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《WOKWI》オンライン シミュレータ のすすめ

Last updated at Posted at 2023-12-03

0. はじめに

無料で、オンラインで使える、ハードウェア シミュレータを紹介します。

シミュレーションできるマイコンボードは、以下のラインナップ。

  • Arduino Uno / Mega / Nano
  • ESP32 / ESP32-Sx / ESP32-Cx
  • STM32
  • Raspberry Pi Pico
  • ATtiny85

ただ単にSoC(MCU)をシミュレーションするだけではなく、周辺デバイスや開発環境を含めてシミュレーションできます。

使える開発環境は、Arduino環境、Micropython環境 と Rust環境。Raspberry Pi Pico のみ CircuitPthon環境も。

つまり、オンラインで、マイコンとセンサーやデバイスを組み合わせて配線して、C/C++やPythonでコードを書いて、そのコードをオンラインで、すぐに実行できるのです。便利だ。

以下の動画は、ATTiny85とLEDを6本使って、下記のスケッチ(プログラム)で動作させた結果です。

attiny85_led.gif

sketch.ino
int pins[] = {PB2, PB1, PB0, PB4, PB3, PB5};

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  for (int n=0; n<6; n++) {
    pinMode(pins[n], OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  static int currect_pin = 0;
  static int previous_pin = 0;
  digitalWrite(pins[previous_pin], LOW);
  digitalWrite(pins[currect_pin], HIGH);
  previous_pin = currect_pin;
  currect_pin = (++currect_pin) % 6;
  delay(100);
}

1. WOKWI

そのオンライン シミュレータは、WOKWI です。

wokwi.png

ボードを選んで、すでに公開されているプロジェクトを流用するも良し、新規で作るも良し。

2. 配線図を書く

まずは、WOKWIでサポートしているパーツ(センサーやデバイス)を使用して、配線図を書きます。

↓赤丸したアイコンをクリックすると、使用できるパーツのリストが表示されます。
wokwi1.png
wokwi2.png

パーツ類は、以下のラインナップ。

Categoly Parts
Basic led.png LED
pushbutton.png Pushbutton
resistor.png Resistor
Display rgb-led.png RGB LED
board-ssd1306.png SSD1306 OLED display
lcd1602.png LCD 16x2
lcd1602-i2c.png LCD 16x2 (I2C)
lcd2004.png LCD 20x4
lcd2004-i2c.png LCD 20x4 (I2C)
ili9341.png ILI9341 2.8" TFT-LCD display
board-ili9341-cap-touch.png ILI9341 2.8" Touch Screen LCD
max7219-matrix.png LED Dot Matrix (MAX7219)
neopixel.png NeoPixel Compatible LED (WS2812)
led-ring.png NeoPixel Compatible LED Ring (WS2812)
neopixel-meter.png NeoPixel Meter
7segment.png Seven Segment Display
7segment-4digit.png Seven Segment Display (4 digits)
tm1637-7segment.png Seven Segment Display (TM1637)
led-bar-graph.png LED Bar Graph
board-epaper-2in9.png 2.9" e-Paper Display (beta)
Input slide-switch.png Slide switch
analog-joystick.png Analog Joystick
74hc595.png 74HC595 Shift Register
74hc165.png 74HC165 Input Shift Register (PISO)
dip-switch-8.png DIP Switch 8
hx711-5kg.png HX711 Load Cell (5kg)
hx711.png HX711 Load Cell (50kg)
ir-receiver.png IR Receiver
ir-remote.png IR Remote
ky-040.png Rotary Encoder (KY-040)
membrane-keypad.png Keypad
potentiometer.png Potentiometer
slide-potentiometer.png Slide Potentiometer
board-cd74hc4067.png 16 Channel Analog Multiplexer (CD74HC4067)
Sensor hc-sr04.png HC-SR04 Ultrasonic Distance Sensor
dht22.png DHT22
ds18b20.png DS18B20 Temperature Sensor (beta)
pir-motion-sensor PIR Motion Sensor
ntc-temperature-sensor.png Analog Temperature Sensor (NTC)
photoresistor-sensor.png Photoresistor (LDR) Sensor
mpu6050.png MPU6050 Accelerometer + Gyroscope
ds1307.png DS1307 RTC
Output buzzer.png Buzzer
servo.png Servo
stepper-motor.png Bipolar Stepper Motor
a4988.png A4988 Stepper Motor Driver
biaxial-stepper.png Biaxial Stepper Motor
nlsf595.png NLSF595 SPI Tri-Color LED Driver
relay-module.png Relay Module
ks2e-m-dc5.png DPDT Relay
Breadboard breadboard.png Breadboard
breadboard-half.png Half Breadboard
breadboard-mini.png Mini Breadboard
Misc logic-analyzer.png Logic Analyzer (8 channels)
microsd-card.png microSD card
logo.png Wokwi Logo
custom-chip.png Custom Chip
Power vcc.png VCC Symbol
gnd.png GND Symbol
Logic gate-not.png NOT gate
gate-and-2.png AND gate
gate-or-2.png OR gate
gate-xor-2.png XOR gate
gate-nand-2.png NAND gate
mux-2.png MUX
flip-flop-d.png Flip-Flop D
flip-flop-dsr.png Flip-Flop DSR

