Raspberry Pi Picoを使ったブレッドボード電子工作

おそらく、あなたは電子機器の内部を触ったことがあるでしょう。学校で、あるいは家で少しいじっていたかもしれませんので、基本は理解している可能性が高いでしょう。しかし、自分で電子回路を試作したことはありますか？ブレッドボードが非常に役立つ場面です。

ブレッドボードは、電子回路を簡単に作ることができる、手頃な価格で一時的なデバイスです。芸術家が芸術作品を制作する前にスケッチを描くように、ブレッドボードは回路を「スケッチ」するために使われます。部品をブレッドボードに配置し、ブレッドボードの穴を使って部品間の一時的な接続を作成します。Raspberry Pi Picoなどのマイクロコントローラーをブレッドボードに挿入して回路を組むこともできます。

それでは、ブレッドボードを分解して、その仕組みを学び、ブレッドボードを使用して Raspberry Pi Pico を使用した簡単なプロジェクトを設計してみましょう。

ブレッドボードは何をするのですか?

Raspberry Pi Picoを使ったブレッドボード電子工作 — （画像提供：Tom's Hardware）

ブレッドボードの考え方は非常にシンプルです。ブレッドボードには、電気的に接続された小さな穴が縦横に並んでおり、そこに部品を挿入して接続することができます。

ブレッドボードにはどんな種類がありますか?

ブレッドボードにはさまざまなサイズと形状があり、接続穴の配置もさまざまです。

一般的で便利なブレッドボードには、長辺に沿って接続された列があり、多くの場合、赤線と黒線でマークされています。これらはレールと呼ばれ、電圧（Raspberry PiやArduinoの場合は3～5V）とGNDへの接続を目的としています。電源から電源とグランドを接続すると、対応するレールのすべてのピンが対応する電圧/GNDピンになります。このタイプのブレッドボードはかなり長いことが多いですが、同じ機能を備えたはるかに小型のハーフブレッドボードも購入できます。

ミニブレッドボードなどの他のタイプのブレッドボードにはレールはありませんが、行と列の構造は保持されます。

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ブレッドボード上のすべてのピンは、行と列の配置になっています。列にはアルファベット、行には番号が振られています。つまり、A1はボードの左上、上の図ではJ1は右上になります。

行は互いに接続されているため、GND レールから行にワイヤを使用すると、その行のすべてのピンが接続されます。

しかし、ブレッドボードには列に切れ目があります。ボードの中央には溝があり、これがボードの左右を分割しています。この切れ目によってプロジェクトのプロトタイプ作成のためのスペースが確保されますが、もし溝をブリッジする必要がある場合は、ジャンパー線を使って2列を接続できます。

ブレッドボードはどのように機能するのでしょうか?

ブレッドボード内部では、各列は小さな導電性の金属ストリップを介して接続されています。

ストリップはU字型に折り畳まれており、ブレッドボードのプラスチック穴に挿入されたワイヤ、ピン、または部品の脚を軽く掴む役割を果たします。つまり、同じストリップに挿入されたすべてのアイテムは電気的に接続されます。

ブレッドボードでLEDを点滅させる

このプロジェクトの目標は、ブレッドボードの仕組みを理解し、ブレッドボード上で小さな回路を実際に作ってみることです。Raspberry Pi Picoを使って外付けLEDを点滅させます。

このプロジェクトに必要なものは

ハーフサイズまたはフルサイズのブレッドボード
オス-オスジャンパーワイヤー3本
LED
330オーム抵抗器（オレンジ-オレンジ-ブラウン-ゴールド）

1. Raspberry Pi Picoをブレッドボードに挿入します。ピンの位置を合わせ、曲がったり潰れたりしていないか確認してください。Picoのピンがブレッドボード中央の隙間の両側にあることを確認し、反対側のピンが接続されていないことを確認してください。多くのブレッドボードでは、ピンホールの各列に番号が振られているので、後で接続を追跡しやすくなります。もう1つの便利な方法は、Picoの最初のピンがブレッドボードの最初の穴列を使用するようにPicoを配置することです。これにより、ピンを簡単に追跡したり数えたりすることができます。

