・・通称「L-チカ」を目標にやってみます。 既に使っている人にはアタリマエ、よく考えれば「それって違うだろーーぼけ！」と言うような回り道をしながらLEDがチカチカするまでを扱います。もちろんどこにでも書いてあるようなつまらん話しの連続ですが忘れっぽい私の備忘録としてまとめましょう。おひまでしたらお付き合いでも。（笑）
【
色々ある互換ボード】
整理してみたらArduino関連のボードがたくさん出てきました。 先日のBlogで使った
秋月の互換ボード（←リンク）も仲間の一つですが、Arduinoとしては使ってませんし部品キットも揃っていないので省きました。
あとからわかることですが、サイズや機能、コストなどからみて手前左側に２つ同じものが並んでいるArduino nanoが使い易いようです。 その奥にあるPro-miniも組込み用途には良さそうですが「学習用」には向いていないように感じます。 多くの参考書ではArduino uno（ウノ）と言うのを標準にしているようです。 初心者としては参考書と同じものが欲しくなるものです。 入門を機会に購入しても良いのですが、unoの互換品が作れそうな右手前にある「びんぼうでいいの」と言うaitendoの互換ボードキット（赤い基板）で何とかならないかと言うのが当面の願望です。（あるいは目標です）
実はこれらArduino関連の基板はみんな頂きものです。ずいぶん前からArduinoへのお誘いがあったのですがボードを溜め込んで死蔵してきたのでした。まったく面目ありません。（笑）
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Arduino uno互換が】
aitendoの「びんぼうでいいの」
＊1をよく見ると、Arduino unoと完全に同じではないものの、引き出されているポートや機能は類似しているようです。（
＊1：なんかすごい商品名ですね・笑）
Arduino遊びを始めてみたものの、はたしてモノになるのかわからないので取りあえず手持ちを使って勉強しましょう。 それでどうしても不自由そうになったら正規品を求めてもムダではないでしょう。しかし、ネットの情報を総合するとこの「貧乏Arduino」でも一通り同じようなことができそうでした。
Arduino uno互換にするにはAVRマイコン：ATmega328P-PUをソケットに搭載し、そのマイコンに「ブートローダ」と称する自己書き込み用のプログラムをあらかじめ書き込んでおく必要があります。 そのブートローダの書込みを行なって動作確認を行なうまでが今回のBlogの目標範囲です。 具体的にはノートPC上のArduino開発環境からUSB接続でプログラム（Arduinoではスケッチと呼ぶ）を書き込んで「L-チカ」の成功をめざします。w
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Arduino unoのポート】
ネット上にArduino unoのポート（引出し端子）について上手に説明されている図があったので参考にしてみます。
L-チカをやる今の段階では必要ありませんが、ボード外に何かを接続する時に重要になります。 ATmega328Pのほとんどすべてのピン（=ポート）が引き出されているのがわかりました。
マイコンなんて所詮どこかのポート（ピン）の状態を読み込んで、ちょっと細工したら別のポートに出力するだけの仕事しかやっていません。コンピュータだと思うと何だか難しそうですがやってる事はごく単純です。 この図は各ポートがどんな信号のやり取りに向いているのかごく簡潔にまとめてあるわけです。
なお、本物のArduino unoにはUSBインターフェース用にATMEL社製のATmega8U2と言うAVRマイコンが使われています。 貧乏Arduino unoではCH340と言うUSB-IF専用のチップになっておりコストダウンされています。 しかしArduinoの開発環境（Arduino-IDE)からみて、おおむね本物のArduino unoと同じように使えるそうです。
注：開発環境のArduino-IDEはあらかじめパソコンにインストールしてあります。www.arduino.cc/en/Main/Softwareから無償でダウンロードできました。Windows版、Mac版、Unix版があります。 ここではWindows 7のノートPCで試しています。バージョンは2018年1月の時点で最新のVer.1.8.5です。
