Arduino UNO R4の登場で広がるArduinoの世界（2）Arduino UNO R4 Minimaを動かしてみる

　今回は、アメリカから輸入したArduino UNO R4 MinimaをArduino IDEで動かしてみます。Arduino UNO R4 Minimaは次に示すように、USBのコネクタはtype Cのものに変わっています。マイクロBのほかにtype Cのコネクタを揃えることになります。ピンヘッダはUNO R3と同じです。

　3×2のICSP（SPI）のピンヘッダは一つとなりました（J1）。10ピンのデバッグ用のSWDのピンヘッダが追加されています（J2）。
　これらのボードのピン配置などは、Arduino UNO R4 Minimaのデータシートに次のように説明されています。

●基本的にはUNO R3と同じ

　Arduino UNO R4 Minimaは、次に示すデータシートのボードの配置図のように基本的には、UNO R3とほぼ同様なものとなっています。

●異なるものは

USBコネクタがType BからType Cに変更された
3×2の6ピンのICSPのピンヘッダが２セットあったものが、UNO R4はICSP2が削除され１セットとなった
UNO R4では、５×2のデバッグ行うためのSWD/JTAGのピンヘッダが追加された

●コアのマイクロコントローラ

　UNO R3では８ビットのAVRマイクロコンピュータでしたが、UNO R4には32ビットのARM CORTEX M4のルネサス製R7FA4M1AB3CFMが搭載されています。64ピンのLQFPの形状となっています。LQFPはパッケージの取り付け高さが『1.20mm＜L≦1.70mm』の間のQFPのパッケージを示しています。

●アナログ・ポート、ディジタル・ポート

　アナログ入力、PWMによるアナログ出力、ディジタルI/Oの基本的な機能はUNO R3と同様になっています。アナログ入力ポートの割り当てはA0、A1、A2、A3、A4、A5と同一です。

●SPI、I2Cインターフェース

SPIはD13（CSK）、D12（CIPO）、D11（COPI）、D10（CS）の4ピンに割り当てられ、D13、D12、D11はICSPにも接続されています。I2C用SDA、SCピンはアナログ・ピンのA4とSDA、A5はSCLとが接続されています。これらはUNO R3と同じです。

●USBシリアルとUART

　UNO R4ではUSBシリアルとD0、D1に割り当てられているRX、TXは、それぞれ独立したものになっています。UNO R3とUNO R4の共通の機能のうちで数少ない異なる仕様の一つです。

●追加された機能

●アナログ出力（DAC端子）
　UNO R4のボードのA0は、DAC（ディジタル-アナログ・コンバータ）の変換結果を出力するアナログ出力ポートになっています。この機能はArduino MKR WiFi 1010のMKRシリーズでも用意されています。デフォルトの設定では８ビットの分解能のDACですが、UNO R4は12ビットの分解能まで対応できます。MKRシリーズのDACは10ビットの分解能でした。

●OPアンプの機能
　UNO R4のデータシートには、アナログ入力端子のA1(+)、A2(-)、A3(out)でOPアンプが構成できることが示されています。少し遅くなるかもしれませんが、後ほどテスト回路を組んで確認します。

●RTC（リアルタイム・クロック）
UNO R4では搭載されているルネサスのマイコンRA4M1がもつRTC機能が利用できます。電源投入後の時刻合わせが必要です。サンプル・スケッチも用意されています。

●CAN
　自動車の車内のネットワークから始まりFAなどにも広く使われているCAN2.0A/2.0Bの規格に準拠したモジュールが搭載されています。

●USB-HID
　キーボードやマウスのインターフェースとしての機能を発揮します。

●新機能を確認するサンプル

　これらの新規機能は、Arduino UNO R4 Minimaを選択すると、次に示すようにサンプル・スケッチが用意されています。
▼RTC
　RTCでは開始時刻のマニュアルでの設定のほか、Wi-Fiが利用できる環境が必要ですがNTPサーバを利用した時刻合わせのサンプルも用意されています。そのほかアラームの設定の例もあります。
▼CAN
　メッセージの読み取りと、書き込みのそれぞれのサンプルが用意されています。

　Arduino UNO R3で利用されていたイーサネット・シールドを利用したサンプル・スケッチも含まれています。

　FreeRTOSのサンプルもあります。高性能なチップが搭載されたので、リアルタイムでクリティカルな処理を行う実験もできそうです。

　次に示すように、これらの機能をバックアップするためのUNO R4用のライブラリも追加されています。Arduino_CAN、Arduino＿FreeRTOS、RTCなどが追加されています。
　イーサネット・ライブラリはUNO R3で利用されたイーサネット・シールドを用いることを前提にしています。ネットワークを利用する場合はもう少し待ってArduino UNO R4 WiFiを購入してから検討することとします。

●Arduino UNO R4 Minimaを動かす

　サンプル・スケッチのBasicsの中のFadeをアップロードして、９番のディジタル・ピンにLEDを接続し点滅します。アナログ出力でLEDの明るさを制御します。

●Fade用テスト回路

　ブレッドボードを利用します。テスト回路は、次に示すようにD9から1kΩの抵抗を接続します。抵抗とLEDのプラス側を接続し、LEDのマイナス側はボードのGNDに接続します。

●スケッチ例　Fade.ino
●変数の設定

　スケッチでは、int LED=9;でLEDを制御するディジタル・ポートをd9に設定します。次のint brightness = 0;で、明るさを設定する変数の初期値を0に設定します。次のint fadeAmount = 5;は、明るさ制御する変数のステップ値です。

●初期化処理

　初期化処理を行うsetup()関数では、pinMode(led, OUTPUT);でLEDを制御するd9ポートを出力ポートに設定します。初期設定はこれだけです。

●loop()関数

　メインの処理を行うloop()関数では、最初にanalogWrite(led, brightness);の命令でd9ポートにbrightnessで示された明るさのアナログ出力を行います。次のbrightnessの値をfadeAmountの値でカウント・アップします。brightnessの値が255と等しいか超えるとカウント・ダウンするようにfadeAmountの値をマイナスにします。brightnessが0またはマイナスになるとカウント・アップするようにfadeAmountの値をプラスにします。

　30ms待って次に進みます。delay(30)の設定値を変更すると、点滅の周期が変わります。
　以上のサンプル・スケッチを次に示します。