ジョイスティック(JoyStick)の使い方、つなぎ方、動作原理等を回路図も使って詳しく解説

各コンデンサの効果について・セラミックコンデンサ 通称「パスコン」と呼ばれるもので、「バイパスコンデンサ」の略です。マイコンボードの電源両端（できるだけ近く）に接続し、外部回路からのノイズをバイパスして逃します。サーボモーターのブラシから発生するノイズ等がマイコンボードへ侵入することを防止してノイズによる誤動作を防止します。・ 電解コンデンササーボモーターが動作する時や反転動作する時には大きな電流（起動電流や突入電流という）が流れます。この電流によってマイコンボードの電圧が低下するため、マイコンボードがリセットされたり、サーボが止まったり暴走して暴れたりします。電解コンデンサには電圧を蓄えることができ、マイコンボードの電源両端に接続することで突入電流による電圧低下を軽減することができます。

コンデンサを付けても、あまり激しく動かし続けると動作しなくなることがあります。この場合はサーボ用の別電源を準備しましょう。・アナログ出力仕様配線図ジョイスティックには「+5V」と書いてあっても「M5StickC Plus」の入力端子電圧仕様は3.3Vのため、ジョイスティックの電源には「3.3V」を接続しましょう。動作確認

ジョイスティックを操作すると液晶画面に各軸のA/D変換値「X：, Y：」の「0〜4095」と動作角度「Xr：, Yr：」の「0〜180°」が表示されます。スティックを押し込むと「Press：」が0から1になります。

・シリアル出力（I2C）仕様配線図動作確認

ジョイスティックを操作すると液晶画面に各軸の座標データ「X：, Y：」の「0〜255」と動作角度「Xr：, Yr：」の「0〜180°」が表示されます。スティックを押し込むと「Press：」が0から1になります。

ものによって変わるとは思いますが、今回使ったものの比較では斜めで最大角度まで動作させたい場合は「アナログ出力仕様」上下左右に細かな調整をしたい場合は「シリアル通信仕様」と使い分けるのが良さそうです。

６．サンプルプログラム（コピペ）

プログラムは以下に準備しましたので「コピペ」して書き込んでください。アナログ出力仕様はこの下、シリアル通信（I2C）仕様はさらに下にあります。※コピーは下コード（黒枠）内の右上角にある小さなアイコンのクリックでもできます。

