第17回 Raspberry Piの電源でLEDを1個光らせてみる

Raspberry Piの拡張コネクタには3.3Vと5Vの端子がありますので、それを電源として利用してLEDを光らせてみます。

準備

今回は実際に抵抗とLEDを使ってブレッドボード上に回路を組み立ててLEDを光らせてみます。

組み立てる回路はLEDを光らせるだけですが、この回路は天気表示にそのまま流用しますので、今回は晴れを表現する部分、次回は曇りを表現する部分を組み立てて、光ることを確認します。今回の確認は、プログラムでLEDの点滅はさせずに、単にRaspberry Piの電源につないで光らせるだけにします。ブレッドボードの組み立てに慣れていただくためです。

今回必要なものは以下の電子部品と工具です。なお、今回組み立てる部分は実際の作品の「晴れ」を表現する部分になりますので、自分で決めた色のLEDを準備します。特に小さい部品があるので、散らばらないようにトレーに入れておくことをお勧めします。また、抵抗を加工した時に余るリード線の切れ端は、ブレッドボードの配線に使用しますのでこれもトレーに入れてなくさないようにしましょうね。

  • ブレッドボード
  • 「晴れ」を表現するためのLED(1個)
  • 330Ω(橙・橙・茶)の抵抗(1本)
  • ジャンパワイヤー(オス-メスタイプ/2本)
  • ラジオペンチ
  • ニッパー
  • ピンセット(必要に応じて)

今回の説明は、以下の内容です。

  • ブレッドボードの復習
  • 回路の確認
  • Raspbery Pi拡張コネクタの電源確認
  • 実体配線図と電子回路図
  • ブレッドボードに回路を組み立てる
  • 動作確認する

部品と道具の準備はできましたか? それでは始めましょう!

 

ブレッドボードの復習

この入門記事でブレッドボードの説明をしたのですが、かなり最初の方(第6回)で説明したのでここでもう一度復習しておきます。(必要があればもう一度ブレッドボードの解説記事を確認してみてください。

ブレッドボードは部品を挿して回路を組み立てるためのもので、内部では以下のように接続されています。

Breadboard internal

この内部の接続状態を考えながら、この上の部品を配置して回路を作成していきますので、接続状態をよく理解しておきましょう。わからなくなったらこの図に戻って確認してみてください。

 

回路の確認

今回は晴れ用の色のLEDを一つ光らせるので、電池を使った実体配線図としては以下のようになります。

Circuit led battery

ただ今回は電源として電池ではなくRaspberry Piの拡張コネクタにある3.3Vの電源を利用しますので、以下のように接続します。今回、Raspberry Piの拡張コネクタにつなぐ端子ですが、プログラムで出力を制御するタイプではなく、常に3.3Vの電圧が出力されている端子を使います。プログラムでLEDを点滅制御するときには、ジャンパワイヤをつなぎかえます。

Circuit led raspi

上の図中に説明してありますが、マイナス側の端子は「Ground(グランド)端子」と呼ばれています。この呼び方は他にも「アース端子」「GND端子」などと表記されることもあります。これはRaspberry Piに限らず、一般的な電子回路での呼び方です。

前回、電源(電池)の回路記号を省略するときに、マイナス側に接続する電子回路記号が出てきましたよね。

Circuit gnd

これらも「グラウンド」「アース」「GND」と呼ばれます。

 

Raspbery Pi拡張コネクタの電源確認

次にRaspberry Piの拡張コネクタの電源を確認していきます。

Rasbperry Piの拡張コネクタの各端子(ピン)には番号が付いています。Raspberry Piの裏側から拡張コネクタを見ると、一箇所だけ四角い端子があります。

Raspi backside

これが1番ピンです。2番以降の番号は、1番ピンからだんだん離れるように割り振られています。

Raspi backside numbering

このような要領で40番まで割り振られています。

今後、拡張ピンとブレッドボードを接続しやすくするため、Raspberry Piは天地逆向きに置いて作業します。そのため説明の図もRaspberry Piを逆向きに置いた状態で説明します。

今度はRaspberry Piの拡張コネクタを表面から見た場合のピン番号を以下の図にまとめます。

Raspi front numbering

ピン番号については確認できましたでしょうか。それでは次に電源端子がどこにあるのか以下の図に示します。

Raspi front power pins

グランド端子がたくさんありますよね。これには理由がありますが、理解するにはもうちょっと知識が必要ですので、次回詳しく説明します。

今回は3.3Vを使用しますので、プラス側は1番の3.3V端子、マイナス側は39番のグラウンド端子を使用することにします。この端子であれば端にありますのでわかりやすいと思います。

