今回は、今まで説明したLED、抵抗、電池とブレッドボードを使ってLEDを光らせてみます。
今回の説明
PICマイコン電子工作入門の基礎編では、以下の順序で説明しています。この記事の説明は(1)「LEDを電池と抵抗のみで光らせる回路を組み立てる」の部分になります。
- LEDを電池と抵抗のみで光らせる回路を組み立てる
PICマイコンの回路を組み立てる前に、まずはブレッドボードに慣れておくことにします。電池、抵抗、LEDのみを使って、ブレッドポード上に回路を組んでLEDを光らせてみます。ここでは電池、抵抗、LEDの回路記号と回路図の説明をして、回路図からブレッドボードに組む方法を説明します。まずはブレッドボードに慣れましょう! - PICマイコンのベース回路を組む
はじめの一歩の回路は、LEDを1秒に1回光らせるだけの回路です。この回路をブレッドボードに組み立てます。 - プログラムを作る
LEDを1秒に1回光らせるプログラムを作成します。 - PICマイコンに書き込んで動作させる
作成したプログラムをPICマイコンに書き込んで動作させてみます。 - ベース回路にスイッチを追加
LEDの点滅をスイッチで開始させるために、ベース回路にスイッチを追加します。これまではLEDを光らせる、という出力制御をしましたが、今度はPICマイコンで外部から信号を入力する方法を確認します。 - ベース回路にブザーを追加
スタートスイッチ付きの、1秒に1回光らせる回路を作りましたので、ブザーを追加してタイマーとして完成させます。
LEDを光らせる回路
前回の説明で、LEDは電池に直接接続することはできず、電流を制限するために抵抗が必要なことを説明しました。では具体的にどのように接続すればよいのでしょうか。
LEDを光らせるためには、電池と発光ダイオードの間に抵抗を接続すればOKです。
前回説明しましたが、発光ダイオードの接続の向きに注意しましょう。またこのシリーズの製作は、電源として約5Vを使用します。この例では充電式電池を使用しますので、電池は4本になります。(使い捨ての1次電池の場合は3本になります)
このように接続すれば、(安全に)LEDを光らせることができます。なお、実際には電池の部分は電池ボックスを使いますので、この以下のように接続することになります。
電池ボックスから2本の線がでていますが、赤と黒の場合、赤がプラス、黒がマイナスになります。
この電池ボックスは赤と黒が使用されていますが、この色の組み合わせ以外にも赤と青の場合もあります。この場合は赤がプラス、青がマイナスになります。(赤がプラス、というのが慣例ですので覚えておくとよいと思います)
上のイラストのように、実際の部品の絵を使って接続を表したものを実体配線図と呼びます。実際の電子工作ではこのような実体配線図ではなく、回路図で示されることが多いです。このシリーズでもあとで回路図のみの説明が出てきますので、回路図も読めるようにしておきましょう。
前回の説明で、電池、抵抗、発光ダイオードの電子回路記号を説明しました。回路図はそれらを線で接続すればOKです。具体的には以下のようになります。各部品を線でつなげばOKです。
抵抗値の単位はΩと決まっていますので、回路図には数字のみ書かれることがあります。またLEDのAとKは回路記号から明らかですので通常は表記されません。電池が複数ある場合はきちんと個数分を表記するケースもありますし、省略して1個しか表記しないケースもあります。
実体配線図と回路図については、片方の図からもう片方の図に頭の中で変換できるように練習しておきましょうね。いずれ回路図を元に配線をする機会がでてくると思いますよ。
ブレッドボードに回路を組み立てるには
次にこの回路をブレッドボードに組み立ててみましょう。実際の組み立ての前に、どのように部品を配置すればよいか考えます。
ブレッドボード内の配線は前回説明したとおりです。また電子部品はブレッドボードの穴に挿せば接続できます。
どのように部品を挿せば(配置すれば)よいか、答えはひとつではありません。ここでは例をいくつか説明します。絶対これから説明するように配置しなければいけない、ということはありません。
例えばこのように接続すればOKです。
まず電池ボックスから電源を接続しますが、ブレッドボードのプラスラインとマイナスラインに接続するようにします。今回は回路が簡単ですので、このように接続しなくても回路を組めますが、このあとだんだん部品が増えてくるとこのように接続した方が効率がよくなります。
あとは回路図どおり（実体配線図どおり）に接続できるように配置します。なお、端子番号（穴の番号）が a-9 からマイナス電源側に接続がありますが、これは電線をこの長さに切って使用します。具体的な加工方法は後ほど説明します。なお、発光ダイオードの差す向きには注意してください。
電池のプラスから、抵抗を通って、発光ダイオードのアノード側に接続、その後発光ダイオードのカソード側から電池のマイナス電源に接続されているか十分確認しましょう。
ところで、上の配線以外にも以下のような配線もできます。
この場合、最初の配線に必要だった電線は必要なくなります。今回の説明では、電線の加工の仕方も説明しますので、最初の配線パターンですすめます。
ここで説明した配線の他にも、部品の配置する場所が違ったり、配線が違ったり、いろいろなパターンがあります。ポイントは、組み立てるときに回路図どおりに部品が電気的に接続されているかどうかです。
