Arduino入門：アナログ入出力関数

Arduinoのアナログ入出力関数について解説します。

analogRead

analogReadは、指定したpin(アナログピン)から値を読み取ります。

analogReadのスペック
チャンネル数：通常=6、mini=8、Mega=16
ADコンバータのビット数: 10ビット(0から1023の数値)
基準電圧: 5V(ボードの電源電圧。種類によっては、3.3Vの場合もある)
分解能: 1単位あたり約4.9mV(基準電圧が5Vの場合)
処理時間: 約100μ秒(0.0001秒)

//Arduino Sketch Example: analogRead
//Date: 2015.1.12
//Edited and Modified by: easy labo
//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax
analogRead(pin)

//pin: the number of the analog input pin to read from 
//(0 to 5 on most boards, 0 to 7 on the Mini and Nano, 0 to 15 on the Mega)
//Returns: int (0 to 1023)

//Example
int analogPin = 3;  // potentiometer wiper (middle terminal) connected to analog pin 3  // outside leads to ground and +5V
int val = 0;  // variable to store the value read

void setup()
{
  Serial.begin(9600);  //  setup serial
}

void loop()
{
  val = analogRead(analogPin);  // read the input pin
  Serial.println(val);  // debug value
}

//Arduino Sketch Example: analogRead

//Date: 2015.1.12

//Edited and Modified by: easy labo

//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax

analogRead(pin)

//pin: the number of the analog input pin to read from

//(0 to 5 on most boards, 0 to 7 on the Mini and Nano, 0 to 15 on the Mega)

//Returns: int (0 to 1023)

//Example

int analogPin = 3; // potentiometer wiper (middle terminal) connected to analog pin 3 // outside leads to ground and +5V

int val = 0; // variable to store the value read

void setup()

{

Serial.begin(9600); // setup serial

}

void loop()

{

val = analogRead(analogPin); // read the input pin

Serial.println(val); // debug value

}

Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License (CC BY-SA 3.0)
“Arduino Reference:analogRead()” by Arduino Team, used under CC BY-SA 3.0/ easy labo made some changes and comments to the original

上の例では、3ピンの電圧の値をanalogReadで読んで、valに格納しています。analogReadが使用できるピン番号は次の通りです。

analogReadが使用できるピン
通常のボード: 0から5
Arduino mini等QFPパッケージのATmega168搭載ボード: 0から7

なお、ピンに入力がなく浮いていると、analogReadで読み取る値は不安定になります。

analogWrite

analogWriteは、ほとんどのボードで指定ピンからPWM波形を出力します。使用例としては、LEDの調光、モータの回転制御などが挙げられます。analogWrite関数が実行されると、次にanalogWriteやdigitalRead、digitalWriteがそのピンに対して使用されるまで、PWMの矩形波が定常出力されます。PWM波形の周波数は約490Hzです。なお、analogWriteの前にpinMode関数を呼び出して出力に設定する必要はありません。

//Arduino Sketch Example: analogWrite
//Date: 2015.1.12
//Edited and Modified by: easy labo
//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax
analogWrite(pin, value)

//pin: the pin to write to.
//value: the duty cycle: between 0 (always off) and 255 (always on).

//Example
int ledPin = 9;    // LED connected to digital pin 9
int analogPin = 3; // potentiometer connected to analog pin 3
int val = 0;       // variable to store the read value

void setup()
{
   pinMode(ledPin, OUTPUT);   // sets the pin as output
}

void loop()
{
   val = analogRead(analogPin);   // read the input pin
   analogWrite(ledPin, val / 4);  // analogRead values go from 0 to 1023, analogWrite values from 0 to 255
}

//Arduino Sketch Example: analogWrite

//Date: 2015.1.12

//Edited and Modified by: easy labo

//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax

analogWrite(pin, value)

//pin: the pin to write to.

//value: the duty cycle: between 0 (always off) and 255 (always on).

