色んな拡張ボードを使ってみよう！　～パート2：マイコンとの通信方式～

マイコン ⇔ 拡張ボード間の通信方式がわからず、困っていませんか？

パート1では、様々な種類の拡張ボードを見てきました。非常に面白いボードが数多く存在し、使ってみたいと思った方も多いと思いますが、そもそも『アナログ』と『デジタル』って何が違うんだろう、『I²C』とか、『UART』とか、『シリアル』とか、何が違うのかわかんない！という方、いらっしゃいませんか？ここでは、それぞれについて軽くまとめてみようと思います。

Fig.1 アナログの世界

Fig.2 デジタルの世界

一番大きな分類として、アナログ信号とデジタル信号の違いがあります。これらの違いは、信号が『連続的』か、『離散的』か、ということです。上の図に示すように値が0、1、2、3、4、5、6…といったように連続して変化していく信号がアナログ信号です。それに対して0か1のどちらかの値を持つ、離散的なものが、デジタル信号です。アナログ信号は、自然界の情報（光、音など）をセンサーで読み取る際や、モーターをはじめとしたアクチュエーターを回転させる際に使用され、デジタル信号は、ライトのオン、オフ等に使用されます。ただ、コンピューターの世界は基本的にオンとオフのみのデジタルの世界なので、アナログの信号もデジタルに変換されて扱われます。そこで、『I²C』や『SPI』、『UART』などが登場してくるんです。

シリアル通信って？

マイコンと拡張ボードを接続する際は、シリアル通信によって通信することが多くあります。シリアル通信は、1ビットずつ順番にデータを送信するため、数本の信号線で済みます。それに対して、パラレル通信といった方法もありますが、こちらは複数の信号線を用いて、一本につき1ビットを同時に送信する方式です。

UART

Fig.3 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter（UART）

基本的に、送信（TX）、受信（RX）用の2本の信号線で構成されます。他のシリアル通信方式では、クロック信号と呼ばれる、タイミングを同期するための信号を併せて使うことで、送信側と受信側の同期をとっていますが、UARTにはこれがありません。UARTでは、信号の最初と最後に目印となる信号を付けることで、同期をとっています。

I²C

Fig.4 Inter-Integrated Circuit（I²C）

双方向の信号線（SDA）と、クロック信号線（SCL）の2本で構成されます。I²CやSPIでは、マイコンやコンピューターなどの、通信を制御する側を『マスタ』、拡張ボードなどのデバイス側を『スレーブ』と呼び、スレーブにはそれぞれ特有のアドレスが割り振られています。このアドレスをもとに、マスタと通信するスレーブを判断できるため、1つのマスタに対して、複数のスレーブが接続可能になるんです。ただ、拡張ボードによってはアドレスが被ってしまい、同時にI²Cを使用できない場合があるので、注意が必要です。

SPI

Fig.5 Serial Peripheral Interface（SPI）

マスタからデータを送信するための信号線（MISO）、受信するための信号線（MOSI）、クロック信号線（SCLK）、通信するスレーブを決めるための信号線（SS）で構成されます。I²Cと異なり、信号線が通信方向によって分かれているため、伝送速度が速いといった利点があります。しかし、スレーブが増えるほどSSも多くなるため、場所の制約等がある場合は、信号線の本数的にSPIの方が使いにくいかもしれませんね。

マイコンと拡張ボードを接続するための通信方式について、簡単に見てきました。ここまでが理解できていれば、様々な種類の拡張ボードとマイコンボードを組み合わせることが可能です。ぜひ、多くの独創的な拡張ボードに触れてみて、ものづくりのを楽しんでください！！