実はIDEのインストールにもちょっとトラブルがありました。最初はJavaのRuntimeルーチンがないので云々というエラーが出ました。 しばらく調べてみたのですが原因は良くわかりません。 結論からいうとダウンロードした.zipファイルの展開が不完全だったようです。はっきりはしませんが最初の展開中にちょうどWindowsのアップデートが自動起動したのが原因のように思います。中途半端に展開されていたIDEが入ったフォルダを廃棄し、あらためて.zipファイルを展開しなおしたら正常に起動できました。とんだ回り道でした。普通はすんなりと展開できてただちに起動できるでしょう。
【
Arduino unoの回路】
Arduino unoの回路図です。 普段はブラックボックス扱いでも良いのでしょうが、何らかのトラブルがあった時には回路に帰ってトラブルシューティングが必要なこともあるでしょう。
ハードウエアになじみがあるなら回路図を用意しておくと何となく安心できます。 但し、これは本物のArduino unoですから・・・・。（笑）
【
Arduino nanoで】
良く出回っているArduino nanoの互換基板には既にブートローダが書き込まれており、しかも「L-チカ」まで書いてあるようなのです。
ATmega328は写真のように基板に面実装されていますので取り外して単独で書き込むことはできません。 非正規な互換基板とは言え買ってすぐ使うにはブートローダが書き込んでなくてはだめです。 購入したなら取りあえずUSBに繋いでテストしてみるはずです。しかし何も起こらないブートローダだけでは不親切でしょう。 最も基本的なL-チカを一緒に書いておけば基板が動作することの証拠になります。 プログラム・メモリはフラッシュメモリなので書き換えは自在ですから事前に何か書いてあっても支障はないわけです。
【
Arduino nanoの回路図】
Arduino nanoの回路図です。 USB-IFを内蔵しています。 FT232と言うUSB-IFチップが標準のようですが互換品（にせもの？）ではCH340と言うUSB-IFチップが使ってあることが多いようです。
機能はほぼ同じと言えますが、USBドライバに互換性はありません。各チップ個々に必要です。 従って開発に使うパソコンにはCH340用のドライバをインストールしておく必要があります。また互換品のnanoだけでなく「びんぼうでいいの」の方もUSB-IFのチップはCH340ですからドライバのインストールは必須といえます。 CH340のドライバは検索で見つかりますが、
aitendo（←リンク）にて該当製品（USB-IF関係）のところにリンクがありダウンロードできます。 なお、CH340のドライバ・インストールでハマる人も結構あるようなのでトラブったら検索すると解決策が見つかります。
【
nanoのプログラムを吸い上げる】
開発に使うパソコンには既にCH340のドライバが入っていました。 おそらくGPS-DOを開発していたときにUSB-IF基板のドライバとしてインストールしてあったのでしょう。
従ってただちにArduinoの開発環境から動かしても良かったのですが、次項のように搭載されているマイコン：ATmega328に入っているプログラムを吸い上げたかったかったので、汎用のプログラム・ライタを経由してテストしてみました。
電源が加わるともちろん正常に動作し、LEDがチカチカします。 ここでは汎用のプログラムライタにはHIDaspxを使いました。BASCOM-AVRで使い慣れたものです。 USBaspライタなどでも良いはずです。
なお、このような面倒なことをしようと思うのはごく僅かの人でしょう。AVRマイコン用の汎用プログラム・ライタの詳しいことは省きます。検索すればたくさん見つかるのでそちらを参考にしてください。ここで使ったHIDaspxやUSBaspといったライタは既に流行を過ぎているようでネット上から消滅したかあるいは最近では更新もされていないようでした。
【
nanoのhexファイル】