//Example

int ledPin = 9; // LED connected to digital pin 9

int analogPin = 3; // potentiometer connected to analog pin 3

int val = 0; // variable to store the read value

void setup()

{

pinMode(ledPin, OUTPUT); // sets the pin as output

}

void loop()

{

val = analogRead(analogPin); // read the input pin

analogWrite(ledPin, val / 4); // analogRead values go from 0 to 1023, analogWrite values from 0 to 255

}

Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License (CC BY-SA 3.0)
“Arduino Reference:analogWrite()” by Arduino Team, used under CC BY-SA 3.0/ easy labo made some changes and comments to the original

上の例では、3番ピンの入力状態をanalogReadでvalに格納し、val/4の値を用いて、analogWriteで、9番ピンからPWM波形を出力しています。

下記にanalorWriteが使用可能なピン番号をまとめておきます。

analogWriteが使用できるピン
ATmega168/328を搭載ボード: 3,5, 6, 9, 10,11番ピン
Arduino Megaボード: 2～13番ピン
Arduino Dueボード: 2～13番ピン、DAC0,DAC1ピン
ATmega8搭載ボード: 9, 10, 11番ピン

Arduino Dueの場合は、上記のPWM出力が可能な2～13番ピンに加えて、DAC0とDAC1というピンが使用できます。これらは、PWMの様な発信波形ではなく、DA(Digital to Analog)コンバータと呼ばれる機能により定常的な一定電圧を出力します。出力電圧は、
(出力電圧) = (電源電圧)×(Value)/255
となります。つまり電源電圧が5Vの場合は、valueに0を指定すると、0Vの電圧が出力され、255を指定すると5Vが出力されます。

なお、ピン5と6のPWM出力はデューティ比が高めになりますので、特にディーティ比を低くして使う場合は注意が必要です。仮にパラメータを0に設定しても、ピン5と6の出力は完全にはオフにならない可能性があります。

analogReference

analogReferenceは、analogRead(アナログ入力)の基準電圧を設定します。analogRead関数は入力が基準電圧と同じとき1023を返します。

選択できる基準電圧
DEFAULT: ボードの電源電圧(通常5V)で、これがデフォルトです。
INTERNAL: 内蔵基準電圧を用います。ATmega168と328Pでは1.1Vです。
INTERNAL1V1: 内部基準電圧1.1V (Arduino Megaボードの場合)
INTERNAL2V56: 内部基準電圧2.56V (Arduino Megaボードの場合)
EXTERNAL: AREFピンに供給される電圧(0V～5V)を基準電圧とします。
(注)Arduino Megaボードの場合、内蔵基準が2種類あるので、どちらかを選択します。

EXTERNAL(外部基準電圧)を選択した場合、次の事に注意して下さい。
・0V未満あるいは5V(電源電圧)より高い電圧に設定してはいけません。
・analogRead()を実行する前に、必ず、analogReference(EXTERNAL)を実行します。

これらを守らないと、Arduinoボードが損傷する可能性があります。

//Arduino Sketch Example: analogReference
//Date: 2015.1.12
//Edited and Modified by: easy labo
//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax
analogReference(type)

//type: which type of reference to use (DEFAULT, INTERNAL, INTERNAL1V1, INTERNAL2V56, or EXTERNAL).

//Arduino Sketch Example: analogReference

//Date: 2015.1.12

//Edited and Modified by: easy labo

//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax

analogReference(type)

//type: which type of reference to use (DEFAULT, INTERNAL, INTERNAL1V1, INTERNAL2V56, or EXTERNAL).

Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License (CC BY-SA 3.0)
“Arduino Reference:analogReference()” by Arduino Team, used under CC BY-SA 3.0/ easy labo made some changes and comments to the original

なお、analogRead等の説明は、DEFAULTの場合で行っていますので注意して下さい。

analogReadResolution

analogResolutionは、Arduino Dueボードの為の関数です。 analogRead()が返す値のサイズ(ビット数)を設定します。デフォルトは10ビット(0～1023)で、従来のArduinoボードと互換性があります。 Arduino Dueは12ビットADコンバータを搭載しており、分解能(resolution)を12ビットに変更することで0～4095の値を得ることができます。

//Arduino Sketch Example: analogReadResolution
//Date: 2015.1.12
//Edited and Modified by: easy labo
//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax
analogReadResolution(bits)

//bits: determines the resolution (in bits) of the value returned by analogRead() function. You can set this 1 and 32. 
//You can set resolutions higher than 12 but values returned by analogRead() will suffer approximation. 
//See the note below for details.

