広島工業大学紀要教育編
第 22 巻（2023）77-80

報

告周期可変 LED 点滅回路のミニブレッドボードへの実装と工作体験教室での利用
松岡雷士＊（令和 4 年10月28日受付）

Implementation of a duration-variable LED flasher circuit on a mini breadboard
and utilization in craft workshops
Leo MATSUOKA（Received Oct. 28, 2022）

Abstract
タイマーIC を利用した LED 点滅回路を、170穴のミニブレッドボード上に実装するための回路設計について報告する。LED の点滅周期は半固定抵抗器で変更可能となっている。この回路はコンパクトで半田付けが不要であるため、小学生以上の幅広い年齢層に向けた初心者向けの電子工作体験教室での利用に適している。本報
告では回路設計と実装の詳細について述べるとともに、広島工業大学のオープンキャンパスにおける利用実績について来訪者のアンケート集計結果と共に紹介する。

Key Words: 555 Timer, Electric work, LED flashing

ワンボードマイコンはプログラムの書き換えが容易なため

1 ．はじめに応用範囲は広いが、用途によってはコストが高い手段と2010年代前半、Arduino を始めとする比較的安価で高機なってしまうこともある。純粋に L チカだけを実装する能なワンボードマイコンの流行が始まり、電子工作の敷居手段、もしくは、L チカのベースにある周期信号の生成を［1］はそれまでよりも大きく下がった 。それに伴い、マイコ行う手段について、ワンボードマイコンの利用以外の選択ンを用いて LED をチカチカと点滅させる行為、通称「L肢があることを知ることは、初心者にとって電子工作学習チカ」に関する報告をインターネット上で目にすることがの幅を広げるきっかけとなり得る。

多 く な っ た。L チ カ は プ ロ グ ラ ミ ン グ に お け る「Hello著者は大学のオープンキャンパスの工作体験教室を担当

world の 表 示 」 に あ た る 作 業 で あ り、 新 し い プ ラ ッ ト

するにあたり、この「ワンボードマイコンを使わない Lフォームでの最初の試行に対応する。電子工作の初心者はチカ体験」を一つのテーマとした。ワンボードマイコンをインターネットで検索をかけることにより、簡単に経験者使わずに L チカを実装するためには主に以下の三つの方の L チカ報告を参照してマイコンを使った電子工作を始法が考えられる。
⑴

トランジスタ素子による実装［2］一方で、インターネット上で様々なワンボードマイコン⑵

タイマーIC を用いた実装を用いた L チカの報告が増えてしまったことにより、本⑶PIC などのマイコン素子を用いた実装［3］めることが出来る状況となっている。

当の電子工作の初心者が「L チカを行うためにはワンボー

ここでは既存教材での利用例が比較的少なく、パソコンにドマイコンが必要」と思い込んでしまうことを懸念する。

よる書き込みも不要なタイマーIC を用いた手法⑵を採用


＊

広島工業大学工学部電気システム工学科― 77 ―

松岡雷士

図 2 ．周期可変 LED 点滅回路のミニブレッドボード上への実装（左）完成図（右）隠れた部分の詳細図 1 ．周期可変 LED 点滅回路の回路図することとした。また、タイマーIC を用いれば簡単に矩LED の明滅が目に見えてわかりやすいようにするため、形波の信号を得ることが出来るため、将来的には大学レベ点滅の周期が0.1s 程度のオーダーとなるよう、可変抵抗とルの実験におけるファンクションジェネレータの簡易的なコンデンサをそれぞれ 1 k Ω、 1 mF 程度に設定した。

代用品として改良できる可能性にも期待した。

図 2 にミニブレッドボード上への回路実装の完成図と隠ここでは回路の実装基板として、170穴のミニブレッドれた部分の詳細を示す。赤と黒のワイヤは電池ボックスにボードを用いることとした。ミニブレッドボードは半田付つながっており、赤がプラス極に接続している。完成すれけが不要であるだけでなく、様々な色の製品が販売されてば LED が点滅する。点灯と消灯の時間は可変抵抗で調整いる。カラフルなジャンプワイヤで彩ることによって、工が可能である。可変抵抗は指で調整しやすい小型素子とし作教室などで使いやすいデザインに回路を実装することがて、半固定ボリュームを利用した。デザインを考慮し、出来る。一方でミニブレッドボード上にコンパクトに回路ジャンプワイヤは全て硬質のものとした。この回路は軟質を実装するためには、それなりの思索と試行錯誤に基づいのワイヤによる空中配線で実装するのであれば、設計はさた「配線のデザイン」が必要になってくる。