ここまで、実体配線図、回路図、ブレッドボードの配線図がでてきましたが、それぞれ変換ができるようにしておきましょう。
抵抗の加工
ブレッドボードにうまく電子部品を挿せるように、まず抵抗から加工していきましょう。
最終的に抵抗を以下のように加工します。
それでは順を追って加工の手順を説明します。
まず、抵抗のリード線を曲げる必要がありますが、どの辺で曲げたらよいかを確認します。確認は抵抗をブレッドボードの配置する予定のところ、または同じようなところにおいて、曲げる位置を確認します。
慣れないうちは曲げる位置にペンなどで印をつけておくとよいと思います。何度かやっているうちに感覚がつかめてくると思います。
次にラジオペンチで曲げる位置をはさみます。
ラジオペンチあとは抵抗を持ち、ラジオペンチを回転させてリード線が90度曲がるようにひねります。
もう片方のリード線も同様に曲げます。
なんか左側の曲げ方が甘いですが、気にしないで進めます。次はリード線をニッパーで切断します。リード線の長さはだいたい7〜10mm程度になるようにします。切断するときの注意ですが、ニッパーを斜めにして切るようにします。
この図で赤線の方向に切るようにします。必ずしもこのようにする必要はありませんが、このように切ると、切った先が鋭くなってブレッドボードに差しやすくなるためです。両方のリード線をこのように切断します。
なお、余ったリード線は保存しておいてください。ブレッドボードの短い距離を接続したり、将来ハンダ付けするときに配線として利用できるためです。
これで抵抗の加工が終わりました。
LEDを加工する
LEDも抵抗のリード線を切断したときと同様に、7〜10mmぐらいになるようにニッパーで斜めに切断します。なお、発光ダイオードは向き(極性と言います)がありますので、長短がわかるようにしておきます。
これはわかりやすく長さにかなり差を持たせていますが、自分でわかる程度の差があればよいと思います。これで発光ダイオードの加工は終わりです。
電線を加工する
最後に電線を加工します。電線は単線の0.65mmを購入しました。まず電線の片方をワイヤストリッパの「0.65」という表示の穴のところにおいて7〜10mm程度被覆を取ります。
片方の被覆を取ったら、どのくらいの被覆を残せばよいか、ブレッドボードにのせて確認します。このとき、だいたいの位置を覚えるか、ペンなどで印をつけます。また、私の場合はニッパで軽く挟んでくぼみを作っています。下の画像でわかりづらいかもしれませんが、被覆にくぼみをつけています。
必要な被覆の長さがわかったら、さらにブレッドボードに差す分の7〜10mmを残してニッパーで切断します。切断したらもう片方の被覆をワイヤストリッパで取ります。
なお、この長さはかなり短いため、手で押さえてワイヤストリッパを使うとうまく被覆を取ることができませんので、私の場合、ラジオペンチで挟んでおさえてワイヤストリッパで被覆を取るようにしています。
もう片方の被覆を取るとこのようになります。
あとはラジオペンチで線を曲げて、配線用の電線の出来上がりです。
不器用なので長さが違っていますね。このような時は気にしないようにしましょう。
ブレッドボードに部品を配置する
以上で部品の加工が終わりましたので、始めに考えた配置で各部品をブレッドボードに差し込みます。
このような感じになると思います。
電源をつなげて発光ダイオードを光らせる
あとは電源をつなげて動作するか確認します。
ブレッドボードのプラスラインとマイナスラインに電池ボックスから伸びているリード線をブレッドボードのプラスの列とマイナスの列に挿します。
この電池ボックスにはスイッチが付いていますので、まだ光りません。スイッチを入れて光ることを確認します。
うまく光りましたか? うまく光らなかったら、もう一度ブレッドボード上で、回路図通りの接続ができているか確認しましょう。
またうまく光った場合、今度は抵抗の向きを変えて接続したり、発光ダイオードの向きを変えて接続したりして、各電子部品の特性を調べてみましょう。
抵抗の値を大きくすると電流は少なくなるのか実験する
今回、330Ωの他に10kΩの抵抗も購入してありますので、330Ωの抵抗を10kΩに変えるとどうなるか実験してみましょう。やり方は簡単ですよね。10kΩの抵抗を330Ωの抵抗と同じように加工して、330Ωの抵抗と入れ替えればOKです。
330Ωの抵抗を10kΩに変えると、流れる電流は少なくなるはずです。LEDの明るさは電流の大きさに比例しますので、10kΩの抵抗にした場合、LEDの光り具合は暗くなるはずです。では、抵抗を10kΩに入れ替えてスイッチをONにしてみると…
かすかに光ってます。画像では光がないように見えますが、実際にはかすかに光ってる、という感じでした。超高輝度LEDを購入された場合はもうちょっと明るく光るかもしれません。
前回と今回の手順で、LEDの光らせ方、ブレッドボードの使い方、また回路図と実体配線図の関係をみてきました。特にブレッドレボードには十分に慣れておくようにしてください。なお、今回加工した部品は、このままの状態で今後も使いますので、なくさないようにとっておいてください。
これまでの知識をベースに、次回からはPICマイコンのベース回路を作成します。
更新履歴
| 日付 | 内容 |
|---|---|
| 2016.6.14 | 新規投稿 |
| 2018.10.29 | 一部の図を差し替え |
| 2024.8.12 | 一部表現を変更 |