しなぷすのハード製作記

AQM1248Aを使ったArduino用シールド2種(1)

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2016年06月07日 公開。
製作したシールドでゲームを動作させた例
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製作したシールドでゲームを動作させた例

秋月電子で販売されている、人気の小型グラフィックLCDモジュールAQM1248Aを、Arduinoのシールドの形にして、使いやすくしてみました。AQM1248Aは3.3Vで動作するLCDモジュールですので、5VのArduinoで使用するにはレベル変換回路を付ける必要がありますが、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドと、74AHC244を用いたレベル変換回路を使ったシールドの2種類を作りました。

目次

1. 製作した2種類のシールドの特徴 … 1ページ
2. 抵抗分圧型レベル変換回路を用いたシールド … 1ページ
2-1. 回路図と部品表 … 1ページ
2-2. シールドの組み立て方 … 1ページ
2-3. 回路の説明 … 1ページ
2-4. サンプルスケッチ(落ち物ゲーム) … 1ページ
3. 74AHC244を用いたレベル変換回路を使ったシールド … 2ページ
3-1. 回路図と部品表 … 2ページ
3-2. シールドの組み立て方 … 2ページ
3-3. 回路の説明 … 2ページ
4. 組み立てたシールドの動作試験をするためのスケッチについて … 2ページ
5. LCDの画面を制御するスケッチの作り方 … 2ページ

1.製作した2種類のシールドの特徴

AQM1248Aと5V→3.3Vのレベル変換回路を搭載した、Arduino用のシールドを2種類製作しました。一方は抵抗分圧型レベル変換回路を使用しており、他方は74AHC244を用いたレベル変換回路を使用しています。それぞれのシールドの特徴を表1に示します。

表1、製作した2種類のシールドの特徴
シールドの種類 長所 短所
抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールド
  • レベル変換回路が抵抗だけで作れる。
  • タクトスイッチを4つ(リセット用を含めれば5つ)搭載している。
  • 5VのArduinoでしか使えない。
  • SPIヘッダの信号が使えず、ハードウェアSPI接続できない。(ただしArduino UnoならハードウェアSPI接続可能)
74AHC244を用いたレベル変換回路を使ったシールド
  • 5VのArduinoと3.3VのArduinoの両方で使える。
  • 信号を取るヘッダが、標準のヘッダとSPIヘッダから選択でき、ハードウェアSPI接続と、ソフトウェアSPI接続の両方に対応している。
  • 74AHC244がやや入手しにくい。
  • タクトスイッチはリセット用の物しかない。

参考:ハードウェアSPI接続とソフトウェアSPI接続の違いについては、ArduinoでグラフィックLCDを動かす(AQM1248A編)(3) を参照してください。

2種類のシールドをArduino Unoに装着した様子を、それぞれ写真1と写真2に示します。

写真1、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドをArduino Unoに装着した様子
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写真1、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドをArduino Unoに装着した様子
写真2、74AHC244を用いたレベル変換回路を使ったシールドをArduino Unoに装着した様子
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写真2、74AHC244を用いたレベル変換回路を使ったシールドをArduino Unoに装着した様子

これらのシールドを動かすスケッチは、、MGLCDライブラリおよびMGLCD_SPIライブラリを使えば簡単に作れます。詳しい話はArduinoでグラフィックLCDを動かす(AQM1248A編)(13) をご覧ください。

2.抵抗分圧型レベル変換回路を用いたシールド

ArduinoでグラフィックLCDを動かす(AQM1248A編)(4)図13に示した抵抗分圧型のレベル変換回路と、AQM1248Aと、5つのタクトスイッチ(内1つはリセット用)とを搭載したシールドを製作しました。

2-1.回路図と部品表

製作したシールドの回路図を図1に、部品表を表2に示します。

図1、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの回路図
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図1、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの回路図
表2、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの部品表
部品番号 数量 品名 型番/仕様 備考
R1~R4 4 カーボン抵抗 510Ω±5%、1/6W
R5~R8 4 カーボン抵抗 1kΩ±5%、1/6W
SW1~SW5 5 タクトスイッチ 6㎜角
CN1、CN2 2 ピンソケット 2.54mmピッチ、1×6ピン、リード長10mm
CN3、CN4 2 ピンソケット 2.54mmピッチ、1×8ピン、リード長10mm
CN5 1 丸ピンICソケット 2.54mmピッチ、7ピン、シングル
CN6 1 ピンヘッダ 1×7ピン、2.54mmピッチ 1×40ピンのピンヘッダを切断して使用。このピンヘッダは、AQM1248Aの信号線をロジックアナライザで観察するために使用する。

1 丸ピンIC連結ソケット 2.54mmピッチ、1列、7ピン 1列、14ピンの丸ピンIC連結ソケットを切断して使用。超小型グラフィックLCDピッチ変換キットをCN5に接続するのに使う。

1 ピンソケット 2.54mmピッチ、1×3ピン 超小型グラフィックLCDピッチ変換キットの固定用のスペーサとして使用する。電気的なコネクタとしては使わない。

1 LCDモジュール 超小型グラフィックLCDピッチ変換キット AQM1248A超小型グラフィックLCD用ピッチ変換基板のセット。CN5に装着。付属のピンヘッダは使わずに丸ピンIC連結ソケットを使う。

1 ユニバーサル基板 UB-ARD01WH サンハヤト製。Arduinoのシールド用。

2-2.シールドの組み立て方

製作したシールドの外観を写真3~写真5に示します。

写真3、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの外観(上面)
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写真3、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの外観(上面)
写真4、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの外観(下面)
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写真4、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの外観(下面)
写真5、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの外観(側面)
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写真5、抵抗分圧型レベル変換回路を使ったシールドの外観(側面)
左隅に写っているのは、基板を固定するためのクリップ。

