第1回　LED

1．やってみよう

(1) 図1に示す実験回路を作りなさい。

図1．実験回路

(2) Arduinoのプログラミング環境に、つぎのプログラムを入力しなさい。

void setup()
{
  pinMode(13, OUTPUT);
}
 
void loop()
{
  digitalWrite(13, 1);
  delay(1000);
  digitalWrite(13, 0);
  delay(1000);
}

(3) 書き込みボタンを押してプログラムを実行し、LEDが1秒ごとに繰り返し点滅することを確認しなさい。

2．解説

　図2(a)に示すように、D13端子に1を出力し、D13端子の電位を5Vにすると、アノードからカソードに向かって電流が流れることになり、LEDは発光することになる。一方、図2(b)に示すように、D13端子に0を出力し、D13端子の電位を0Vにすると、アノードとカソードの電位は等しくなり、電流が流れなくなるため、LEDは発光しない。

図2．ディジタル出力：(a) 1が出力される場合, (b) 0が出力される場合

　このプログラムは、digitalWrite関数を使ってD13端子に0または1のディジタル信号を出力した後、delay関数を使って1000ms、すなわち1秒間の時間待ちを行うことで、一定の時間間隔でLEDを点滅させるものになっている。

　LEDの明るさはLEDに流れる電流の大きさに比例する。そのため、電流を大きくするとLEDはそれだけ明るく発光することになるが、電流を大きくしすぎるとLEDは壊れてしまうことに注意しなければならない。

　明るさや色など、LEDにはさまざまな種類があり、それぞれ違いはあるが、LEDに流すことができる電流の上限は、一般に10mA程度になっている。こうした条件を考慮し、LEDを保護するため、LEDに流れる電流を制限するのが、マイコンボードに抵抗を接続する理由になっている。

　LEDを発光させるのに必要な電圧は、一般に2V程度になっている。そのため、図3に示すように、LEDに直列に抵抗を接続すると、電源の電圧が5Vのとき、抵抗には3V程度の電圧がかかることになる。このとき、抵抗の値を2kΩとすると、LEDに流れる電流は「オームの法則」から1.5mAと計算することができる。

図3．LEDに直列に抵抗を接続したときの電圧と電流の関係

3．課題

(1) 3個のLEDを組み合わせてさまざまなパターンで発光させるプログラムを作りなさい。

(2) フルカラーLEDを使って、1秒ごとに、消灯、ブルー、レッド、マゼンタ、グリーン、シアン、イエロー、ホワイトの順番で色を変化させるプログラムを作りなさい。

4．ヒント

　UNOの場合、ディジタル出力に対応しているのは、基本的にD0端子からD13端子まで、14個のディジタル端子になっている。3個のLEDを発光させるには、D13端子のほかに、D12端子やD11端子など、ほかのディジタル端子にもLEDを接続する必要がある。

　フルカラーLEDは、ひとつのパッケージのなかに、R（レッド）、G（グリーン）、B（ブルー）のLEDをまとめたものになっている。図4に示すように、こうした光の三原色を混ぜ合わせると、さまざまな中間色を発光させることができる。

図4．フルカラーLEDによる中間色の発光

Last Modified: May 10 12:00 JST 2016 by Naofumi Aoki
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