nano基板に載っているAVRマイコンのプログラムメモリは読み出し禁止ではありません。従って簡単に吸い上げることができます。 HIDaspxを接続しhidspx-GUIと言うパソコン側の操作ソフトを起動します。 画面からDumpボタンをクリックすればプログラムメモリの内容が取り込まれます。それをHEXファイルとして一旦保存しておきます。
名前は何でも良いのですが「Arduino-01.hex」としてみました。写真のようにファイル名記入欄にインプットします。 インプットしたらSaveボタンを押します。
【
HEXファイルはできた】
hidspxと言うフォルダ内を見ましょう。 Arduino-01.hexができていることがわかります。 これをライタを使って新品のATmega328Pに書き込めばArduinoのクローンが作れるハズと踏んだのですが・・・・・
そうは甘くないことがすぐにわかるのです。まあ、良く頭を冷やして考えたらここまでの情報でもあまり旨くなさそうなことはわかるんですけれど。結論をあせらずもう少しやってみましょう。（笑）
＃それで非常措置用の.hexファイルも用意してあったような訳なんです。
【
びんぼうでいいのに書き込み】
さっそく貧乏Arduinoに「Arduino-01.hex」を書き込んでみましょう。
「びんぼうでいいの」基板には6ピンのISP（＝ICSP）コネクタが付いています。これを経由すれば一般的なインサーキット・ライタからプログラムの書込みや消去などすべての操作が可能です。もちろん、HIDaspxからも可能です。 電源もUSB側から供給できるのでこのような作業には便利です。
貧乏ArduinoにHIDaspxを接続したらhidspx-GUIのファイルメニューから「Arduino-01.hex」を開きます。 操作画面のWriteボタンを押せば書込みが始まり、ベリファイ（比較照合）されてエラーがなければ正常に終了します。 ライター側の+5V電源をONにして貧乏Arduino基板にも電源を与えておくのを忘れないように。 （書込みが正常に終われば、ただちにL-チカが始まるはずですが、とても遅いチカチカでしょう）
【
ヒューズビットも忘れずに】
まっさらのAVRマイコンは内蔵のクロック発振器（1MHz）で動作します。これが初期状態と言うわけです。一方、Arduino unoは外付けの水晶発振子を使い16 MHzのクロックで動作させるのが基本です。
従って、搭載するAVRマイコンのヒューズビットを操作して外付けの水晶発振子がクロックとして使われるように設定しなくてはなりません。 図のようにhidspx-GUIの画面からヒューズビットの書き換えを行ないました。
ヒューズビットの扱いについては
過去のBlog（←リンク）にもありますが注意を要します。 上記のように予め水晶発振子が載っている基板上で書き換え操作を行なうのなら大丈夫ですが、水晶が載っていない・・・例えばブレッドボードのような・・・環境で書き換えると書き換えたとたんにAVRマイコンの応答がなくなります。 要するに内蔵の発振器をやめて外付けの水晶発振子や外部クロックに切り替えたら、それを与えないとまったく機能しなくなります。反応がなくなってもAVRマイコンがお釈迦になった訳ではないのでクロックを与えれば復活します。まずは慌てず冷静に。
重要：画面ではATmega328PのヒューズビットLoだけを書き換えているように見えますが、実際にはヒューズビットHiとヒューズビットExの書き換えも必要です。 Arduinoとして使うためには、Lo=FF、Hi=DA、Ex=F8に書き換えます。 なお、参考までにATmega328Pを工場出荷時の初期値に戻すには、Lo=62、Hi=D9、Ex=FFとなります。
☆
さて、プログラムは書き込めましたしヒューズビットも書き換えました。 Arduino unoの互換基板になったのでしょうか？ 汎用ライタをISP端子から撤去したら、さっそくUSBケーブルにつなぎ換えて電源を与えてみました。 書き込んだブートローダに合わせて入っていたL-チカのプログラム（＝スケッチ）が起動してただちにLEDがチカチカしました。また、パソコンから見てUSB接続もCOMポートとして認識されました。