//Example
void setup() {
  // open a serial connection
  Serial.begin(9600); 
}

void loop() {
  // read the input on A0 at default resolution (10 bits)
  // and send it out the serial connection 
  analogReadResolution(10);
  Serial.print("ADC 10-bit (default) : ");
  Serial.print(analogRead(A0));

  // change the resolution to 12 bits and read A0
  analogReadResolution(12);
  Serial.print(", 12-bit : ");
  Serial.print(analogRead(A0));

  // change the resolution to 16 bits and read A0
  analogReadResolution(16);
  Serial.print(", 16-bit : ");
  Serial.print(analogRead(A0));

  // change the resolution to 8 bits and read A0
  analogReadResolution(8);
  Serial.print(", 8-bit : ");
  Serial.println(analogRead(A0));

  // a little delay to not hog serial monitor
  delay(100);
}

//Arduino Sketch Example: analogReadResolution

//Date: 2015.1.12

//Edited and Modified by: easy labo

//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax

analogReadResolution(bits)

//bits: determines the resolution (in bits) of the value returned by analogRead() function. You can set this 1 and 32.

//You can set resolutions higher than 12 but values returned by analogRead() will suffer approximation.

//See the note below for details.

//Example

void setup() {

// open a serial connection

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

// read the input on A0 at default resolution (10 bits)

// and send it out the serial connection

analogReadResolution(10);

Serial.print("ADC 10-bit (default) : ");

Serial.print(analogRead(A0));

// change the resolution to 12 bits and read A0

analogReadResolution(12);

Serial.print(", 12-bit : ");

Serial.print(analogRead(A0));

// change the resolution to 16 bits and read A0

analogReadResolution(16);

Serial.print(", 16-bit : ");

Serial.print(analogRead(A0));

// change the resolution to 8 bits and read A0

analogReadResolution(8);

Serial.print(", 8-bit : ");

Serial.println(analogRead(A0));

// a little delay to not hog serial monitor

delay(100);

}

Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License (CC BY-SA 3.0)
“Arduino Reference:analogReadResolution()” by Arduino Team, used under CC BY-SA 3.0/ easy labo made some changes and comments to the original

上の例では、幾つかの分解能をanalogReadResolutionで指定してADCをテストします。

なお、この関数を使ってボードが提供するADCの能力を超える分解能を設定すると、不足するビットにはゼロが詰められます。

ボードの提供するADCの能力を超えた設定の場合
不足するビットにはゼロが詰められます。例えば、Dueボードで、
analogReadResolution(16)としたときにanalogRead()が返す値は、16ビットのうち上位12ビットだけがADCの結果で、下位4ビットにはゼロが詰められています。

ボードの能力よりも低い分解能を設定した場合
下位ビットが捨てられます。

つまり実際のボードよりも高い16ビットの分解能を指定しておけば、将来的にもあらゆるボードを変えた場合のスケッチを変更点を減らせる可能性があります。

analogWriteResolution

analogWriteResolutionは、Arduino Dueの為の関数です。 analogWrite()の分解能を指定し、デフォルトは8ビット(0～255)で、従来のArduinoボードと互換性があります。 Aruduino Dueは、8ビットのPWM(他のボードと同じ)を12ピンと、12ビットのDAC(DAコンバータ)を2つ持っています。この関数で12ビットを指定すると、DACの分解能をフル活用する12ビット(0～4095)の出力が得られ、PWMを使うときも符合が反転することがありません。
analogWrite()関数が使用する値の分解能は、bits単位で指定します。bits範囲は1から32です。