2. Raspberry Pi PicoのGNDからマイナスレールにワイヤを接続します。USBケーブルをPicoに接続し、電源を入れると、このレールに接続されているすべての電源がマイナスまたはグランドに接続されます。接続数を増やす必要がある場合は、ブレッドボードの片側にある電源レールを反対側にある電源レールにジャンパー線で接続して拡張できます。

3. 2本のリード線を別々の列に並べ、 LEDを挿入します。LEDは特定の方法で接続する必要があります。プラス極（LEDのアノードに接続）は常に長い方のリード線です。短い方のリード線（LEDのカソードに接続）はマイナス極（GND）です。

4. LEDをグラウンドレールに接続します。ジャンパー線を使用して、LEDのマイナス端子を、先ほどPicoに接続したグラウンドレールに接続します。

5. 330Ωの抵抗を介してLEDをピン28に接続します。抵抗の片方の端を、LEDのプラス端子に接続されたブレッドボードの列に接続します。抵抗のもう一方の端は、未使用のブレッドボードの列に挿入します。別のジャンパー線を使用して、抵抗をRaspberry Pi Picoのピン28に接続します。

コードでLEDを制御する

1.お使いのオペレーティングシステム用のThonny をダウンロードしてインストールします。

2. microUSB ケーブルを使用して、Raspberry Pi Pico をコンピューターに接続します。

3. Thonny を開き、「ツール」>>「オプション」をクリックします。

4. 「インタープリター」タブをクリックし、インタープリターがMicroPython（Raspberry Pi Pico）に設定されていること、USBシリアルデバイス（Pico）が表示されていることを確認します。「OK」をクリックしてエディターに戻ります。PicoのCOMポートは、デバイスマネージャー、またはこちらの便利なツールで確認できます。

5. エディターで、GPIO (マシン) と時間 (utime) を操作するための 2 つの MicroPython ライブラリをインポートします。

from machine import Pin
import utime

6. GPIO 28を出力に設定するために使用するオブジェクト「led」を作成します。ピンは入力または出力にすることができます。ピンが出力の場合、接続されたコンポーネント（この場合はLED）に電流を送ることができます。

led = Pin(28, machine.Pin.OUT)

7. LED がオフになっていることを確認します。

led.low()

8.テストコードを継続的に実行するためのループを作成します。

while True:

9.ループが繰り返されるたびにLEDのオン/オフを切り替えるには、toggle関数を使用します。toggle関数はLEDの状態を現在の状態とは反対に設定します。つまり、onはoffに、offはonになります。これはコードを1行節約できる便利な関数です。

 led.toggle()

10.コードに2秒間の一時停止を追加します。これにより、LEDが2秒間ずつ点灯と消灯を繰り返します。

 utime.sleep(2)

11. [保存] をクリックし、コードを blink.py として Raspberry Pi Pico に保存します。

12. 「実行」ボタンをクリックしてコードを実行します。LEDが点滅するはずです。エラーが発生した場合は、エラーメッセージを読んでエラーが発生した場所を特定してください。Picoが切断されているように見える場合は、「停止」をクリックして再接続してください。

完全なコードリスト

from machine import Pin
import utime
led = Pin(28, machine.Pin.OUT)
led.low()
while True: led.toggle()
utime.sleep(2)

ブレッドボード上での接続方法を習得すれば、非永続的かつ再構成可能な回路を簡単に作成・実験できます。ブレッドボードは広く入手可能で手頃な価格なので、複数のプロジェクトを同時に進めたり、プロトタイプをブレッドボード上に残しておきながら、別のバージョンを組み立てたりするために、いくつか集めてしまうことも珍しくありません。