はじめに

　マイコンボードA33Fは主にロボット製作用として作られており、一般的なマイコンボードと比べてロボット製作に必要な機能が数多く付いております。これらの機能は専門的な知識が必要ですが、本ページ以降のA33Fのページではビギナーの方にも理解できるよう、説明していきます。

　まずは、電源についてです。電源はマイコンボードに限らず、サーボモータやセンサーなど電子回路の基本です。

　尚、ビギナーの方はなるべく手順に沿って（サンプルプログラムページのもくじ１）から順番に）作業を進めてください。よく理解しないまま進めるとボードもしくは接続した機器の破損につながりますのでご注意願います。特に、USB端子やサーボ端子、モータ端子、センサー端子になにかを接続する場合はかならずその前のページも完全に理解している必要があります。

　このページでは指示があるまで実際に電源をつながないで下さい。尚、基本編の例はUSBから電源を取りますが、USBからの電源取得については次のページで詳しく行いますので、ここでは電源の知識を読むだけにしてください。
　
　※このページで紹介する内容はあくまでも一例です。個別の作成のご相談ご質問はお答えできませんのでご了承下さい。このページと同じ内容についてのご質問についてはロボット掲示板にてお願いいたします。

　※以下の情報は2007年11月現在のものです。ご注意ください。

　正確な表現ではありませんがわかりやすく説明すると、電圧は「電気の圧力」、電流は「電気の流れる量」と言えます。

　たとえば電気の入れ物があると想像します。この入れ物には下の絵のように圧力がかかっています。この圧力を電圧とします。圧力はかかっているが、出口になにかをつながないとピンク色の電気が流れないとします。わかりやすいところで乾電池のようなものと考えてください。
　

　そこへ、なにか電気で動くもの、ここでは電子回路をつないだとすると、そこに電気が流れます。この時、つないだ管の太さの量の電気が流れます。これを電流とします。電圧は、電気を入れる入れ物から出たのと同じ圧力で電子回路に入り、電子回路を出る時には圧力０になります。電子回路の中ではいろいろな回路に電流が流れますが、入った時と同じ量が出口から出て行きます。
　

　上の入れ物を乾電池だとします。乾電池は直列につなぐと電圧が増え、並列につなぐと電流が増えるというのを習ったと思いますが下のイメージになります。量の方ですが、これは「２倍流すことができる」というものであり、その先の回路があま量を必要としない場合は結果的にはあまり流れません。
　

　このように、電子回路の電気の元になるものを「電源」といいます。

　電池の回路図はこのようになっていました。たとえばコンビになどで売っているよくある単三アルカリ電池の場合は１．５Vなので、２本直列にすると３Vになります。
　
　電気はプラスから出てマイナスに戻る、というように教えられたかと思います。（正確にはマイナス端子からマイナス電子が出て行く。相対的にはプラス端子からプラスの”電気”が出るということになる）

　二足歩行ロボットでよく使われているRCサーボは４．８Vか６Vのものが多いです。
　RCサーボの場合はニッカドバッテリ（もしくはニッケル水素バッテリ）を使うことを前提としております。ニッカド（ニッケル水素）は１本で１．２Vですので４．８Vの場合は１．２ｘ４＝４．８Vということで４本直列に、６Vの場合は５本直列につなげば動かすことができます。４．８Ｖなのか６Ｖなのかはその機種によって違います。４．８〜６Ｖの間でいくつでもよい、というものもあります。
　ＲＣ（ラジコン）用のバッテリは１．２Ｖを１つの単位として「セル」と言います。４．８Ｖは４セルとなります。
　４セル又は５セルを１つにまとめたパックで販売されているケースが多いです。
　


　電子回路はそれぞれきまった電圧で動くようにつくられており、ロボットなどで使われる回路の場合は通常５Vか３．３Vのものが多いです。市販のアルカリ乾電池は１．５Ｖか９Ｖ、前出のニッカド（ニッケル水素）は１．２Ｖですので、単純に乾電池の直列接続ではこの電圧を作ることはできません。そこで「電源回路」が必要になってきます。（次の次の節で説明）

　電圧の基準となる０Vの電圧をGND（グランド）と言います。GNDの０Vは絶対的に電圧が０であるということではなく、あくまでもその電圧を０Vと仮定した場合、そこをGNDと言います。
　イメージで説明しますと、大地の電圧は一番安定しているので０VのGNDと仮定して、回路を大地につなぐとGNDとなります。

