MATLAB/Simulink入門 ADCを読んでLED制御

コードレス・プログラミング環境 Simulinkでモデルベース設計

処理ブロックを呼んで並べて値設定

モデルベース・デザインとSimulinkの基本

モデルベース・デザインの利点

Simulinkは，モデルベース・デザインのアプローチを利用して，設計やシミュレーションを行うためのツールです．

モデルベース・デザインとは，物理的なシステムや設計をシミュレーション可能なモデルに落とし込むことで，設計プロセスを効率化する手法です．Simulinkでは，図形ブロックを直感的に操作することで，複雑な制御システムや信号処理のモデルを作成できます．たとえば，ADC（Analog-to-Digital Converter）から取得した信号を処理し，LEDを点灯させる制御フローは，ブロック線図形式で簡潔に表現可能です．

Simulinkの基本的な使い方

Simulinkを起動すると，設計に必要な基本ブロックがライブラリブラウザに表示されます．ADCの信号を扱う場合，入力信号を取得するためのブロックと，それを処理・制御するためのブロックが必要です．具体的には，ADC信号の値を条件分岐（例えば$V_{in}$が一定値を超えた場合）に基づいて処理し，ディジタル信号でLEDを制御します．

SimulinkでのADCとLED制御のプロセス

ADC信号の取得と処理

Simulinkでは，ADC信号を取得するブロック（例:Analog Input）を使い，システムに取り込むことができます．取得した信号は，条件に応じて制御ブロックを通じて処理されます．例えば，$V_{in}$がしきい値を超えた場合，特定の制御ロジックに基づいてLEDを点灯するよう設定できます．この条件は，Compare To Constantブロックを用いて実装可能です．

LED制御の実装

処理されたディジタル信号をLEDに送るには，Digital Outputブロックを使用します．これにより，ADCのアナログ信号から生成されたディジタル信号をハードウェア上で実際に確認できます．Simulinkモデルでは，入力から出力までの信号の流れを直感的に視覚化できるため，設計とデバッグが非常に効率的です．

「ブロック線図」の重要性

Simulinkの根幹をなす「ブロック線図」は，システム設計における重要な概念です．制御工学や信号処理では，システムの信号の流れを明確に記述する必要がありますが，ブロック線図はこれを視覚的に表現します．

ブロック線図の利点

ブロック線図の主な利点は，次の2点に集約されます:

1. 視覚的な理解の向上
   信号の流れや制御ロジックが視覚化されるため，複雑なシステムも直感的に把握可能です．たとえば，$V_{in}$からLEDまでの信号の流れを一目で確認できます
2. シミュレーションと設計の統合
   ブロック線図はそのままシミュレーションモデルとして機能します．これにより，システム設計と動作確認を同時に進めることができ，設計時間を大幅に短縮します

Simulinkにおける実例

Simulinkを用いることで，ハードウェアに依存しない形での設計検証が可能です．ADC信号の処理フローやLED制御のロジックは，すべて仮想環境上で検証できます．さらに，設計したモデルをコードに変換することで，リアルタイム・システムにも応用可能です．

〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 2010年　沼津工業高等専門学校　専攻科　卒業
• 2010年　FA機器/ハード・ディスク製造装置設計業務に従事．その後ベンチャーにて半導体検査/医科学用電子顕微鏡，半導体製造装置，理化学機器の研究開発設計に従事
• 2020年　静岡県創業者育成施設審査通過し，個人事業として独立
• 2022年　株式会社ディスクリテック設立，現在に至る

著書

1. ［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 電源・アナログ回路入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 完全マニュアル】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 プロの仕上げ技101】，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/KIT］すぐ動く！BM83 Bluetoothスタータキット，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/Pi KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［VOD/KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門
7. 一人で始めるプリント基板作り，トランジスタ技術Special No.127， CQ出版社
8. 商用利用OK！噂の完全フリー基板作成ツール KiCad，トランジスタ技術2015年3月号，CQ出版社．
9. 1枚100円も！世界のプリント基板ネット通販メーカ，トランジスタ技術2016年7月号，CQ出版社．
10. 部品の足にジャストフィット!フットプリント作成，トランジスタ技術2017年5月号，CQ出版社．
11. コネクタなどの特殊部品のフットプリントを高速自作!CQ FootprintTracer，トランジスタ技術2017年10月号，CQ出版社．
12. はじめてみませんか？プリント基板ネット通販生活，トランジスタ技術2018年2月号，CQ出版社．
13. 工作実験室で活躍中！高コスパ電子工作ツール一覧，トランジスタ技術2018年12月号，CQ出版社．
14. 成功間違いなし!　BGA配線 10の基本ルール，トランジスタ技術2020年5月号，CQ出版社．

参考文献

1. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］ Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．