micro:bit extension boardとは？
micro:bitは、イギリスBBCが中心になって開発した教育向け小型マイコンボード。
イギリスの小学生に無償で配られたこともあり、授業での活用を通して、このマイコンボードに接続できる多くの各種拡張デバイスが開発、販売されています。
本ボードもそういった拡張用ボードの一つです。
４つのフルカラーLEDを自由な色に光らせたり、ヤマハのFM音源チップを鳴らす用途で、子供向けWSなどで活用してもらうために、このボードを製作しました。
用途その1: フルカラーLEDの制御
本ボードの第一の機能は、PCA9685を利用したRGBフルカラーLEDの制御です。
このボードにPCA9685、およびチップ部品をハンダ付けしていただくことによって、最大４つのフルカラーLEDをmicro:bitから簡単に制御できるようになります。
用途その2: YMF825Boardを鳴らす
ウダデンシから販売されているヤマハ製FM音源チップを搭載したYMF825Boardが接続可能です。
FM音源を使って、micro:bitのプログラミングで音楽を鳴らしたり、FM音源で発音する電子楽器を簡単に作ることが出来ます。
用途その3: micro:bit拡張端子のピン接続用
micro:bitの全拡張端子を2.54mmピッチのピン接続に変換出来ます。
また、I2C端子のピンも引き出しています。
micro:bitの拡張端子を使った各種機能をこのボードから利用することが可能です。
フルカラーLED制御用の実装
フルカラーLEDを制御する用途では、以下の部品の実装が必要です。
1. PCA9685
2. 1608の10kΩ、1kΩ、0.1μFのチップ部品
3. チップトランジスタ2SA1313
さらに、micro:bit用のコネクタをハンダ付けし、フルカラーLED用のピン出力にピンなどをハンダ付けします。
部品を実装する
写真の番号の部品は以下の通りです。
1. チップトランジスタ2SA1313
2. 抵抗10kΩ
3. 抵抗1kΩ
4. PCA9685
5. コンデンサ0.1μF
いずれも小型の表面実装部品ですが、頑張って手付けでハンダ付けしてみてください。
エッジコネクタのハンダ付け
エッジコネクタをハンダ付けします。
実際に回路と接続しているのは、内側の２列だけなので、全部の穴をハンダ付けする必要はないです。
ピンヘッダのハンダ付け
LEDと接続するためにピンヘッダを付けておくと便利です。
私は、写真のようなL型ピンヘッダをハンダ付けしました。
LED1,LED2,LED3,LED4と書いてある端子にハンダ付けします。接続するLEDはアノードコモンを想定しており、各LEDごとに４本ある端子の一番左側には、3.3Vの電源電圧がかかります。
接続するLED例
この拡張ボードと接続するLEDの一例を紹介します。
写真で使っているLEDは以下の部品です。
この部品と電流制御用の抵抗を付けた回路を本ボードの端子と接続します。
ちなみに、抵抗は赤のLEDに75Ω、青と緑のLEDに4.7Ωを使っています。
プログラミング例(MycroPython)
micro:bit上の5×5 matrix LEDと本ボードで制御するLEDを光らせるMicroPythonのプログラムを添付します。
YMF825Boardの実装
micro:bitでYMF825を鳴らします。以下の部品が必要になります。
・YMF825Board
・三端子レギュレータ
・レギュレータ用コンデンサ
YMF825Boardの3.3V化
micro:bitは3Vで動作するので、YMF825Boardを3.3V IFで使用する必要があります。YMF825Boardの公式サイトで紹介されている通り、このボードを3.3V化します。
3.3V化には、チップ抵抗の取り外しと、パッドのショートが必要です。部品が密集した極小箇所での作業となり難易度は高いですが、ハンダのコテ先を極細タイプに替えると、作業は少し楽になります。
5V供給方法の選択
YMF825BoardはIFを3.3V化しても、YMF825を動作させるために5V電源は必要です。
本ボードでは三端子レギュレータを用い、5Vから3.3Vを生成しますが、5V電源をこのボードに入力する必要があります。
5V電源を入力する方法を以下から選んでください。
1. USB microB端子を直接表面実装でハンダ付けする。（PCBパターンはHIROSE ZX62)
2. 5V in端子に直接5Vを入力する。
なお、5V in端子に電源用マイクロUSBコネクタDIP化キット：秋月電子を取り付けることが可能です。
三端子レギュレータのハンダ付け
三端子レギュレータとコンデンサをハンダ付けします。
まず、1608の0.1μFのコンデンサをC2にハンダ付けします。
次に三端子レギュレータを、写真の向きにハンダ付けします。
最後に、三端子レギュレータを買った時に入っている47μF電解コンデンサを、写真の向きにハンダ付けします。
エッジコネクタのハンダ付け
エッジコネクタをハンダ付けします。
実際に回路と接続しているのは、内側の２列だけなので、全部の穴をハンダ付けする必要はないです。
YMF825Boardのハンダ付け
extension boardのYMF825Boardと書いてある穴にピンヘッダをハンダ付けし、そのピンヘッダにYMF825Boardをハンダ付けします。
YMF825BoardのRST端子をポートで制御したい場合、P16をショートさせれば、micro:bitのPin8で制御が可能になります。
プログラミング例(C++)
mbedのこちらのページにプログラムを公開しました。
YMF825のサンプルプログラムを使って、自動に半音ずつ音が上がっていきます。
プログラミング例(MicroPython)
MicroPythonでも作成してみました。2秒ごとに、ピアノの音が鳴る、消えるを繰り返します。