植物のミカタ

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SPI通信のモードは、クロック極性(CPOL)とクロック位相(CPHA)の組み合わせで決まります。CPOLはクロックのアイドル状態(0か1)を、CPHAはデータ取得がクロックの立ち上がり edge か、立ち下がり edge かを示します。組み合わせは4種類あり、モード0(CPOL=0, CPHA=0)からモード3(CPOL=1, CPHA=1)まで存在します。

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本稿では、SPI通信におけるSSとSCLKの役割を解説しています。SSはスレーブ選択信号で、LOWにすることで特定のスレーブとの通信を有効化します。SCLKはクロック信号であり、この規則的なHIGH/LOW変化を基準に同期してMOSI/MISOでのデータ送受信が行われます。具体的には、SS1をLOWにし、SCLK信号に合わせてデータ送受信を行う例を図解で示しています。今回のSPI通信解説により、以前の記事で扱ったESP8266,Raspberry Piを用いたソケット通信やUARTと合わせて、IoTにおけるセンサーデータ取得から遠隔地への送信までの仕組みの理解が深まります。

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SPI通信について、マスタースレーブ構成、データ送受信の流れ、シフトレジスタによるデータの受け渡しなど、具体的な例を挙げながら解説しています。\特に、8ビットデータ転送を図解で示し、LSB、MSB、MOSI、MISOといった用語を用いながら、マスターとスレーブ間におけるデータの移動を詳細に説明しています。\最後に、Raspberry PiとAD変換器を用いたSPI通信のコード例を紹介し、次回の記事ではシフトレジスタの仕組みやSSの役割について解説することを予告しています。

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シフトレジスタは、複数のフリップフロップを連結してデータを順次移動させるデジタル回路です。各フリップフロップは1ビットの情報を保持し、クロック信号に従って隣に情報を渡していきます。例えば、直列入力直列出力型では、入力データが"11010000"の場合、各クロックサイクルで1ビットずつシフトされ、最終的に出力"00001101"として得られます。このように、シフトレジスタはデータを一時的に記憶したり、ビット列を操作したりする際に活用されます。

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SPIは、マスター機器が複数のスレーブ機器と通信する規格です。マスターはSCLK, MISO, MOSI, SSの4つの信号線でスレーブと接続します。SSはスレーブ選択線で、マスターはHIGH/LOWを切り替えることで、どのスレーブと通信するかを選びます。複数のスレーブを接続する場合、マスター側にスレーブ数分のSS（GPIOピン）が必要です。SSは通信開始と終了の合図にもなります。

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この記事では、ビット演算をPythonコードを用いて解説し、シリアル通信の一つであるUARTのデータ構造を擬似的に再現しています。まず、スタートビット、データビット、パリティビット、ストップビットから成るUARTのビット列を、ビットシフト演算子を用いて生成する過程を示します。次に、乱数を用いてデータビットの0/1をランダムに設定することで、より現実的なUART通信を模倣しています。これにより、ビット演算がハードウェアレベルでのデータ通信を理解する上で重要であることを示し、今後のSPI通信学習への足掛かりとします。

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Pythonのビットシフト演算子について解説しています。**<< (左シフト)** はビットを左に移動させ、右側に0を追加します。1を左に1ビットシフトすると2、2ビットシフトすると4になります。**>> (右シフト)** はビットを右に移動させ、末尾のビットは削除されます。4を右に1ビットシフトすると2、2ビットシフトすると1になります。これらの演算子は、効率的な計算やデータ処理に役立ちます。具体的な使用例は次回の記事で解説されます。

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Pythonではビット否定演算子~を使うと、整数のビット反転ではなく、**負数の表現**として用いられます。記事中の例では、13 (~0b1101) のビット否定は、-14 (-0b1110) となります。これはPythonが整数を**符号付き2進数**で表現しているためです。符号付き2進数では、最上位ビットが符号を表し、残りのビットが数値を表します。ビット反転を行うには、ビット演算とマスクを組み合わせる必要があります。単にビット反転を行うだけであれば、`~` 演算子ではなく、各ビットを反転する関数を定義する方が分かりやすいかもしれません。

