2022年04月01日 12時00分

マイコンボードってなに? おすすめのボードも紹介

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マイコンをつかって電子工作をしたいなら、マイコンボードの利用がおすすめです。「マイコンボードって何?」「マイコンボードって何ができるの?」と疑問をもつ人に向けて、マイコンボードについて詳しく解説します。また、プログラミング教育に役立つおすすめのマイコンボードもご紹介するので、ぜひ参考にしてください。



マイコンボードとは

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マイコンに最低限のハードウェアを付与してまとめたもの

マイコンボードとは、プログラム開発ができるように予め最低限必要なハードウェアをボードに組み込んだものです。

マイコンには1個の部品(LSI)があり、さらにいろいろなハードウェア(装置)を組み込むことで仕事をさせることができます。しかしマイコンを使うには、他の部品と組み合わせた回路の設計から基盤への実装、プログラムの作成および転送まで、すべて自分で行わなければなりません。

そこで、マイコンと最低限必要なハードウェアを予め付与し基盤へ実装されたものがマイコンボードです。マイコンボードを使えば、プログラムを作成し転送するだけで目的の仕事をさせることができます。

マイコンボードの構成

マイコンボードによって違いがありますが、マイコンの他、操作スイッチやLEDランプが組み込まれています。また、各種センサーなどの機器と接続するための拡張ポートを備えているものもあります。

さらに最近のマイコンボードでは、パソコンや周辺機器と接続するためのUSBポートや、ディスプレイと接続するビデオ出力端子、Wifi・Bluetoothなどの通信機能なども備わっています。

マイコンボードの種類

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マイコンボードには、見た目はほぼ同じですが機能が異なる2つの種類があります。

ワンボードマイコン

「ワンボードマイコン」とは、1つの基板上に、最低限の入出力装置と電子部品が付けられたマイコンです。汎用的なOSを搭載しないため、マイコン上でプログラムを開発することができません。統合開発環境(IDE)をインストールしたパソコンでプログラムを開発し、マイコンに書き込むことによってマイコンを動かします。

元々は、CPUやRAM、ROMなどの処理装置を搭載した1つのICチップ「ワンチップマイコン」を使いやすくするために機能追加したものです。小型で消費電力が低くバッテリー電源で長時間稼働できるという特徴があり、主な利用用途としては、ロボットや電子機器に組み込んで利用します。

代表的なワンボードマイコンは、オープンソースとして公開されている「Arduino」があります。

シングルボードコンピュータ

「シングルボードコンピュータ」とは、ワンボードマイコンと同様の構成であるものの、OSを搭載しているという点が特徴です。そのため、キーボードやディスプレイを接続すれば、パソコンとほぼ同じことができます。IDEをつかってシングルボードコンピュータ上でプログラムを開発し、そのまま実行できます。

小型で安価、かつパソコンと同じことができる高性能という特徴です。プログラミング教育や自作パソコン、IoT分野などで利用されています。代表的なシングルボードコンピュータとして、2012年に登場した「Raspberry Pi」があります。

ワンボードマイコンとシングルボードコンピュータの大きな違いは「汎用的なOSを搭載しているか」という点です。

マイコンボードの例

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Arduino

Arduino(アルディーノ)は、AVRマイコンや入出力ポート等を備えたオープンソースのマイコンボードです。統合開発環境「Arduino IDE」とセットであり、Arudinoを動かすためのプログラムはArduino IDEで作成します。

Arduinoは2005年に発足したArduino開発プロジェクトによってイタリアで開発されました。プログラミング学習用途からハードウェアのプロトタイピングまで幅広い用途で利用されています。

Arduino IDEは無料で提供されており、C言語ベースのシンプルなプログラミング言語でプログラミングできることから学習を始めやすいという点も特徴です。

Raspberry Pi

「Raspberry Pi」(ラズベリーパイ)はイギリスのRaspberry Pi財団がコンピュータ教育向けに開発した「シングルボードコンピュータ」です。2021年5月時点で累計販売台数は4,000万台以上であり、世界中で普及しています。日本では「ラズパイ」とも呼ばれます。

当初は子供向けのプログラミング教育が目的で開発され、電子工作や組込みプログラミングを学ぶための教材として扱われました。

Raspberry Piは、主に以下の特徴をもっています。

・基本構成は一般的なパソコンとほぼ同じであり、周辺機器を接続すればパソコンとして使える

  • 専用のLinux OS「Raspbian」がある
  • GPIOポート(汎用ソケット)を搭載し、自由に拡張が行える
  • 消費電力が少ない

これらの特徴から、プログラミング教育だけでなく電子工作やサーバーなど、幅広い用途で利用されています。

micro:bit(マイクロビット)

イギリスのBBCが中心となって開発された、手のひらサイズほどのコンパクトな教育向けマイコンボードです。過去にイギリスでは11歳〜12歳の子供たち100万人ほどへの無償配布なども行われており、プログラミング学習で利用されています。

マイコンボードにはLEDディスプレイと2つの入力ボタンが搭載されており、自由に文字や画像を表示できます。また、各種センサーを接続することで動きや光、温度等を検出し、それらを利用したプログラムを組むことで様々な表現を実現可能です。

プログラミングにはビジュアルプログラミング言語であるMicrosoft MakeCodeやScratchが利用できるだけでなく、テキストプログラミング言語のPythonでも開発できます。さらに初等・中等などカリキュラムも用意されており、子供たちの習熟度にあわせて計画的な学習を行えます。

Arduinoでできること

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Arudinoは拡張パーツが豊富にあるため、センサーなどを取り付けることでさまざまな用途に利用できます。

