Arduino可変抵抗の使い方｜配線とanalogRead入門

01可変抵抗とは｜analogReadとの関係

可変抵抗（ポテンショメータ）の仕組み

可変抵抗は、つまみを回すことで内部の抵抗値が変化する部品です。ボリュームやポテンショメータとも呼ばれます。オーディオ機器の音量つまみを思い浮かべると、イメージしやすいでしょう。この抵抗値の変化を利用すると、回転角度に応じて電圧を連続的に変化させられます。

なぜアナログピンで読み取るのか

タクトスイッチのようなデジタル入力は、HIGHかLOWかの2値しか扱えません。しかし、可変抵抗が出力する電圧は違います。0Vから5Vまで連続的に変化するのです。この連続的な値をコードで扱うには工夫が必要です。digitalRead()ではなくanalogRead()を使う必要があります。ArduinoのA0〜A5のようなアナログ入力ピンは、このために用意されています。連続的な電圧を数値に変換してくれるのです。

02analogReadの基礎知識

0〜1023という数値の意味

Arduino Unoには「ADC（アナログ-デジタル変換回路）」が内蔵されています。これは電圧を数値に変換する回路です。Arduino公式のanalogRead()リファレンスによると、このADCは10ビットの分解能を持ちます。10ビットとは、2の10乗、つまり1024段階という意味です。0Vのときは0、5Vのときは1023という数値が得られます。その間の電圧は、比例した数値として返されます。

電圧との対応関係

公式リファレンスでは、電圧の刻み幅も説明されています。5V÷1024、つまり約4.9mV刻みで電圧を読み取れるとのことです。これはかなり細かい精度です。人の手でつまみを回す用途であれば、十分すぎるほどの分解能だと言えるでしょう。

03配線方法：Arduinoと可変抵抗

3本足の接続

一般的な可変抵抗には、3本の足があります。両端の2本は電源用です。それぞれ5VとGNDにつなぎます。中央の1本は「ワイパー」と呼ばれます。ここが、回転角度に応じて変化する電圧の出力です。このワイパーを、ArduinoのアナログピンであるA0などにつなぎます。

両端の接続順序について

両端のどちらを5V、どちらをGNDにつなぐかは、動作上どちらでも構いません。ただし、つなぎ方によって結果が変わります。つまみを右に回すと値が増えるか減るか、という対応が変わるのです。実機で動かしながら、自分の配線での対応を確認しておくとよいでしょう。

04基本のコード｜analogReadで値を読み取る

最小構成のコード

配線ができたら、コードで値を読み取ってみましょう。analogRead()にピン番号を渡すだけです。それだけで、0〜1023の値を取得できます。

// 可変抵抗の値をシリアルモニタに表示するコード
const int potPin = A0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int value = analogRead(potPin);
  Serial.println(value);
  delay(100);
}

シリアルモニタで値を確認する

このコードを書き込んだら、シリアルモニタを開いてみましょう。つまみを回すと、0から1023の間で数値が滑らかに変化する様子を確認できます。値がまったく変化しない場合は、配線を見直してください。多くの場合、原因は決まっています。ワイパー（中央のピン）ではなく、電源側のピンをアナログ入力につないでいるのです。

05値を変換する｜map()関数の使い方

map()の基本構文

analogRead()が返す0〜1023という範囲は、そのまま使うには不便な場合があります。例えば、LEDの明るさを指定するanalogWrite()は0〜255の範囲を必要とします。このようなときに使うのがmap()関数です。Arduino公式のmap()リファレンスによると、この関数の働きは明快です。ある範囲の数値を、別の範囲の数値に変換してくれます。

// map()の基本的な使い方
int value = analogRead(A0);        // 0〜1023の範囲で取得
int brightness = map(value, 0, 1023, 0, 255); // 0〜255の範囲に変換

変換先の範囲は自由に指定できる

変換先の範囲は、用途に応じて自由に指定できます。例えば、サーボモーターの角度に変換したいとしましょう。0〜180度の範囲であれば、次のように書きます。

int value = analogRead(A0);
int angle = map(value, 0, 1023, 0, 180); // サーボの角度用に変換

サーボモーターの制御方法については、下記の記事で詳しく解説しています。

整数計算による誤差に注意

公式リファレンスには注意点も書かれています。map()は整数の計算を行うということです。そのため、小数点以下は切り捨てられます。電圧のようにミリボルト単位の精密さが必要な場合もあるでしょう。そのときは、map()に頼らず自分で計算式を書くことも検討してください。

06実践例：可変抵抗でLEDの明るさを調整する

3つの関数を組み合わせる

ここまでの内容を組み合わせてみましょう。可変抵抗を回してLEDの明るさをリアルタイムに調整するプログラムが作れます。流れは3ステップです。analogRead()で値を読み取ります。map()で変換します。そしてanalogWrite()でLEDに出力します。

実装コード

// 可変抵抗でLEDの明るさを調整するコード
const int potPin = A0;
const int ledPin = 9; // PWM対応ピン（~マーク付き）を使用

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int value = analogRead(potPin);          // 0〜1023の範囲で読み取る
  int brightness = map(value, 0, 1023, 0, 255); // 0〜255の範囲に変換

  analogWrite(ledPin, brightness); // LEDの明るさに反映

  Serial.println(brightness); // 確認用に値を表示
  delay(50);
}

この構成は、Arduinoの入門プロジェクトとして広く使われている定番の組み合わせです。LEDの配線や抵抗値の考え方については、下記の記事も参考にしてください。

07よくあるトラブルと対処法

症状別の対処早見表

原因を素早く切り分けるコツ

08よくある質問

基本のQ&A

応用のQ&A