IoT検定対策5章 デバイス(1/2)

バイス(1/2)

制御装置

マイクロコントローラー

入出力

  • GPIO:用途を限定しない汎用入出力PIN。High/Lowを切り替えて使用。基本的には矩形波出力だが、PWM制御により疑似的な正弦波の出力も可能。
  • UART(または SCI):Universal Asynchronous Receiver Transmitterの略。RS-232cなどで使用。通信内容が長いメッセージ(GPSなど)の場合に使用されることがある。
  • SPI:Serial Peripheral Interfaceの略。Motolora社開発。IC同士の通信で使用されるインターフェイス。マスター・スレーブ方式で1:n通信(マスター 1:スレーブn)の通信が可能。シリアルバス。SDカード(Micro SDも)がこのI/Fを使用。
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  • I2C:Inter-Integrated Circuitの略。Royal Philips社開発。SPI同様、IC同士の通信I/F。低速デバイス(小型ディスプレイ、RTC(リアルタイムクロック))で使用。SPIと異なり、マルチスター(複数マスターからひとつのスレーブに対して通信。マスター同士は不可)が可能。
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  • 1-WIRE:Dallas Semiconductor社製。1本の信号線でデータ送受信、給電が可能。長距離の伝送が可能。デバイスに振られた個別IDで複数の同系デバイスを識別できる。

IoTデバイスを動かすための仕組み

  • バイスの概要
    • CPU・RAM・レジスタを搭載したLSI(大規模集積回路)であるMPUやCPUなしのMCULSIと通信するIOPortで成り立っている。
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    • IOPortには、デジタル入出力端子とアナログ入力端子がある。
  • 電圧とロジックレベル
  • 正論理と負論理
    • 正論理:1をHigh、0をLowとする考え方
    • 負論理:0をHigh、1をLowとする考え方
    • MIL記号表記(下図)では、○の端子が 負論理を示す。
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    • NAND、NORについては、AND、ORの逆。 f:id:camelrush:20200822103805p:plain
  • 抵抗の系列とカラーコード
    • オームの法則:V=IR
    • リード線がついたものと、チップ抵抗(線を持たずに直接プリント基板につける)がある。
    • カラーコードの見方。例 の場合。
      • No1、No2は値(茶:1、緑:5 → 15)
      • No3 は 指数(橙:3 → 10の3乗)
      • No4 は 誤差(金:±5%)
      • → 15 × 103 = 15KΩ(誤差 ±5%)
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  • 語呂合わせで覚える
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  • ダイオード、LED、太陽電池

    • ダイオード:電流を一方向だけに流す素子。P型(+)とN型(-)の半導体(導体と絶縁体の両方の特性を持つ)でできている。
    • LED:発光ダイオード。P型とN型が結合することで出る光を、効率的に発生させたもの。
    • 太陽電池:フォトダイオードとも。LEDの特性を逆に用い、光を当てることでP型とN型に(+)(-)を発生させて電流を流すようにしたもの。
  • トランジスタ

    • 電流を増幅する素子。コレクタ・ベース・エミッタの3端子。
    • (ここは正直さっぱり。別途勉強必要)
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  • スイッチ入力とチャタリング

    • チャタリングは、電子回路のスイッチでVccとGNDの接点を物理的にONにする際、接点で「バウンド」または「擦れ」によって複数回細かなON/OFFが検知されること。
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  • コンデンサ

    • 蓄電器。
    • 容量(C)と蓄積された電荷(Q)の関係は、Q = C × V。
  • 電圧の入力(A/D変換)

    • A/D変換は、サンプリング(標本化) → 量子化 → 符号化 の順に行う。
    • 標本化:アナログ信号から一定間隔で信号を抽出する。
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      • 標準化には「標準化(サンプリング)定理」を用いる。曰く、
      • 「波形の最大周波数の2倍を超えた周波数で標本化すれば完全に元の波形に再構成される」
      • 例えば、電話の最大周波数は 4KHz(ナローバンド 0.3~3.1または3.4kHz) である。
      • つまり電話は、4kHz×2=8kHz、つまり標本化レートを1秒間に8000回にすることによって忠実に再現できる
    • 量子化:標本化した信号を量子化により数値化する。
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    • 符号化:0と1の2進数(デジタルデータ)に変換する。
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