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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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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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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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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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この記事では、Raspberry PiとBBC Micro:bit間でUSB経由のシリアル通信を行う方法を解説しています。
従来のUART通信と異なり、USB接続ではRaspberry Pi側のシリアルポート設定が不要です。Micro:bit側で温度データを送信するコードを作成し、Raspberry Pi側では"/dev/ttyACM0"をデバイス、"115200"をボーレートとしてシリアル通信を設定します。
これにより、Raspberry Pi側でMicro:bitから送信された温度データを受信し、コンソールに表示することができます。USB接続は、GPIOの使用状況に影響されず、より簡便な方法と言えます。
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Micro:bitとサーボモーターを使って環境制御の基礎を学ぶ記事。サーボモーターの角度制御をMicro:bitのプログラムから行う方法を紹介。Muエディタを使用し、角度を指定するシンプルなコードから、連続的な動きや特定角度への移動、アナログ入力による制御まで段階的に解説。具体的な接続方法やコード例、ライブラリの活用法も示し、初心者にも分かりやすくサーボモーター制御の基礎を習得できる内容となっている。最終的には、植物育成ライトの角度調整といった具体的な応用例も示唆し、環境制御への応用を促している。
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子供に初めて与えるPCとしてChromebookを検討していた筆者は、Micro:bitのシリアル通信の課題からRaspberry Pi 4 Model B(8GB)を購入。GPIOピンによる電子工作の可能性、安価でLinux学習に適した点を評価している。Raspberry Piはクレジットカード大の基盤に主要部品を搭載し、microSDカードにOSをインストールして使用する。高スペックゆえの発熱対策として冷却ファン付きケースも購入。Raspberry Piを子供用PCとするには、親のLinux(Debian系)知識やハードウェア管理の理解が必要と結論づけている。