・ドローン

Arudinoに加速度センサーやジャイロセンサーなど、各種センサーを取り付ければ、ドローンを自作できます。

・リモコン

Arudinoに赤外線を発する赤外線LEDを取り付ければ、電子機器を操作できるリモコンが作成できます。たとえばエアコンやTVなどの赤外線信号を読み取り、プログラミングすれば、ArudinoでエアコンやTVを操作できます。

・ラジコン

ArudinoにモーターやLEGOブロックのパーツ、モーターに角度などを制御できるサーボモーターを取り付ければ、ラジコンカーを作成できます。サーボモーターで角度調節することでなめらかなステアリングを実現できます。

以上のように、Arudinoにパーツを組み合わせることで電子機器を作ることが可能です。Arudinoはシンプルな構成で壊れにくく、単純な処理を行うのに向いています。OSを持たずメモリ容量も小さいこともあり、マルチタスク(複数の処理を同時に行う)などの複雑な処理には向いていません。

Raspberry Pi でできること

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Raspberry Piはパソコンとほぼ同等の機能を持ち合わせており、複雑なプログラミングの実行やマルチタスク処理に向いています。単体でWi-Fiを始めとした通信を行う機能も持っているため、インターネットに接続するような電子工作も作成できます。

Raspberry Piを使えば、以下のようなことが可能です。

・音楽プレイヤー

Raspberry Piの種類の1つ「Raspberry Pi Zero」を使えばMP3プレイヤーを作成できます。

Raspberry Piは小型で持ち運びしやすいという特性を活かして、どこでも好きな音楽を聴くことができます。

・ラジオ

Raspberry Piのインターネット通信機能を利用すれば、インターネットラジオを聞くことができます。「Pirate Radio」というRaspberry Pi を使った小型インターネットラジオプレイヤーを作成できるキットもあります。

・モバイルルーター

「Raspberry Pi 3」と格安SIMがあれば、Raspberry Piにある通信機能を利用してモバイルルーターを作ることができます。Raspberry Piは小型かつ安価であるため、市販のモバイルルーターよりも安くて持ち運びしやすいモバイルルーターを作ることも可能です。

・監視カメラ、ドライブレコーダー

「Raspberry Pi Zero」とカメラモジュールを組み合わせることで、監視カメラやドライブレコーダーを作成できます。カメラは市販のカメラでもかまいません。一定時間ごとに静止画撮影や動画撮影を行うことで、万が一の記録や証拠として利用できます。

・各種サーバー

Raspberry Pi はLinux OSが組み込まれているため、サーバーとして利用できます。大容量のディスクと組み合わせればファイルサーバーとして、メールソフトウェアをインストールすればメールサーバーとしても利用できます。また、通信機能を利用すればオンラインストレージを構築することも可能です。

OSがあるということは、その上で実行されるソフトウェアを自由に変えられるということです。プロジェクト管理ツールやネットワーク監視ツールを実行すれば、サーバーとして機能します。

プログラミング教材のマイコンボード「SPACEBLOCK」

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STEAM教育に対応

SPACEBLOCKは、世界で広がっている「STEAM教育」に対応しています。STEAM教育とは科学(Science)、技術(Technology)、工学(Engineering)、アート(Art)、数学(Mathematics)の5つの単語の頭文字をとったもので、各領域を横断的に学ぶ教育理念のことです。

体験を通じて知識を深めるだけでなく、自由な発想で創造し、問題解決を行うための手段を身につけます。AIやIoTなど情報技術が発展していく中で、これらを上手に活用していくために、STEAM教育が世界中で注目されています。

SPACEBLOCKはSTEAM教育に対応し、プログラミングを通して自由に創造し、また問題解決を行う力を育む教材です。

ビジュアルプログラミング言語を使用

SPACEBLOCKでは、パソコンやタブレットでプログラムを作成し、SPACEBLOCKに転送することで動作します。このプログラムは、ビジュアルプログラミング言語を使って作成します。

ビジュアルプログラミング言語はプログラマーが扱うプログラミング言語とは異なり、命令ブロックをドラッグ&ドロップして処理を組み込んでいきます。キーボードを叩いて文字を入力していくものではないため、子供でも簡単にプログラミングできます。

ビジュアルプログラミング言語は子供向けプログラミング教材で利用されることが多く、Scratchもビジュアルプログラミング言語の1つです。

さまざまなモジュールを利用可能

SPACEBLOCKはモジュールを追加で組み込むことで表現を豊かにできます。例えば「8x8 RGB LEDマトリックスパネル」と接続すれば、大きなLEDパネルに文字や画像、アニメーションなどを表示できるようになります。

他にも、センサーモジュールを追加すれば明るさや温度、音、水位、土壌水分などを数値化し、それらを利用したプログラミングを組むことができます。例えば、明るさを変えたり、音を変えたりすることで、異なる結果を出力するといったプログラムが作成できるようになります。

センサーモジュールを利用することで、さらに自由度が拡がります。この拡張性の高さもSPACEBLOCKの特長の1つです。

マイコンボードをつかって電子工作をしてみよう

マイコンボードは、小さいながらパソコンに近い性能を持ち、プログラミングを行うことでいろいろな動作を行うことが可能です。その用途は幅広く、電子工作やプログラミング教材の他、産業分野で使われることもあります。

マイコンボードは安価で手に入るだけでなく、拡張用のパーツや関連情報も豊富にあります。電子工作の方法をインターネットで検索してみるのもよいでしょう。

コンピュータの仕組みを知りたい、プログラミングを勉強したいと思う方は、マイコンボードを使ってみてはいかがでしょうか。子供向けプログラミング教育には、SPACEBLOCKがおすすめです。

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