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Pythonのビット演算子の一つである排他的論理和(XOR)について解説しています。XORは、^ 演算子で表され、2つのオペランドのビットが異なる場合に1を返す演算です。記事では、真理値表を用いてXORの動作を具体的に説明し、13と10のXOR演算を例に、ビット演算の結果が7(0b111)になることを示しています。さらに、ビットごとのXOR演算を手計算で説明し、2進数表現での理解を深めています。最後に、CPUの説明などで用いられるXORの記号を紹介しています。

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療育施設に通う子供とその保護者を対象に、micro:bitとレゴを使ったプログラミング体験イベントを実施しました。サーボモーターを付けたレゴ作品に、ビジュアル言語でコードを書いてmicro:bitと接続し、回転動作をプログラミングしました。子供たちは馬や車など思い思いの作品を動かし、プログラミングの楽しさに触れました。キーボード操作やコード変更にも挑戦し、笑顔溢れるイベントとなりました。

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今回の記事では、Pythonのビット演算子の一つである論理積(&&)について解説しています。論理積は2つの値の両方が1の場合にのみ1を返す演算です。記事では、変数 `cmdout` と16進数 `0x80` の論理積を計算するコードを例に挙げています。`cmdout` は、前の処理で192(2進数で `0b11000000`)に設定されています。`0x80` は10進数で128、2進数で `0b10000000` です。これらの論理積をとると、`0b10000000` となり、これは10進数で128です。記事では、この計算がSPI通信でのデータ送受信に関連していることを示唆していますが、具体的な意味についてはまだ明らかにされていません。最後に、論理積を表す電子回路の記号も紹介されています。

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Pythonのビット演算子、特に論理和(OR)について解説しています。記事では、UARTとSPIの通信方式の比較を題材に、SPI通信のコードで使われているビット演算を理解しようと試みています。まず、`|=`という演算子がビットごとの論理和を計算し、結果を変数に代入するものであることを説明します。具体例として、`cmdout |= 0x18`というコードを解説しています。初期値0の変数`cmdout`と16進数`0x18`(2進数では`00011000`)の論理和を計算することで、`cmdout`の値が`00011000`となり、10進数では24になることを示しています。最後に、論理和を表す回路図の記号も紹介しています。

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この記事では、UARTにおける「非同期」の意味について解説しています。UARTは調歩同期方式を採用しており、これはSPIのような外部クロックを使わずにデータを送受信する方法です。スタートビットとストップビットを利用することで、クロック同期なしにデータのやり取りを実現します。Webアプリで用いられる非同期処理とは異なる概念であることに注意が必要です。SPIのような同期通信方式も理解を深める上で重要ですが、複雑なため、別途学習する必要があると結論付けています。

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この記事では、UART通信におけるボーレートについて解説しています。ボーレートとは、1秒間に送受信するデータビット数を表し、送受信側で一致させる必要があります。記事では、一般的なボーレートの値として9600、115200などを紹介し、Micro:bitとRaspberry Piを接続する際のコードを例に、送受信側でボーレートを合わせる必要があることを説明しています。UARTは非同期通信のため、クロック信号を用いずにデータを送受信します。そのため、ボーレートを合わせることでデータの整合性を保っています。

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この記事は、micro:bitのMicroPythonを使ってUART通信の基礎を解説しています。UARTではHIGH(1)とLOW(0)の信号でデータを送受信し、文字列をバイト型に変換して送信します。記事では、データ送信の仕組みとして、アイドル状態(1)、スタートビット(0)、データビット、パリティビット、ストップビット(1)からなるシリアル通信の構造を図解で説明しています。特に、パリティビットはデータ送信時の誤り検出符号として、奇パリティと偶パリティがあることを解説し、micro:bitでの設定方法にも触れています。最後に、ボーレートについても触れる予定としていますが、詳細は次回に持ち越しとなっています。