ほど難しくはない。完成図のように、ミニブレッドボード

本報告では我々がオープンキャンパスの工作教室で使用上に大きな部品を分散配置しつつ、見た目にこだわりながしたオリジナルのミニブレッドボード工作教材のデザイン

ら硬質のワイヤのみで実装するのはそれなりの思考を要しと実装について、部品の価格情報なども交えて紹介する。

た。

また、工作教室における二年間の利用実績、安全のための注意事項、および、参加者アンケートの結果についても報告する。

2 ．タイマー IC を用いた LED 点滅回路の実装
LED 点滅回路はタイマーIC の最も標準的な使用法の一つであり、データシートに掲載された回路構成をほぼその表 1 ．使用した部品とその価格

部品個数 単価 価格（円）

単4電池

電池ボックス単４×２



ミニブレッドボード（170穴）







カラーLED

タイマーＩＣ NE555







まま作成することで実装できる［4］。今回は LED の点灯時

半固定ボリューム 1ｋΩ







間と消灯時間を独立に設定できるようにするため、無安定1/4Ｗカーボン抵抗 100Ω







電解コンデンサー 1000μＦ







セラミックコンデンサー 0.01μＦ







ジャンプワイヤ 2.54mm（銀）







ジャンプワイヤ 5.08mm（赤）







ジャンプワイヤ 7.62mm（橙）







ジャンプワイヤ 12.7mm（緑）







ジャンプワイヤ 15.24mm（青）







ジャンプワイヤ 17.78mm（紫）







ジャンプワイヤ 20.32mm（灰）







動作の回路構成を利用した。回路図を図 1 に示す。タイマーIC として、低い電源電圧で駆動できる CMOS 版のNE555を用いた。点滅周期は R 1 、R 2 の抵抗値 R 1 、R 2［Ω］とコンデンサ C 1 の静電容量 C［F］によって設定することが出来る。点灯時間 TH［s］と消灯時間 TL［s］
は R 1 、R 2 、C を用いて以下の式で表すことが出来る。

T=H( R1 + R2 ) C log e 2 

TL = R2C log e 2

合計― 78 ―周期可変 LED 点滅回路のミニブレッドボードへの実装と工作体験教室での利用ゲストが参加した。図 3 に工作教室の様子を示す。参加者には手順ごとに写真が掲載された資料を配布し、基本的には各自で作業してもらった。完成に要する時間はおおよそ20分から30分程度であった（図 4 ）。ブレッドボードの使用経験や手先の器用さ、もしくはブレッドボード上の穴の数を数える行為への抵抗の有無などが所要時間を決めていたようであった。

図 3 ．本回路を利用した工作教室の様子

令和 3 年度は一人分の部品を事前に一括パックして配布45したが、令和 4 年度は部品を紙皿に集める作業から参加者

4035

人数30初級コースに行ってもらった。参加者自身による部品集めの作業は概上級コース

ね楽しそうに行われていた。

25

令和 3 年度には三本のワイヤの位置をあえて記さないマ20

ニュアルを渡す「上級コース」を用意した。しかしなが15ら、他人の考えた配線の一部のみを考えさせられることに10

参加者はあまり楽しさを見いだせていない印象を感じたた

50め、令和 4 年度は上級編を廃止した。

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

作業時間（分）工作教室では事前に想定していなかったトラブルもあった。まず回路の作成を間違えると IC や電池が発熱するこ

図 4 ．完成に要した作業時間の分布とがある。場合によっては触れないくらいの温度になった
り、電池の外装が溶けるぐらいの発熱となることもあっ

表 1 に使用した回路部品とおおよその単価の一覧を示た。主な原因としては IC を差し込む際に足を一本折り曲す。タイマーIC は安価に手に入れることができるが、乾げたまま差し込んでしまった例などが見られた。発熱を感電池 2 本で駆動するためには CMOS 版の選定が必須となじた際にはすぐに電池の接続コードを引き抜くことを入念る。ミニブレッドボードはカラフルな製品が各社から発売に指導した。また、発熱については、回路を持ち帰る際にされている。ここでは少し高価なミニブレッドボードの価も注意を喚起した。

格を掲載しているが、安価なものは100円程度から購入可

また、短いジャンプワイヤの配線を間違えた場合などは能である。ただし、安価なブレッドボードは個体によって指で抜けなくなることがある。このような場合のために、ワイヤが差し込みにくいことなどもあり、特に使用者が女事前にピンセットを用意しておくのが良い。LED やコン性や低年齢の子供などの場合は少し高価なボードを選定しデンサには極性があるため、カットするときに端子の長さた方が良い。意外と価格を占めてしまったのがジャンプワがわかるようにしておく必要がある。工作教室ではこの点イヤである。一個作成するのであれば混成品のワイヤを買については事前に想定し、切断の詳細な手順を記したマ