しかしこれで成功ではありません。Arduino-IDEからはArduinoとは見なされないのです。従って新たなプログラムの書き込みはできませんでした。書き込んでもできなかったと言うエラーが表示されます。 わかってしまえばアタリマエですがハードに合わせたブートローダを書き込む必要があるみたいです。Aruduino nanoとArduino unoは良く似た回路構成なのですがnano用をそっくりそのままunoに移植しても旨くなかったようです。
☆
ではどうしましょうか？ 調べたら「びんぼうでいいの」用のブートローダがネット上にありました。 同じようなことを考える人はいるもので便利な世の中です。（笑） 以下のテキスト行を選択してコピーしたら何か任意のテキストエディタを起動してそっくりペーストします。そのあと適当な名前を付けた.hexファイルとしてセーブしておきます。
ライタにHIDaspxを使うのでしたら「hidspx」と言うフォルダ内に作ったその.hexファイルを入れておきます。あとはライタの制御ソフト：hidspx-GUIのファイルメニューからその.hexファイルを選んで読み込み、ATmega328Pに書き込めばOKです。もしまだでしたらヒューズビットの書き換えも忘れずに行ないます。
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:00000001FF
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上記の先頭が：（コロン）の行をすべてコピペし適当な名前を付けて保存します。 Inetel-HEXコードで記述されていますので必ず拡張子が
.hexになったファイル名にします。（例：binbohaokiraku
.hexとか）
これを「びんぼうでいいの」に載せたATmega328Pに書き込んで、あとはヒューズビットを確認すればすべてOKです。 こんどはArduino-IDEからUSBケーブルの接続だけでプログラムの書き込みができるはずです。 もう汎用プログラムライタの出番はなくなります。
参考・１： ネット上を探すと、Arduino uno用というuno.hexという.hexファイルが見つかります。上記のリストは「びんぼうでいいの」で動作実績があるものですが，２つを比較したところ同じ内容でした。従ってネットで見つかる「uno.hex」と言うファイルを書き込んでも大丈夫だろうと思います。
参考・２：Arduinoを使ってブートローダを書き込む方法
既にブートローダが書き込まれておりArduino-IDEで操作できるArduinoが存在すれば（特別なプログラムライタなしで）まっさらなATmega328Pが載ったボードにブートローダを書き込むことができます 。単体のATmega328Pをブレッドボードに載せたようなものでも書込み可能です。 ネット上に詳しい方法がたくさん見つかります。 初めてArduinoでAVRマイコンに触れるなら汎用のプログラムライタなんで持っていないのが普通でしょう。既存のArduinoを使う方法が正攻法だと思います。 結局のところ、ここでも鶏が先か卵が先か？・・・と言うような話しになるわけですね。 Arduino nanoの互換品はたいへん安価ですからまずは一つ買ってしまうと問題解決です。
参考・３：「びんぼうでいいの」用のブートローダが書き込まれたCPUが 欲しいけれど・・・。 プログラム書込み環境がないので困っているのでしたら、ATmega328Pをお送りいただければ書き込んでお返しします。必要でしたら遠慮なくどうぞ。
【
Arduino IDEで書込み成功】
写真はArduino-IDEの画面です。 こんどは「びんぼうでいいの」もArduino-IDEに認識され、定番の「L-チカ」プログラム（＝スケッチ）も無事に書き換えできました。 スケッチの一部をいじってうんと早いLEDチカチカを入れてみました。（笑）
こんどこそ成功です！
【
びんぼうでいいののセッティング】
Arduino-IDEで正常に認識されるようなボードなら自動で設定されるようです。 従ってメモっておく必要もなさそうですが、図のような設定で うまく動いてくれました。 但しCOMポートの番号は開発に使うパソコンによって個々に変化するでしょう。
ブートローダが書き込めた「貧乏Arduino uno」を何回かノートPCのUSBに付け外しして確認してみました。 何度やってみても正常に認識されるようですから問題なく使えそうです。 これで当面の目標である教材用のArduino unoと同等のものが手に入ったことになります。
