講座紹介
【体験編】デジタル電光掲示板を作ってみよう！

夜、街に出ると店やビルがピカピカ光っています。会社の宣伝だったり、 イルミネーションであったり様々です。点滅したり色が変わったり。。。 でもどうやって点滅してるんだろう？光り方が変わるんだろう？ このような疑問に対して本講座では作りながら仕組みを理解していきます。

まず、1個の発光ダイオードはどうすれば光るのか？数を増やすにはどんな回路を作れば良いのか？ という機械の部分、すなわちハードウェアの部分。 次に、複数の発光ダイオードを様々なパターンで光らせるにはどんなプログラムが必要か？というソフトウェア部分。

本講座では、そんな電光掲示板のハードウェア（電気回路）とソフトウェア（プログラミング）の両側から考え作っていきます。

第１回目

第1回目講義では電気回路の作り方を学びます。 まずは、回路作りの基礎の基礎、部品のつけ方であるはんだ付けをマスターします。 そして、電光掲示板の要であるLEDを光らせるにはどんな回路を組めばいいかを考えます。

授業構成

今回の授業では、まず回路作りに必要な、はんだ付けの方法を説明します。次に、はんだをつける感覚を覚えます。ある程度慣れてきたら、回路作成です。LEDを光らせるにはどんな回路にすればいいのか？部品を組み合わせて考えます。まずは、LEDと電池を直接繋いでみます。するとLEDは一瞬光りますが、焼き焦げて壊れてしまいました。そこで、抵抗を介してLEDを繋いでみます。「電池ー抵抗ーLED」の順に直列で繋ぐことでLEDは光り続けることができます。

では、なぜLEDと電池を直接繋いだ場合は焼き焦げてしまったのでしょうか？そこで、次に回路の各部に何が起きてるかを見てみよう、すなわち「電圧」の大きさを測ることにします。テスターを用いて電池の起電力、LEDにかかる電圧、抵抗にかかる電圧を測定します。すると、抵抗がない場合は9[V]の電圧が直接LEDにかかりLEDが焼き焦げてしまうのに対し、抵抗を介すると抵抗に7[V]電圧がかかり、LED には2[V]の電圧しかかかりません。そのためLEDは光り続ける、また抵抗がなぜ必要なのかがわかりました。

第一回目の授業ではこのように、回路の作り方、計り方に関する知識、技術を学びます。

第２回目

前回ははんだ付け技術の習得から始まり電気回路作りの基礎動作を学びました。 そこで今回はいよいよデジタル電光掲示板のハードウェア部分を製作します。 しかし、前回の回路とは異なりただ部品をつけるだけではうまくいきません。 なぜなら電光掲示板では回路のスペースが限られているからです。 そこで、ただ部品を繋ぐのではなくできるだけ無駄のない回路作りを意識した回路の製作をマスターします。

授業構成

電源部分、マイコン部分、掲示板部分の役割の説明、新たに使う部品の説明後、電源部分の製作に入ります。 具体的にはスイッチを入れるとLEDが光り、主電源が入っていることを確認する回路の製作です。 原理自体は前回のLEDを光らせる回路とほとんど変わりません。しかし、今回は難易度が上がります。 前回であれば基板すべてを自由に使えたため比較的簡単に作成できました。 これに対し、今回は限られた範囲（10×10マス）内でつくらなければ他の部品を取り付けることができません。 そこで、今回もまずは回路を作り、ミスがあれば回路図で書き表しミスを探していきます。 このような流れで今回の授業では、デジタル電光掲示板の電源部分の完成させ、マイコンへの電源供給部の配線を行います。

第３回目

今回は電光掲示板の完成を目指しどんどん回路を作っていきます。 マイコンの役割、トランジスタを使う必要性を学び、部品の意味を考えながら回路を完成させましょう!!

授業構成

今回はLEDを配線し電光掲示板の表示部分を製作します。掲示板としてLEDを用いるには25個のLEDをそれぞれ光る・光らないを制御する必要があります。さらにLED同士が近い位置に整列しなければ模様や文字がきれいに表示さません。そこで、25個のLED、10個のトランジスタがそれぞれショートしないように回路を作る必要があります。配線が重ならないように被膜を用いて丁寧に配線していきます。最終的に電光掲示板のハードウェアの完成を目指します。

第４回目

今回は電光掲示板のソフトウェアを作ります。25個のLEDにどんなパターンにしたいのか？そしてそれをプログラミングするにはどうすればいいかを考えましょう。

授業構成

今回はマイコンにプログラミングを書き込み、マイコンの電圧を制御します。しかし、いきなりプログラミングによる電圧制御とLEDの点灯パターンを同時に考えるのは難しいので、まずは5×5のマスにどんなパターンにしたいかを紙に書いて考えます。次に、紙に書いたパターンから、1表示ずつプログラミングに書き換えていきます。そして、プログラミングの結果LEDがどのように光ったかを確かめます。もし光り方が異なった場合、プログラミングを変更し光らせ方を変更していきます。講義を通じてマイコンの制御からLEDの点灯を制御する方法を学びます。