えば良いが、工作教室で使用する場合は各色のパックが必

ニュアル写真を用意した。

要となる。品切れしていることも多いので、注意を要す

4 ．アンケート結果る。

令和 4 年度の工作教室の参加者に対し、簡単なアンケー

3 ．工作教室での利用と注意事項トを行った。集計結果を図 5 に示す。（a）は電子工作の経

令和 3 年度と令和 4 年度の広島工業大学のオープンキャ験に関する回答である。 7 割に迫る参加者が何らかの電子ンパスにおいて、本回路を作成するための工作教室を企工作の経験を有していた。他大学や他学科のオープンキャ画・実施した。もともと本企画枠は半田付けを使用した電ンパス等も含まれていると推察されるが、工業大学を訪れ子工作を主に行っていたが、半田付けは綿密に指導しなける参加者の電子工作への関心は低くはないことが伺われれば火傷のリスクなどもあり、コロナ対策のために指導がる。（b）はミニブレッドボードの使用経験に関する回答比較的少なくても作成可能なブレッドボードへの変更を企である。ミニブレッドボードを複数回利用した経験のある図した。一方で通常の大きなブレッドボードは参加者の持参加者が 1 割程度含まれていた。（a）で「複数回」、もしち帰りには向いていないため、ミニブレッドボード上でのくは、「日常的」と回答した参加者のおよそ半数はミニブ実装を考案するきっかけとなった。

レッドボードを複数回使用したことがあると回答してお工作教室には小学生から高校生、保護者も含めた様々なり、電子工作経験者のミニブレッドボードの使用率は比較― 79 ―



松岡雷士

26

全くない

41

少し

(a) 電子工作の経験

0

10

9

複数回

1

日常的

17

少し

12

複数回

54

全くない

2030

400

日常的50

(b) ミニブレッドボードを使った経験

0102030

人数16簡単3822

難しい(c) 工作の難易度

101020604535

楽しかった
普通1楽しめない部分もあった

0苦痛だった0

普通

とても難しい50

とても楽しかった

4とても簡単40人数

30400人数(d) 工作は楽しかったか
1020304050人数

図 5 . 令和 4 年度のアンケート集計結果的高いことが伺えた。また、（a）で「少し」と回答した参装する過程はパズルのような面白さがあり、うまく実装で加者の中にもミニブレッドボードを複数回使用した経験のきたときの達成感は大きい。

ある参加者が 2 名含まれていた。特徴的な参加者ではある謝辞が、もしかしたら令和 3 年度の同企画のリピーターであったのかも知れない。（c）は工作の難易度に関する回答であ

広島工業大学オープンキャンパスにおいて工作教室の実り、難易度は「普通」を中心におおよそ均等に分布した。

施を手伝っていただいた学生の皆様、ならびに、アンケー「とても簡単」と回答した参加者は（a）において電子工ト記入にご協力いただいた参加者の皆さまに深く感謝申し

作の経験が複数回以上ある参加者であったが、全体として上げます。

（a）と（c）の集計結果に有意な相関は見られなかった。

参考文献（d）は満足度に関する回答である。本企画は概ね良い評価が得られていた。

［1］たとえば、神崎康宏「Arduino で計る，測る，量る」
CQ 出版社（2012）など

5 ．まとめ［2］たとえば、子供の科学特別編集「光と色であそぶＬＥ

ワンボードマイコンを利用せずに L チカを体験できる

Ｄ実験・工作キット」誠文堂新光社（2015）など

電子工作の題材として、ミニブレッドボード上にタイマー［3］た とえば、神田民太郎「「PIC マイコン」で学ぶ電子工作実験」I/O BOOKS（2021）など

IC を利用した周期可変 LED 点滅回路を実装するための手法を示した。工作教室における参加者の満足度も高く、体［4］たとえば、NJM555のデータシート（秋月電子通商の験教室としては使い勝手の良い題材であることを示すことウェブサイトに掲載）などができた。

h ttps://akizukidenshi.com/download/ds/njr/njm

工作教室の企画として実施するのは難しいが、本来であればこの回路配線のデザインの過程こそ電子工作の初級者に体験していただきたいものであると考えている。面積と穴数に制限のあるミニブレッドボード上に特定の回路を実― 80 ―555_j.pdf