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本記事は、前回の「電流」に続き「電圧」について解説しています。電圧とは「電気を流そうとする力」であり、単位はV（ボルト）と定義。記事では、注射器で水を押し出す力や、高低差を利用した水車の例えを用いて、電圧と電流の関係性を分かりやすく説明しています。押す力や高さ（電圧）が強まるほど、流れる水（電流）の勢いが増し、電気機器の動きが活発になることを示唆。次回は「抵抗」について触れると予告しています。
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電圧について整理する
電流について整理する
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「電流について整理する」と題された本記事では、「そもそも電流とは何か？」という根本的な疑問を深掘り。藪哲郎氏の著書を参考に、電流を「1秒間に電線の断面を通過する電荷量（A）」と定義しています。電荷量とは電子の移動であり、原子から離れた電子による荷電量（C）のこと。筆者は電流を「電線内を移動する電子の総量」とイメージし、今後はこの電子の移動量を決定する要因に焦点を当てることを予告しています。電気・電子回路の基礎を体系的に理解するための第一歩となる記事です。
4-20mA電流信号
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この記事は、制御信号に使われる電流信号、特に4-20mAについて解説しています。Raspberry PiのGPIO出力は3.3V・16mAであり、4-20mAの範囲でモジュールを制御しています。筆者は、GeekServo 9gモーターを電流信号で動かす方法を探求中です。モーターの仕様から、100～500mAの電流が必要と推測していますが、そのためにはトランジスタによる増幅が必要と考え、その方法を模索しています。
BBC Micro:bitでDCモータを動かしたい
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BBC Micro:bitのGPIOピンを使ってDCモータを動かそうとしたが、3Vピンでは動作するのに、GPIOピンでは動作しないという問題が発生しています。原因を探るため、GPIOピンの仕様を調べてみたところ、「タッチセンス機能のため、端子0, 1, 2には弱いプルアップ抵抗(10MΩ)が接続されている」という記述を見つけました。このプルアップ抵抗がDCモータの動作に影響を与えている可能性があり、今後の検証が必要です。
トランジスタ４増幅率
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この記事では、トランジスタ、特にNPN型トランジスタの増幅率について解説しています。トランジスタの性能指標として、絶対最大定格、コレクター電流、ベース電流、増幅率(hFE)の4つが挙げられています。増幅率はトランジスタによって異なり、ランク分けされています。記事で例に挙げられている2SC1815-GRはGRランクで、増幅率は200～400倍です。つまりベース電流が5mAなら、コレクター電流は1Aになる計算となります。ただし、ベース電流の最大値はデータシートに記載がないため、コレクター損失(400mW)を考慮して、安全な電流値を見積る必要があると指摘しています。
トランジスタ３電流増幅作用
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この記事では、トランジスタの増幅作用、特に電流増幅作用について解説しています。トランジスタは、小さな電流を大きな電流に増幅することができます。具体的には、NPNトランジスタを例に、ベースにマイクロビットからの微弱な電流を流すことで、コレクタ-エミッタ間に大きな電流を流せることを説明しています。そして、この電流増幅作用を利用して、マイクロビットからの信号では光らせることのできないLEDを、トランジスタを介することで光らせることができるようになることを図解しています。
トランジスタ２スイッチング
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この記事では、トランジスタの仕組み、特にスイッチング作用について解説しています。バイポーラトランジスタを構成するN型半導体とP型半導体の働きに触れ、マイクロビットと青色LEDを用いた回路を例に、トランジスタがどのように電流を制御するのかを図解しています。ベース電流の有無によってコレクター-エミッタ間の導通・非導通が切り替わり、これがスイッチのオン/オフ動作に対応することを示しています。記事では、トランジスタの基礎知識を学ぶことで、電子回路への理解を深めることを目指しています。
トランジスタ１
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この記事は、電子工作初心者向けにトランジスタの基礎を解説しています。トランジスタは、「スイッチング」と「増幅」の役割を持ち、電流を制御したり増幅したりする電子部品です。記事では、トランジスタの構造と名称、増幅率などの基本的な用語について解説しています。著者は、トランジスタの理解には電流の理解が不可欠であることを実感し、今後の学習目標としています。
BBC Micro:bitでリレー経由でDCモーターを制御してみる
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BBC Micro:bitを使ってリレー経由でDCモーターを制御する方法について書かれた記事の要約です。記事では、マイクロビットのGPIOピンでは電流が不足するため、トランジスタの代わりにリレーモジュールを使ってDCモーターを制御する方法を紹介しています。具体的な配線方法やマイクロビットのコード例も掲載されており、実際にDCモーターを回転させる様子を収めた動画も埋め込まれています。記事は、マイクロビット初心者にもわかりやすく、リレーモジュールを使ったDCモーター制御の方法を学ぶのに役立つ内容となっています。
BBC Micro:bitとトランジスタ
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BBC Micro:bitのGPIOピンを使ってDCモーターを動かそうとしたが、電圧不足のため動かなかった。そこでトランジスタを使って電圧を上げることを試みた。書籍を参考に青色LEDをトランジスタで点灯させる回路を組んだところ、LEDは点灯したものの、DCモーターは動作しなかった。トランジスタについて更に学習する必要があると考えられる。
ChromebookでScratchとBBC Micro:bitを接続してみる
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この記事は、ChromebookのScratchでBBC Micro:bitを動かす方法を解説しています。まず、Google PlayからScratchをインストールし、Scratch用マイクロビットのHEXファイルをダウンロードしてマイクロビットに転送します。次に、Scratchの拡張機能でmicro:bitを選択し、接続を確立します。記事では、接続確認のため、マイクロビットのAボタンを押すと音が鳴るプログラムを作成・実行しています。最後に、小学一年生には漢字が読めないため、ひらがなモードのScratchが必要だと述べています。
SOY CMSのカスタムフィールドアドバンスドの見直しで表示速度の改善
/** Geminiが自動生成した概要 **/
SOY CMSのカスタムフィールドアドバンスドとサムネイルプラグインの表示速度改善に関する記事の要約です。記事では、多数の記事を表示する際に発生する表示速度の低下について、その原因と解決策が解説されています。主な原因は、記事ごとにカスタムフィールドの値を取得する際に、データベースへのアクセスが繰り返されるためでした。解決策として、記事に紐づくカスタムフィールドの値を全記事分一度に取得し、必要な値のみに絞り込むことで、データベースアクセスを削減しました。この改善により、特に記事数が50件や100件といった大量に表示する場合に、表示速度の向上が期待できます。
改めてSPIについてを知る５
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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。
改めてSPIについてを知る４
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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。
改めてSPIについてを知る３
/** Geminiが自動生成した概要 **/
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。
改めてSPIについてを知る２
/** Geminiが自動生成した概要 **/
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。
改めてSPIについてを知る１
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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。
ビット演算を介してシリアル通信を見る
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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。
Pythonでビット演算子のビットシフトに触れる
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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。
Pythonでビット演算子のビット否定に触れる
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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。
Pythonでビット演算子の排他的論理和に触れる
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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。
マイクロビットを使ってプログラミングに触れてみようというイベントを実施しました
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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。
Pythonでビット演算子の論理積に触れる
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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。
Pythonでビット演算子の論理和に触れる
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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。
UARTについてを知る４
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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。
UARTについてを知る３
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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。
UARTについてを知る２
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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。