　

　ロボットなどは実際には地面から離れていますので、電源のマイナスのところを安定した０Ｖと仮定してＧＮＤとします。このようなことからＧＮＤの記号は次のようになります。大地に接しているイメージですね。ＧＮＤはグランドと読み、英語で大地の意味です。

　

　Ａ３３Ｆ関連ではマイナスの電圧は出てきませんが、自作回路を作るようになるとマイナスの電圧というのも出てきます。よくあるのが「オペアンプ」というＩＣで、いろいろな動作をする回路を簡単に組めるものですが、種類によってはマイナスの電圧を必要とします。下はオペアンプの回路記号の例です。このようにマイナスの電源も必要とします。
　

　マイナスというのはＧＮＤに対してマイナスである、というものなので、たとえば次のようにしてマイナス電源を作ることができます。このようにマイナスの電源とは相対的なものになります。回路図には描いてませんが、オペアンプにはこの他にＧＮＤ端子があり、ＧＮＤにつながっています。
　

　ようはどこを０Ｖと決めるかによって＋や−の電圧が発生します。上の回路はこれだけではなく、他の回路も入力や出力につながっていますが、それらの回路のＧＮＤをこの回路のＧＮＤに接続することでＧＮＤが共通、つまり回路間で基準となる電圧が設定されます。

　電源を回路に接続する前に、電源が正しい電圧を出しているかを測定する必要があります。また、回路がどのぐらいの電流を消費しているか測定したい場合も多く出てきます。電圧や電流の測定には「テスター」を使います。ロボット作成には必ず必要なものなので、もっていない方は購入して下さい。テスターにはいろいろな種類がありますが、デジタル式テスターをお勧めします。古いもので針が動くタイプがありますが、マイコンなどの微弱な電気の測定をする場合は針のコイルに電気を食われて正確に測定できないことがありますので注意してください。

　これは筆者がよく使っているデジタル式のテスターで、秋葉で３千円ぐらいで購入したものです。これは電圧と抵抗値しか測定できないものですが、電流よりも電圧を測定する方が圧倒的に多いので、いつもはこれをつかっています。小さいので使いやすい。もう２０年ぐらい使ってますが、電池交換は３回ほど。
　


　電流を測定する場合は電流を測定できるテスターを使います。こちらは上のよりもっと高価です（価格忘れましたが、たしか６千円ぐらいだったかと）。電流、電圧、抵抗値、トランジスタの増幅率が測定できます。電流を測定する場合ですが、針式だとマイコンのような微弱な電流を測定しようとすると針を駆動するコイルにエネルギーをとられて回路自体が誤動作することがありますので注意してください。下のようなデジタル式を購入してください。
　
　


　理科で習ったかと思いますが、「電圧を測定するときは並列」「電流を測定するときは直列」にテスターを接続します。
　
　電圧を測定する場合は黒端子をＧＮＤに接続し、測定したい場所に赤端子をあてます。テスターは回路に並列接続することになります。電圧計の内部は抵抗が非常に高い状態であり、並列に接続しても電圧計には電流はほとんど流れません。よって、テスターを接続したことによる回路への影響はほとんどありませんので正確な電圧が測定できます。
　電流を測定する場合には回路の一部を切って、電流計を回路が経由するように接続します。赤端子から電気が入って黒へ流すようにします。逆につなぐと電流の表示がマイナス表示になります。電流計の内部は抵抗が非常に小さくなっており、テスターを接続したことによる回路への影響はほとんどありませんので正確な電流測定ができます。

　テスター切り替えで電圧計にも電流計にもなりますが、このようにそれぞれの場合の抵抗値がまったく違うので、テスターを接続する場合にはきちんと切り替えているかをよく確認してから接続するようにしてください。

　電子回路は決められた電圧で動き、状況によって必要な電流は変わります。電源回路は「電圧を一定に保ち、要求された電流を流す」回路です。たとえば、Ａ３３Ｆの内部は３．３Ｖで動き、平均５０ｍＡ、ピーク時で８０ｍＡの電流が流れます。よってＡ３３Ｆには３．３Ｖを生成し、８０ｍＡ以上の電流を供給できる回路が付いています。多くの場合、電源回路へ供給する電源のプラス側を「ＶＣＣ」、マイナス（ＧＮＤ）側を「ＧＮＤ」と表示します。
　

