microbit アナログ/デジタル信号

これまでドキドキハート♡、LEDマトリックスを学習しましたね。

そしてLチカ（電子工作）にて、自分で電気回路を組んで実際にLEDを点灯させることができました。

ここまでを振り返ってみると、LEDは常に明るさは一定で、点灯しているか消灯しているかのどちらかでした。

LEDの明るさを変えるにはどうすればいいでしょうか。やってみましょう！

完成イメージ

これを作りますよ！

アナログ信号が使えると、この動画のように、じわじわと見た目を変えることができるので、何か作るときに今まで以上に楽しくなります！

アナログとデジタル

電気がどういう状態で流れるか伝えるために、電気信号という言葉で表現します。

そして、電気信号にはアナログ信号とデジタル信号の２つがあります。

• アナログ信号は連続的に大きさが変わる信号
• デジタル信号は０か１のどちらかにしかならない信号

たとえば、車のスピードはアクセルやブレーキを使って連続的に変えることができるのでアナログ信号ですね。

家の蛍光灯（もしくはLEDライト）はどうでしょう。
壁のスイッチを押すことで点灯するか消灯するか、つまりONかOFFか、言い方を変えると０か１か、となるのでデジタル信号です。

プログラムではデジタル信号を下のように言うのが一般的です
０＝偽＝false（フォルス）
１＝真＝true（トゥルー）

今までやってきたmicrobitのLチカ（電子工作）を思い出してください。

デジタルで出力する 端子P9 値1

のように、P9からデジタル信号を出力していて、その値が１のとき点灯、０のとき消灯していましたね。

実は知らぬうちにデジタル信号を使っていたんですね。

これをアナログ信号で出力すると、どうなるかやってみましょう！ってのが今回の話です。

アナログ信号の出力

アナログ信号ってどうやって作っているんでしょう？

デジタル出力のときは0の時が0V（ボルト）、1の時が3Vでした。

このデジタル出力を細かく区切ってみることを考えてみましょう。

3Vの半分はいくつですか？
。。。1.5Vですね。

では、3Vの1/3はいくつですか？
。。。はい、1Vですね。

このように区切る数を大きくすると。、区切り一つ当たりの電圧幅が小さくなりますよね。

microbitのアナログ出力は、3Vを256区切りにしています。

ということは、区切り一つ当たりの電圧は何ボルトになりますか？計算してみてください。

3 /256
ですよ。

実際のmicrobitで考えてみましょう。

例えばアナログ値128を指定すれば
3V × 128 / 256 = 1.5V

アナログ値64を指定すれば
3V × 64 / 256 = 0.75V

このように、本来microbitは3Vを出力しますが、細かく区切ってやることで出力する電圧を変えることができます。

これをDA変換（デジタルーアナログ変換）と言います。

LEDの明るさを変えてみる

LED -> その他 ->LED画面の明るさを設定する 255

を見つけて、ずっとブロックに入れましょう。

その下に、アイコンを表示♡ブロックを入れます。

いま、下のような状態になってるはずです。

ずっと
　　LED画面の明るさを設定する 255
　　アイコンを表示♡

これでまず書き込んでみます。

・・・いつも通りの明るさの♡です。

では、つづいて下のように明るさを255から25に変えてmicrobitに書き込んでみましょう。

ずっと
　　LED画面の明るさを設定する 25
　　アイコンを表示♡

明るさの違いはどうですか、けっこう暗くなりましたよね！

さて、では完成イメージのようにじわじわと明るくするにはどうすればよいでしょうか。

・・・

そうですね、LED画面の明るさを設定する の数値を少しずつ大きくしていけばよいですね。

ここで前回と同じく登場するのが変数です。

変数名はどうしましょう、「ブライトネス」にでもしておきましょうか。
明るさ = brightness = ブライトネスです。

下のようなプログラムを作ったらmicrobitに書き込んで動作を確認してみましょう。

最初だけ
　　変数ブライトネスを０にする
　　

ずっと
　　変数ブライトネスを１だけ増やす
　　LED画面の明るさを設定する ブライトネス
　　アイコンを表示♡

少しずつ明るくなっていったら正解です！

明るさ255に到達したらリセットする

少しずつLEDを明るくして、一番明るい255にするわけですが、途中から明るさが変わってるのが目で見てわからないんですよね。

そこで、

もしブライトネスが255以上なら
　　変数ブライトネスを０にする
そうでなければ
　　変数ブライトネスを１だけ増やす

ようにプログラムを変更してみましょうか。

がんばってみましょう！

ヒント！
さっき作ったプログラムの、変数ブライトネスを１だけ増やす、部分に手を入れるだけですよ。
論理 -> もし～～なら ブロックを使います

さて、どうでしょう。255を超えて明るさ０にリセットし、また明るくなり始めたら正解です！

フラグを使って明るさ制御しよう！

最初に見た完成イメージだと少しずつ明るくなって、少しずつ暗くなって行くという繰り返しでした。

しかし今作ったプログラムを実行すると、少しずつ明るくなって、明るさが最大の255になった瞬間に突然真っ暗になって、の繰り返しです。

少しずつ暗くなって行く、の部分が作られていませんね。

アナログ信号を波形イメージで表すと下の図のようになります。

明るさが最大になったら、少しずつ暗くなるようにしたいです。

そこで下のようなプログラムを作りたくなるかもしれません。

もしブライトネスが255以上なら
　　変数ブライトネスを－１だけ増やす
そうでなければ
　　変数ブライトネスを１だけ増やす

しかしこれは間違っていて正しく動きません。なぜだかわかりますか？

ブライトネスは０から１ずつ増えていき、255に到達したとします。

次はブライトネスは－１だけ増えて254になります。

となるものの、この次はブライトネスは１だけ増えて255になります。

さらに次はブライトネスは－１だけ増えて、また254になります。

これが延々と繰り返されることになります。

255 -> 254 -> 255 -> 254 -> 255 ->…….

これを解決するために使うのがフラグ（＝旗）です。

ブロックリーの鳥でフラグを学習しましたね。

フラグは上がっているか下がっているかのどちらかですよね、つまり０か１のデジタル値です。

そしてフラグは変数を使って作ります。

フラグ名は「下げるフラグ」とでもしておきましょうか。

そして最初だけブロックに初期値を”偽”として追加します。

最初だけ
　　変数ブライトネスを０にする
　　変数下げるフラグを偽にする

偽（読み：ぎ）は論理ブロックの中にありますよ
英語で言うfalseと同じで、０のことです

やりたいことはこんな感じです。

もし下げるフラグが偽なら
　　明るくする（変数ブライトネスを増やす）
　　もし明るさが255以上だったら
　　　　下げるフラグを真にする
そうでなければ
　　●自分で作ってみましょう↓
　　＜明るさを下げる処理＞
　　＜明るさが０以下だったら下げるフラグを偽にする処理＞

下げるフラグが偽だったら明るくしていき、最大の255に到達したら下げるフラグを真にセットします。

すると、次からはそうでなければの中の処理で暗くしていきます。

暗くする処理の中で、最小の０に到達したら下げるフラグを偽にセットします。

その後はまた明るくする処理に移っていきます。

つまり、明るさを見ながらフラグを切り替えて、明るくするか暗くするか処理を変えている、ということになります。

フラグを
真(true)にすることをフラグセット
偽(false)にすることをフラグクリア
と言いますよ

では、がんばってー！