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この記事は、UARTを用いたシリアル通信について解説しています。UARTとは何か、Raspberry Piとmicro:bitを接続した図を例に、TXピンとRXピンを用いてどのようにデータがやり取りされるのかを説明しています。具体的には、文字列"abc"をUART通信で送信する際に、コンピュータ内部では文字コードを用いて処理されていることを解説し、Go言語でのバイト型変換例を示しています。さらに、microbitのUART設定における"bits=8"というパラメータを取り上げ、1ビットと8ビットの関係、表現できる数値範囲について触れています。最後に、"0x610x620x63"という16進数表記で送信データ例を示し、次回にuart.initのパラメータ解説を行うことを予告しています。

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BBC Micro:bitがメンテナンスモードになり、フラッシングができなくなった場合の対処法について解説しています。メンテナンスモードは、リセットボタンを押しながらPCに接続すると発生します。解決策は、micro:bitのファームウェアを更新することです。まず、micro:bitのバージョンを確認し、公式サイトから対応するファームウェアをダウンロードします。ダウンロードしたファイルを、PCに接続したmicro:bitのMAINTENANCEフォルダに移動します。しばらく待つと、micro:bitがメンテナンスモードを抜け、通常のモードに戻ります。記事では、Ubuntu環境での画面表示も掲載し、読者の理解を助けています。

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この記事は、ESP8266をUARTの受信側としてRaspberry Piと通信する方法を解説しています。前回の記事ではESP8266から送信したデータにREPLの情報が含まれていましたが、今回は受信側にすることでREPL情報を含まないデータを受信できることを確認しています。具体的には、ESP8266側で受信したデータを少し変更してRaspberry Piに送り返すPythonコードを記述し、Raspberry Pi側では"send from pi."というメッセージを繰り返し送信するPythonコードを記述しています。その結果、Raspberry Pi側で"received:send from pi."というメッセージが表示され、REPL情報を含まないデータが受信できていることが確認できました。

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ESP8266のREPLは、シリアル接続を通じてMicroPythonと対話するためのコマンドラインインターフェースです。UART0がデフォルトで使用され、ボーレートは115200bpsです。REPLでは、コードの実行、変数の確認、関数の呼び出しなどが行えます。Ctrl-Aでプロンプトの先頭、Ctrl-Eで末尾に移動できます。Ctrl-Bで一文字戻り、Ctrl-Fで一文字進めます。Ctrl-DでREPLを終了し、プログラムの実行を再開します。REPLはMicroPythonの開発やデバッグに役立つ強力なツールです。

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BBC Micro:bit (microbit) の UART 通信では、microbit から Raspberry Pi へのデータ送信と、その逆の受信が可能。microbit は `uart.any()` 関数を使用して受信データを待ち受け、Raspberry Pi はシリアルポートを介して通信する。データの送受信を確実に行うには、microbit と Raspberry Pi 間の TX/RX ピンの正しい接続と、双方で一致するボーレートの設定が重要。また、microbit では `uart.init(115200)` を使用してシステムを初期化することも推奨される。これらの手順に従うことで、microbit と Raspberry Pi 間の双方向 UART 通信を実現できる。

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この記事では、ESP8266モジュールをクライアント、Raspberry Piをサーバーとしたソケット通信を試みています。まず、ESP8266側でWiFi接続を行い、サーバー側のIPアドレスとポート番号を指定してソケット通信を行います。記事では、ESP8266から"send socket from esp8266"というメッセージをサーバーに送信し、サーバー側で受信できていることを確認しています。これにより、ローカルネットワーク内でESP8266からRaspberry Piにデータを送信できることが確認できました。今後は、温度などのデータを送受信する方法を検討していく予定です。