記事担当：共立プロダクツ
［ハンダ付け不要－マイコン系］


自分が使いたいものを作ってみようという事で始めました、簡易型LEDテスター企画のPart2です。
もう少しだけ設計段階が続きます。よろしくお願いいたします。
M5StickCについているGPIOコネクタは、一般的な2.54mm間隔のヘッダーピンが適合します。
本来はM5Stack社公式の★HATという拡張モジュールを取り付けるためのものですが、ユニバーサル基板などで作った回路を試すのにも丁度いいです。
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8ピンのうち電源関連が5ピンを占めているため、実際の入出力ピンは3本（G26、G36、G0）しかありません。
I2Cインターフェースを使えばデバイス数が増えてもピン数は2本のままなので、このGPIOコネクタを使う際はI2Cデバイスをメインにするのがスマートな方法だと思います。
ただ、今回のように純粋な入出力としてピンを使うとかなり少なく感じるのは確かです。実際のところ、割り切りが必要でした。
※入出力ピンはこの他にGroveコネクタの2本（G32、G33）が使用可能です。

今回のLEDテスターを作るうえで、電流調整にはPWM出力が1本あれば良いことはPart1の記事で説明しました。
他には、アナログ入力機能で電圧を読み取るポイントが2点あります。
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●ローパスフィルタにかけた後のVCTL電圧（電流自動制御のフィードバック用）
●テスト対象LEDのカソード電圧（LEDの順方向電圧計算用）
この2点をそれぞれアナログ入力のピンで読み取ると、3本のピンを全て使い切ってしまいます。

アナログ入力について見ていきます。
M5StickCに使われているESP32マイクロコントローラでは、アナログ入力に使われる内蔵A/Dコンバータの入力電圧は約1.1Vまでとなっており、測定可能な電圧の範囲が狭いようです。この弱点を補うため、ESP32にはA/Dコンバータへの入力用のアッテネーターが内蔵されており、4段階に切り替えができるようになっています。
アッテネーターを有効化することで広い電圧範囲を測定できるようになるのですが、一番高い-11dBの設定にしても推奨入力電圧範囲は2.45Vまでで、最大3.3VのVCTLを測るのには適していません。
しかも-11dB設定時のアナログ読み取り値は特に歪みが大きいようです。
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そこで、今回はESP32内蔵のアッテネーターの指定を-6dBにして、さらに回路側でも入力電圧の減衰をします。
あらかじめ読み取り対象の電圧を抵抗で1/2に分圧してから、アナログ入力ピンに入れます。
こうすることで、測定上限が1.75Vの二倍となるので、3.3Vもなんとか測れるようになるはずです。
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ただし、これらの分圧の抵抗を直接測定ポイントに接続してしまうと、測定したい回路に影響を与えてしまい正しい値を取れなくなってしまうので、オペアンプを1回路使ったバッファ（ボルテージフォロワ）に通してから分圧するようにします。
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ブレッドボードとテスターで動作確認を行い、全体の回路図はこのようになりました。
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使うオペアンプは単電源タイプの「★LM358」。
平凡な性能ですが今回の用途ではこれで十分です。全部で3回路になってしまったので、2個使います。
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LM358は多くのメーカーが製造する定番のICで、共立エレショップでは2023年2月から取り扱いを開始した★TAEJIN Technologyというメーカーのものを使ってみました。
とにかく低価格なので、常備してどんどん使えるのが嬉しいですね。
ご興味のある方はエレショップの商品ページをご覧ください。
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電流計算・電圧計算に関係する部分の抵抗は、誤差1％品の★金属皮膜抵抗を使います。
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この設計で製品化をするのは無理があるのですが、もし量産を考える場合は、個体差を小さくすることは最終的なスペック欄に表記する精度を良くすることにつながります。
（ちょっと大変ですが、1台1台それぞれ校正した値を書き込むようなプログラム面での仕組みを用意するなども選択肢の一つです）

あとは抵抗・コンデンサ類、NPNトランジスタ、ヘッダーピン、ICソケット、LEDを挿し込むヘッダーソケットなど。一般的で安価なものばかりです。


それでは、★ユニバーサル基板で回路を作っていきましょう。
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M5Stickと幅をそろえて、8列でカットします。
「幅そろってる方がシュッとしててええやん」（？）ぐらいの軽い気持ちで決めてしまいましたが、これが後々部品配置や配線の難易度を上げることになります…

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回路図通りに部品を並べてみて、部品の場所を決めます。
基板の大きさに余裕があれば、だいたいのアタリを付けてから適当に配置してもなんとかなるのですが、今回は完成形を意識しすぎて基板を小さくカットしてしまったので、入念に部品の置き場所を検討します。
部品を載せる目途が立ったところで、ハンダ付けを進めていきます。
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裏返して、リード線の配線作業です。基板が小さくて想像以上にやりづらい（言わんこっちゃない…）。
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最後にリード線だけでは無理な所を被覆電線を使ってつなぎます。
★ジュンフロンETFE電線を使いましたが、こういう細かい基板の場合は★ポリウレタン線のほうがおすすめです。
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ハードウェアはこれで完成です。

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あとは諸々の計測と制御のためのプログラムを作り、液晶画面のレイアウトを決めて
M5StickC内蔵の液晶にカッコ良く表示してやればいいのですが…結構まだ先は長そうです。
次回完結予定。Part3に続きます！
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(記事：ONE)
更新予定：毎週木曜日(次回は7月27日です！)