Arduino Unoの入力スレッショルド電圧を測ってみる

はじめに

今さらながらArduinoを動かしながら勉強中の私ですが、ハードによるチャタリング対策の回路を動作させてみた際に、Arduino Unoのシュミットトリガ入力のスレッショルド電圧（閾値電圧）が実測できそうだったので、確認してみました。今回はその内容を参考までに紹介します。

回路図

今回の回路図・ブレッドボード接続図は下記になります。（参照：ハードによるチャタリング対策と同じです）

プログラム

プログラムは下記のとおりです。（ボタンを押している間Lチカ【マイコンLチカ道場 Arduino編 1-1】と同じです。）ボタンを押すとLEDが点灯、離した瞬間に消灯するプログラムです。

const int LED1 = 12;
const int SW1 = 2;
int a = 0;

void setup() {
  pinMode(LED1, OUTPUT);
  pinMode(SW1, INPUT_PULLUP); //SW1を入力に設定、内蔵プルアップ有効
}

void loop() {
  a = digitalRead(SW1); //SW1の状態を読み込み、aに代入
  if (a == LOW){ 
    digitalWrite(LED1, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED1, LOW);    
  }
}

動作確認

上記の回路とプログラムで、入力ピンの電圧をゆっくり変化させたときに、いつ出力が変化してLチカするかを確認することで、入力のスレッショルド電圧を確認したいと思います。
スイッチを短く押して離したときのスイッチ電圧、マイコン入力電圧、出力電圧の波形をオシロスコープで見てみました。

スイッチONによりC1が放電して、入力ピン電圧が約2.2Vまで落ちた際にLEDが点灯しています。また、スイッチを離して入力電圧が2.6Vまで上昇した際にLEDが消灯していることが確認できました。
よってHIGH⇒LOW（VIL）は2.2V、LOW⇒HIGH（VIH）は2.6V、その差であるヒステリシス電圧は0.4Vであることがわかりました。

入力ピンによって差がないか確認してみました。スイッチを接続するピンを「2」から「3」、「4」に変更して、同様に波形を見てみました。

ピン3、ピン4もピン2と同じ結果（HIGH⇒LOWは2.2V、LOW⇒HIGHは2.6V）となりました。よって今回はピンによるばらつきは確認できませんでした。別のボード（マイコンIC）で試すとばらつきが出てくるのかもしれません。

データシートから、今回の結果が間違ってないか確認してみました。Arduino Unoで使われているマイコンのデータシートはここから見ることが出来ます。（秋月電子のサイト：ATMEGA328-P、pdf直リンではないですが、30Mbyte以上有るので注意してください）
データシートの609～610ページ（多いなｗ）あたりの図35-25、図35-26から、5Vの時の入力スレッショルド電圧はVIH＝2.6V、VIL＝2.1Vあたりであり、ほぼ一致していることが確認できました。

まとめ

このページの実験は下記の製品で試すことが出来ます。