　電源回路にもいろいろな種類があり、大きな電圧を下げて一定の電圧を作る「降圧型（こうあつがた）」、小さな電圧を引き上げて一定の電圧を作る「昇圧型（しょうあつがた）」、どのような電圧でも一定にする「昇降圧型」があります。
　電圧の差を熱に変えて電圧をつくる方式を「シリーズ型」といい、安価・小型なのが特徴です。電源回路内部で電源が入ったり切れたりさせてその平均値を一定の電圧にして出力する方式を「スイッチング型」といい、効率が高い（バッテリなどが電源の場合、長く稼動できる）のが特徴です。
　Ａ３３Ｆではシリーズ・降圧型の定電圧生成ＩＣ（ＬＭ１１１７）を使っています。このようなＩＣを「電圧レギュレータ」といいます。下の写真がその部分です。このＩＣは４．７５Ｖ〜１０Ｖの電源をつなぐと安定した３．３Ｖを生成します。電流は８００ｍＡまで流すことができます。シリーズ型なので電位差は熱になります。よって４．７５Ｖつないだ時より１０Ｖつないだ時の方がこの部分が熱くなります。※まだつながないで下さい。
　注意点ですが、このＩＣは１０Ｖを入れても大丈夫ですが、ＵＳＢコネクタをＰＣへつなぐ場合はＶＣＣは５Ｖにしてください。 詳しくは次の節で説明します。
　

　ＰＣのＵＳＢポートは接続した先に５Ｖの電源を供給することができます。Ａ３３Ｆのレギュレータは４．７５Ｖ以上を３．３Ｖに変換するので、ＵＳＢポートの電源供給線をＶＣＣにつないで、ＵＳＢだけでも動くようになっています。
　ＵＳＢから５Ｖを供給しているときにＶＣＣに５Ｖ以上の電圧をつなぐと、ＵＳＢに電流が逆流する状態になりますので、ＵＳＢをつなぐ場合はＶＣＣにつなぐ電圧に気をつけてください。
　


　ＶＣＣへの電源の接続ですが、ＶＣＣとＧＮＤ、つまりプラスとマイナスを逆につなぐとＡ３３Ｆが壊れますので十分に注意してください。念のため、逆挿しできないコネクタがＶＣＣについています。

　※基本編での勉強は、USBから電源を取って行います。基本編を行う場合はこのページではまだ電源をつながないで下さい。次のページでUSBから電源を取る場合の実際の接続方法を紹介します。

　マイクジャックの上にある白いものが電源コネクタです。（この写真ではオプションのサーボ用ボードが付いています）
　基板に白い文字で「ＶＣＣ」と書いてある方（写真では穴の方）がＶＣＣ、逆側に「Ｇ」と書いてある方がＧＮＤです。
　このコネクタは「ヒロセ製Ｂ２Ｂ−ＥＨ」というものです。秋葉ですと西川電子（ネジの西川）の２Ｆで売っています。
　Ａ３３Ｆにはこのコネクタに接続するためのケーブルが添付されています。
　


＜９Ｖ乾電池の場合＞

　ＵＳＢをつながない場合、１０Ｖまでの電源を入れられますので、簡単に入手できる９Ｖ乾電池を接続してみます。このとき、くれぐれもＵＳＢをつながないで下さい。
　添付のケーブルをつなぐと、赤い方がＶＣＣ、黒い方がＧＮＤになります。
　