普通の電子工作なら、十分なライナップだと思います。

配置したセンサーやデバイスのピンにマウスを当てると、簡単に配線できます。
SPIやI2Cデバイスなど、信号線が決まっているピンで、マイコン側で使えるピンが制限される場合は、使えるピンが目立つように工夫されているので、リアルな配線より、配線間違いは起こし難いように思います。

配線中はマウスクリックすると、そこまでの配線を確定することができます。使ってみればすぐに要領がつかめると思います。

なお、すべてのパーツ類はVCCとGNDの配線は省略できます(ブレッドボードでは、そうは行かないので、地味にありがたい)。

3. コードを書く

配線が終わったら、コードを書きます。ほとんど、Arduino IDEでコードを書いているのと変わらない感覚です。サジェストも出ます。

wokwi3.png

4. 実行

回路図側の ▶︎アイコンをクリックすると、ビルドされて実際にシミュレーションが開始されます。

コンパイルエラーがある場合は、エラーメッセージがポップ表示されます。

attiny85_led.gif

■アイコンクリックで終了、
Pause(‖)アイコンをクリックすると、一時停止するのですが、その時は、各ピンの現在の情報が表示されます。

wokwi4.png

5. Micropython環境 を試してみる

パーツ一覧にある SD-CardスロットをESP32に接続して、自分が以前投稿した記事のコードを試してみる。

起動すると、画面右下にREPLの領域がちゃんと出てくる。ESP32を起動した時のログまで表示され本格的だ。
REPLにPythonコードを打ち込んでもよいが、左側のペインにmain.pyが表示されていたので、ここに以前書いたSDカードをアクセスするコードをコピペして実行させた。

黄色線で囲った出力が、このコードの出力結果だ。実機と全く同じでSDカードに読み書きできています。

wokwi5.png

6. おわりに

つい先日、こんなすごいオンライン シミュレータが無料で利用できることに驚いて、急いでこの記事を書きました。

【WOKWI CLUB】課金すると、ローカルに環境を作れて、VSCode上でシミュレーションが行えたり、パーツや使用するライブラリが自由に追加できるようです。
また、本格的なロジックアナライザでプロトコル解析も行えるようです。

無料枠でも十分使えるので、ブレッドボードで回路を組むよりも手軽だし、コードの検証もできるので、今後、どんどん利用したいと思います。

マウス操作でスイッチ類のオン/オフは操作できますが、マウス操作できないInput系のセンサーやデバイスを使う場合は、コード上で工夫が必要みたいです。例えば、温度センサーをつないでも、実際の室温を測ってくれませんから。

使ってみればすぐに慣れると考え、今回は詳しい使い方の説明は省きました。
もう少し網羅的に知りたい方は、(英語ですが)以下の動画が参考になると思います。

自分が持っていないセンサーやデバイスを使ってみるのも面白そうです。

以上




WOKWI


ドキュメント(英語、ドイツ語、ブラジル語、中国語)


Micropython環境 直リンク


Rust環境 直リンク


CircuitPython環境 直リンク(Raspberry Pi Picoのみ)

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