Raspi power

 

実体配線図と電子回路図

それでは今回作る回路の実体配線図と電子回路図を確認しましょう。

今までの内容をまとめると、実体配線図は以下のようになります。特にLEDの接続向きに注意してください。

Circuit real

電子回路図は以下のようになります。

Circuit diagram

Raspberry Piの拡張コネクタへの接続はもっといい描き方がありそうですが、とりあえずこんな感じにしておきます。

それでは、この回路をブレッドボードに組み立てましょう!

 

ブレッドボードに回路を組み立てる

回路を組み立てる前に、完成した際の配置を考慮しながら作業を進めていくことにします。

今回は以下のように完成させる予定です。

Completed circuit

これをブレッドボード上で実現するには、例えば以下のように接続すればOKです。

Bb sample

なお、この配線でなくても左端の方にLEDと抵抗を置いて、電気的に接続が問題なければ他のパターンでも構いませんが、今後LEDを並べていきますので、横にスペースを取らないようにしておきます。例えば以下のような接続も正しいですが、

Bb sample 2

このあと横にLEDをどんどん並べていきますので、縦長になるように配置したほうがよさそうですよね。

それでは最初に示した配置になるように部品を加工して組み立てていきましょう。

まず抵抗から加工していきましょう。

ブレッドボードにうまく電子部品を挿せるように、最終的に抵抗を以下のように加工します。

Resistore cut final

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。

Resistor memo

次にラジオペンチで曲げる位置をはさみます。

Resistor fix

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を90度程度曲げます。

Plier bended

もう片方のリード線も同様に曲げます。

Resistor bended

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。

Leadline cut

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。

Resistore cut

なお、余ったリード線はあとで使用するので保存してきます。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。

次はLEDを加工します。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。

Led cut

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。

最後にRaspberry Piとブレッドボードをジャンパワイヤで接続します。Raspberry Piの電源はOFFにした状態で作業してください。

1 led wired

これでブレッドボードの組み立てが終わりました。

 

動作確認する

準備ができたら、Raspberry Piに電源をつなぎます。こんな感じで光りましたでしょうか。

1 led 3v3

それでは次に電源の電圧を変えてみます。Raspberry Piの拡張コネクタは3.3Vと5Vが常時供給されているピンがありましたよね。2番ピンと4番ピンです。

Raspi front power pins

ということで、このまま5Vのピンに繋ぎ変えてみます。ジャンピワイヤを繋ぎかえる時は、Raspberry Piを固定するように左手で注意深く押さえましょう。今1番ピンにつなげているジャンパワイヤを2番ピンに繋ぎ変えます。

1 led 3v3 5v0

5Vの電源につなげると明るくなりましたよね。当たり前ですが。。。

1 led 5v0

なんか朝日みたいな光り方になってますね。

なお、これから作業をしていく上で、ジャンパワイヤを繋ぎかえる時は、必ずメス側のコネクタを先に外すようにしてください。オス側を先に抜いた場合、それが拡張コネクタや他の部品に触れるとRaspberry Piにダメージを与えてしまう可能性があるためです。

Jumper wire notice

確認が終わったらジャンパワイヤのメス側コネクタを抜きます。

次回から、2回に分けて(予定)、LEDに接続する抵抗の値の計算方法を説明します。

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  • Hiroshi Imura

    素晴らしく丁寧な説明ですね。
    参考になります。
    有難うございます!

    • claynets

      コメントどうもありがとうございました。
      これから回路はそれほど難しくないと思いますが、
      プログラムは難しくなってきますので、わからないところなどありましたらご質問ください。

  • キャップ

    ブレッドボード上の配置の綺麗さに感動しました。
    細かいことですが、リード線の切り方もこだわっていてすばらしいです。

    • claynets

      コメントいただきどうもありがとうございます!

      ブレッドボードはジャンパワイヤで接続すると楽なんですが、配線数が多いと、あとから見直しが大変なんですよね。ってことで、いつもワイヤを使って後から配線の確認をしやすくしてるだけなんです。自分はセンスがないので、もっと綺麗な配線ができると思います(笑。