　９Ｖ乾電池をつなぐ場合は、プラスとマイナスの位置に注意して電池を差し込んでください。逆につなぐとＡ３３Ｆが壊れます。
　



＜ＡＣアダプタの場合＞

　ロボットなどのプログラムを作っている最中は、電池などではなく、ＡＣ１００Ｖから常に電源を取りたいものです。この場合は「ＡＣアダプタ」を使うことになります。ＡＣアダプタは電子部品店などで販売しています。ＡＣアダプタは家庭の１００Ｖ　の交流（ＡＣ）を、マイコンなどで使えるように定電圧の直流（ＤＣ）に変換するものです。定電圧の種類はいろいろありますが、ＵＳＢ接続時も使えるように電圧は５Ｖを出力するものが良いでしょう。Ａ３３Ｆのレギュレータは８００ｍＡまで供給できますが、これは電源がそれ以上の供給量であった場合です。ということで、ＡＣアダプタも８００ｍＡ以上、できれば２Ａ以上は出せるものを使うとよいでしょう。
　下は私が使っているもので、５Ｖ４Ａの出力のＡＣアダプタです。
　ＡＣアダプタのコネクタは通常、下のように円筒型になっており、中心部の穴の大きさで呼び名がかわります。一般的なのは中心部の直径が２．１ｍｍのものです。直径はφ（ファイ又はパイ(*)と読む）で表します。２．１φと書くと直系２．１ｍｍの意味です。
　ＡＣアダプタ用のジャック（コネクタ）は電子部品店などで販売しています。テスターでどの端子はプラスでどの端子がＧＮＤかを確認しておきましょう。
(*)本当のギリシャ文字の読み方は「ファイ」。しかし、機械屋系ではパイと発音したりする。どちらでも伝われば良いと思います。

　これは上のＡＣアダプタの表示部分を拡大したところです。ＩＮＰＵＴ（入力）が１００Ｖになっています。ＯＵＴＰＵＴ（出力）が　ＤＣ（直流）　５Ｖ　４Ａ　となっています。
　 その下にプラスとマイナスの記号に丸が付いている絵があるかと思いますが、これは中心側の端子と外側の端子の極性を現しています。このアダプタの場合は中心側がプラスというのがわかります。中心側がプラスの場合を「センタープラス」と言います。ＡＣアダプタによってはセンターマイナスの場合もよくありますので注意してください。


　下は２．１φのＡＣジャックに、Ａ３３Ｆに添付されている電源ケーブルを接続したところです。ケーブルの作成についてはＴＩＰＳを参照して下さい。
　




＜バッテリの場合＞

　ロボットの関節がＲＣサーボ製で、その電源とバッテリパックをＡ３３Ｆの電源として使用する場合も多いでしょう。ＲＣサーボの場合は　ニッカド、ニッケル水素、リチウムポリマー　などのバッテリパックが多いかと思います。ポイントとしては、バッテリパックのコネクタが入手できるかどうかです。コネクタが入手できれば、上のＡＣアダプタの時と同じように、Ａ３３Ｆに添付されているケーブルを切って接続すればよいことになります。
　バッテリパックによってはメーカーからコネクタが販売されている場合があります。又、下の例のように、バッテリパック自体にコネクタが一本添付されている場合もあります。

（近藤科学の５Ｎ４００パワーセル）


　バッテリパックの場合は５Ｖというものは存在しませんので、バッテリパックを電源として使用している場合はＵＳＢはつながないで下さい。


＜ＵＳＢから電源を取る場合＞

　ＰＣのＵＳＢからは５Ｖの電源を取ることができます。これにはＰＣとＡ３３Ｆ間をＵＳＢケーブルでつなぐだけでＯＫです。（まだ接続しないで下さい。）ここでも注意ですが、ＶＣＣに５Ｖ以外の電源がつながっていないことを十分確認してから接続するようにしてください。
　下はＵＳＢケーブルの例です。電気店などで１０００円ぐらいで販売しています。
　

　ＵＳＢケーブルのコネクタはＡタイプとＢタイプというものがあり、ＰＣ側は常にＡタイプになります（写真左）。Ｂタイプは形状がいろいろありますが、Ａ３３Ｆは「ｍｉｎｉＢ」というタイプになります（写真右）。ＡタイプとｍｉｎｉＢタイプのコネクタが両端についているものを購入してください。
　　

　Ａ３３ＦのＵＳＢコネクタは、ＵＳＢシリアル変換ＩＣ経由でＡ３３Ｆと接続されています。これについては後の後のページで詳しく説明します。このため、実際にＵＳＢコネクタをＰＣに接続すると、ＰＣ上でドライバーのインストールのウィンドウが開いてしまいます。ドライバのインストールについてはＵＳＢシリアル通信についてのページで説明しますので、ここではまだＵＳＢケーブルはつながないで下さい。つないでしまったとしても、ドライバのインストールなどを進めないで下さい。

　下のウィンドウが開いてしまったら、「キャンセル」を押して、ドライバのインストールをわざと失敗させてください。


　実際にUSBから電源を取る手順は次のページで詳しく説明します。