☆
コラム：Arduino nanoで十分では？
手間をかけてArduino unoと互換の「びんぼうでいいの」を作ったのですが特にその必要はなかったのかも知れません。 Arduino nanoの互換基板があったわけですからそれを活かせば十分そうです。そもそも多少のハードの違いはカバーして動かせるのがArduinoの良さでしょう。nanoもunoもポートの引出しは概ね同じですから使う上の制限はほとんどないでしょう。オンボードのLEDは同じところに付いていますし、配線を引き出す際には同じ名称のポートを使えばOKです。
プログラムの学習や試作にはブレッドボードを使います。そのときには小さなサイズのArduinoが便利ですからたぶんnanoの方を多用するはずです。 いまでは中華通販のnano互換基板（←参考リンク）はATmega328Pチップ単品を秋葉原で買うよりお手軽なほどです。そのまま組み込みに使っても不経済ではありません。オンボードのUSB-IFが必要なければPro-miniならさらに小型です。こちらも安く出ていました。 もちろん、何かの都合でArduino unoと互換の基板が欲しくなったら書いてきた手順で作れるわけです。
【
L-チカ成功】
L-チカ のソースファイル（＝スケッチ）をいじって、チカチカの周期を変えたりして遊んでみました。
L-チカはマイコン遊びの第一歩です。 だれでもここまではやるようですがその先まで進むにはハードルは結構高いものでした。 しかし、Arduinoの場合、ハードウエアがある程度標準化されており、外付けする回路もだいたい定型化しているようです。 従ってそれを動かすプログラム（スケッチと言う）もネットに落ちている物が見つかればほとんど手直しせずに使えるでしょう。 あまりマイコンには詳しくなくても面白いものが簡単に作れる可能性があります。互換ボードがたいへん安価に手に入るのも有難いです。 まずはL-チカが第一歩ですが、何かマネをしてでも歩みを始めたいですね。
☆このBlogを作成するにあたり様々なサイトやBlogを参考にさせて頂きました。個々にリンクは致しませんが初心者向けの情報発信に感謝します。
☆
年末の予定とはぜんぜん違う方向へ行ってしまいました。 ダイオードDBMとかAD603などのアナログな話題を期待されていたようでしたら申しわけないです。 例によってマイコンやデジタルがテーマの時は敬遠ぎみかと思いますけれど・・・たぶんコメントも少々でしょう。無理に好きになっていただく必要もありませんので。（笑）
最近は思いついたり急に思い立ったようなテーマで何かランダムに始めるケースが多くなっています。アナログな話題も好きですからまたやりますので。 まあ遊びですからその時々で自分がオモシロイのが一番かと思ってます。
ノートPCとArduino、それに小さなブレッドボードと幾つかの電子部品があれば炬燵でチマチマ遊びを始められます。寒い冬の電子工作にはうってつけかも知れませんね。
少々周回遅れではありますがArduinoは最近話題のIoTとのからみでまた注目されてきたと言う話しも聞きました。AVRマイコンだけでなく、より高性能なARMマイコンを搭載したボードも激安で登場しています。 汎用の制御用マイコンと考えて工夫して作りたい人には便利でありがたい存在として定着したようです。 ソフトウエア資産がだいぶ溜まってきたArduinoはちょうど美味しい「旬」なのかも知れませんね。
それでアマチュア無線の視点で調べてみました。Arduinoを使ったいろいろなプロジェクトが世界中から検索ヒットします。 機能を定型化しやすいエレキーのようなものは完成度も高いようです。 ですが、いろいろ内容を見ると習作のたぐいが多いようでいま一つな感じでした。 それらを土台に自ら改造して行けば良いのでしょうが、こんどはプログラミングの知識を要求されます。意外にハードルは高いかもしれません。 Arduinoをいじることが目的ではありません。何かに活かすことです。 すこし遊んでみてこの先どのように使って行くのか構想してみたいと思います。 初心者に何かサジェスチョンなど頂けたらありがたいです。 ではまた。 de JA9TTT/1
（おわり）