このシールドは、丸ピンICソケットによりLCDモジュールが取り外しできる様になっています。LCDモジュールを取り外した状態の基板の写真を写真6に示します。

写真6、LCDモジュールを取り外した状態の基板
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写真6、LCDモジュールを取り外した状態の基板
写真には部品番号やピン番号を記入しておいた。

シールドは、サンハヤトのUB-ARD01WHというArduinoのシールド用ユニバーサル基板を使って作りました。配線は、0.4mmのすずめっき線と0.2mmのUEW(ポリウレタン線)を使いました。(写真4と写真7を参照)

写真7、すずめっき線とUEW(ポリウレタン線)
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写真7、すずめっき線とUEW(ポリウレタン線)

基本的にはユニバーサル基板上に回路図通り配線をしていけば、シールドが完成しますが、AQM1248Aの取り付けには注意が必要です。

AQM1248Aはピンピッチが1.27mmですので、直接ユニバーサル基板に実装できません。そこで超小型グラフィックLCDピッチ変換キットを使います。超小型グラフィックLCDピッチ変換キットを使うと、AQM1248Aを動かすのに必要な、数個のチャージポンプ用コンデンサやプルアップ抵抗なども、キット内に内蔵されているので、便利です。(ArduinoでグラフィックLCDを動かす(AQM1248A編)(2)を参照)

また、超小型グラフィックLCDピッチ変換キットには、7ピンのピンヘッダが付属していますが、今回はこれを使わず、7ピンの丸ピンICソケットと7ピンの丸ピンIC連結ソケットを使い、AQM1248Aをシールドから取り外せるようにしました。AQM1248AをCN5から取り外している様子を写真8に示します。

写真8、AQM1248AをCN5から取り外している様子
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写真8、AQM1248AをCN5から取り外している様子

AQM1248Aを左側のヘッダだけで固定するとぐらつくので、右側を3ピンのピンソケットで支える構造にしました。このピンソケットは、単なるスペーサとして使用しており、電気的な働きはありません。(写真8参照)

写真9、AQM1248Aの右側を3ピンのピンソケットで支えている様子
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写真9、AQM1248Aの右側を3ピンのピンソケットで支えている様子

AQM1248Aを取り外して、ブレッドボードでの実験にちょっと使ってみる事ができる様になり、それなりに便利ですが、シールドからAQM1248Aがかなり浮いてしまって不格好ですので、ユニバーサル基板にはんだ付けしてしまって、取り外せない構造にする方が見た目は良くなります。

CN6の7ピンのピンヘッダには、AQM1248Aの制御信号がそのまま出ています。ロジックアナライザでAQM1248Aの信号を観察するために設けてありますが、普通はCN6は必要ないでしょう。

2-3.回路の説明

レベル変換回路の構成とArduinoへの結線については、 ArduinoでグラフィックLCDを動かす(AQM1248A編)(4)図13の通りなので、特に説明が必要ないと思います。

この結線ではSPIヘッダ(ICSPヘッダ)を使用していないので、Arduino LeonardoではソフトウェアSPI接続専用になります。

Arduino Unoでは、SPIヘッダ(ICSPヘッダ)のMOSI信号とSCK信号がそれぞれ11番端子と13番端子に、Arduino基板内部で接続されているので、ハードウェアSPI接続でもソフトウェアSPI接続でも使用できます。

シールド上には、5個のタクトスイッチを設けました。SW5はリセットスイッチです。SW1~SW4は、汎用の入力用スイッチです。SW1~SW4のスイッチと、対応するArduinoの信号線の関係を表3に示します。

表3、スイッチとArduinoの信号線の対応
スイッチの番号 対応する信号線
SW1 D8
SW2 D7
SW3 D4
SW4 D2

SW1~4のスイッチをONにすると、Arduinoの信号線をGNDにショートします。プルアップ抵抗はつけていないので、スイッチの状態を読み取るには、スイッチにつながった信号線をpinMode関数でINPUT_PULLUPと宣言して、マイコンの内蔵プルアップ抵抗を有効にしておく必要があります。

2-4.サンプルスケッチ(落ち物ゲーム)

上の動画が自動的に再生されない場合は、動画をクリックしてください。

サンプルスケッチとして、AQM1248Aと4つのタクトスイッチを使った、落ち物ゲームを作りました。ダウンロードは以下のリンクからできます。

AQM1248A用落ち物ゲーム Ver. 1.00 ochimono_AQM1248A_100.zip (15kB)

このスケッチの動作には、MGLCDライブラリおよびMGLCD_SPIライブラリのVer. 0.40以降が必要です。

このスケッチは、このページで紹介している抵抗分圧型のレベル変換回路を使ったシールドでは、Arduino UnoとArduino Leonardoで動作を確認しています。

参考:レベル変換回路を使わないか、3.3V入力でも動作する様なレベル変換回路を使えば、Arduino DueやArduino M0でも動作します。

スケッチのコンパイルは、Arduino IDE 1.0.1以降を使ってください。Arduino IDE 1.6.XやArduino IDE 1.7.X(Xは任意の数)でも結構です。

注意:Arduino IDE 1.0.0はINPUT_PULLUPに対応していないので使えません。

SW1~SW4のスイッチは、表4の様に機能が割り当てられています。

表4、各スイッチへの機能の割り当て
スイッチ番号 割り当てられた機能
SW1 ブロックを左に移動する。
SW2 ブロックを右に移動する。
SW3 ブロックを回転させる。
SW4 ブロックを落下させる。

次回は、74AHC244を用いたシールドの紹介をする予定です。続きを書くのはぼちぼちと。

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