ハードウエアの能力を超える分解能を設定した場合
出力値は切り捨てられます。

ハードウエアの能力より小さい分解能を設定した場合
出力値にゼロが詰められます。

//Arduino Sketch Example: analogWriteResolution
//Date: 2015.1.12
//Edited and Modified by: easy labo
//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax
analogWriteResolution(bits)

//bits: determines the resolution (in bits) of the values used in the analogWrite() function. 
//The value can range from 1 to 32. If you choose a resolution higher or lower than your board's hardware capabilities,
//the value used in analogWrite() will be either truncated if it's too high or padded with zeros if it's too low. See the note below for details.

void setup(){
  // open a serial connection
  Serial.begin(9600); 
  // make our digital pin an output
  pinMode(11, OUTPUT);
  pinMode(12, OUTPUT);
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop(){
  // read the input on A0 and map it to a PWM pin
  // with an attached LED
  int sensorVal = analogRead(A0);
  Serial.print("Analog Read) : ");
  Serial.print(sensorVal);

  // the default PWM resolution
  analogWriteResolution(8);
  analogWrite(11, map(sensorVal, 0, 1023, 0 ,255));
  Serial.print(" , 8-bit PWM value : ");
  Serial.print(map(sensorVal, 0, 1023, 0 ,255));

  // change the PWM resolution to 12 bits
  // the full 12 bit resolution is only supported
  // on the Due
  analogWriteResolution(12);
  analogWrite(12, map(sensorVal, 0, 1023, 0, 4095));
  Serial.print(" , 12-bit PWM value : ");
  Serial.print(map(sensorVal, 0, 1023, 0, 4095));

  // change the PWM resolution to 4 bits
  analogWriteResolution(4);
  analogWrite(13, map(sensorVal, 0, 1023, 0, 127));
  Serial.print(", 4-bit PWM value : ");
  Serial.println(map(sensorVal, 0, 1023, 0, 127));

  delay(5);
}

//Arduino Sketch Example: analogWriteResolution

//Date: 2015.1.12

//Edited and Modified by: easy labo

//Original Source: Arduino Reference (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage)

//Syntax

analogWriteResolution(bits)

//bits: determines the resolution (in bits) of the values used in the analogWrite() function.

//The value can range from 1 to 32. If you choose a resolution higher or lower than your board's hardware capabilities,

//the value used in analogWrite() will be either truncated if it's too high or padded with zeros if it's too low. See the note below for details.

void setup(){

// open a serial connection

Serial.begin(9600);

// make our digital pin an output

pinMode(11, OUTPUT);

pinMode(12, OUTPUT);

pinMode(13, OUTPUT);

}

void loop(){

// read the input on A0 and map it to a PWM pin

// with an attached LED

int sensorVal = analogRead(A0);

Serial.print("Analog Read) : ");

Serial.print(sensorVal);

// the default PWM resolution

analogWriteResolution(8);

analogWrite(11, map(sensorVal, 0, 1023, 0 ,255));

Serial.print(" , 8-bit PWM value : ");

Serial.print(map(sensorVal, 0, 1023, 0 ,255));

// change the PWM resolution to 12 bits

// the full 12 bit resolution is only supported

// on the Due

analogWriteResolution(12);

analogWrite(12, map(sensorVal, 0, 1023, 0, 4095));

Serial.print(" , 12-bit PWM value : ");

Serial.print(map(sensorVal, 0, 1023, 0, 4095));

// change the PWM resolution to 4 bits

analogWriteResolution(4);

analogWrite(13, map(sensorVal, 0, 1023, 0, 127));

Serial.print(", 4-bit PWM value : ");

Serial.println(map(sensorVal, 0, 1023, 0, 127));

delay(5);

}

Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License (CC BY-SA 3.0)
“Arduino Reference:analogWriteResolution()” by Arduino Team, used under CC BY-SA 3.0/ easy labo made some changes and comments to the original

上の例では、幾つかのアナログ出力分解能をanalogWriteResolutionで設定しています。

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