・アナログ出力仕様 #include // ヘッダーファイル // 変数宣言 float x_data; // ジョイスティックX軸 float y_data; // ジョイスティックY軸 int press; // ジョイスティック押し込みボタン float setting[16][5]; // チャンネル[0〜15]ごとの[周波数, bit数, 0゜パルス時間ms, 最大角度パルス時間ms, 最大動作角度]格納配列 float x_angle; // X軸角度指示値 float y_angle; // Y軸角度指示値 float duty_angle; // X軸角度初期値 float duty_y_angle; // Y軸角度初期値 float read_x_angle; // X軸角度現在値 float read_y_angle; // Y軸角度現在値 int cnt = 0; // カウント用 /******************* PWM出力、サーボ仕様設定関数 *******************/ void servo_set(int pin, int channel, float freq, float bit_num, float time_min, float time_max, float angle_max) < // サーボ設定値をチャンネルごとの配列に格納 setting[channel][0] = freq; // 周波数 setting[channel][1] = bit_num; // bit数 setting[channel][2] = time_min; // 0゜パルス時間ms setting[channel][3] = time_max; // 最大角度パルス時間ms setting[channel][4] = angle_max; // 最大動作角度 // PWM設定 pinMode(pin, OUTPUT); // PWM用ピンを出力設定 ledcSetup(channel, freq, bit_num); // PWM設定（ﾁｬﾝﾈﾙ, 周波数, ビット数） ledcAttachPin(pin, channel); // PWMﾁｬﾝﾈﾙ割り当て（ピン番号, ﾁｬﾝﾈﾙ） >/******************* サーボ動作実行関数 *******************/ float servo(int channel, float angle) < float resolution; // 分解能 float period; // 周期ms float duty_min; // 0゜Duty計算値 float duty_max; // 最大角度Duty計算値 float duty_active; // 動作範囲のDuty計算値 int duty_value; // PWM出力Duty値（High状態）※整数型として小数点以下切り捨て float read_angle; // PWM出力Duty値からの角度換算 // サーボ定数算出 resolution = pow(2, setting[channel][1]); // 分解能（2のbit数乗） period = 1000 / setting[channel][0]; // 周期（1000ms / 周波数） duty_min = (resolution / period) * (setting[channel][2]); // 0゜Duty計算値（(分解能/周期)*0゜パルス時間μs） duty_max = (resolution / period) * (setting[channel][3]); // 最大角度Duty計算値（(分解能/周期)*最大角度パルス時間μs） duty_active = duty_max - duty_min; // 動作範囲のDuty計算値 duty_value = (angle * (duty_active / setting[channel][4])) + duty_min; // 角度指定値（浮動小数点数） → PWM出力Duty値（整数）換算 if (duty_value // PWM出力実行 ledcWrite(channel, duty_value); // 指定したﾁｬﾝﾈﾙにDuty値を指定してPWM出力実行 read_angle = (ledcRead(channel) - duty_min) * setting[channel][4] / duty_active; // PWM出力Duty値を取得して角度に換算 return read_angle; // 角度を返す > // 初期設定 ---------------------------------------------------------- void setup() < M5.begin(); // 本体初期化 // アナログ入力設定 pinMode(32, ANALOG); //アナログ入力 pinMode(33, ANALOG); //アナログ入力 // G36とG25は同時使用不可。使っていない方は以下のようにフローティング入力にする gpio_pulldown_dis(GPIO_NUM_36); gpio_pullup_dis(GPIO_NUM_36); // 入力設定 pinMode(0, INPUT_PULLUP); //入力設定（プルアップ） // PWM出力、サーボ仕様設定（サーボごとに使用する端子、ﾁｬﾝﾈﾙ等を設定） // PWM出力のﾁｬﾝﾈﾙは 0,1/ 2,3/ 4,5/ 6,7/ 8,9/ 10,11 /12,13 /14,15でペア ※周波数と分解能はペアで同じにする必要があります。 // (出力端子, ﾁｬﾝﾈﾙ, 周波数, bit数, 0゜パルス時間ms, 最大角度動作時間ms, 最大動作角度) servo_set(26, 1, 50, 12, 0.5, 2.4, 180); // ﾁｬﾝﾈﾙ1（X軸）：PWM出力、サーボ仕様設定関数呼び出し servo_set(25, 2, 50, 12, 0.5, 2.4, 180); // ﾁｬﾝﾈﾙ2（Y軸）：PWM出力、サーボ仕様設定関数呼び出し // LCD表示設定 M5.Lcd.setTextFont(4); // フォント設定 M5.Lcd.fillScreen(BLACK); M5.Lcd.setTextColor(WHITE, BLACK); // 背景、文字色 >// メイン処理 -------------------------------------------------------- void loop() < M5.update(); // ボタン状態更新 // A/D変換、角度換算処理 x_data = analogRead(32); // アナログ電圧をデジタル値に変換して取得（0〜4095） x_angle = 180 - (x_data * (180.0 / 4095.0)); //角度へ換算（動作反転） y_data = analogRead(33); // アナログ電圧をデジタル値に変換して取得（0〜4095） y_angle = y_data * (180.0 / 4095.0); //角度へ換算 // サーボ動作指定（戻り値として角度を取得） read_x_angle = servo(1, x_angle); // ﾁｬﾝﾈﾙ1：サーボ動作実行関数呼び出し（ﾁｬﾝﾈﾙ, 角度値） read_y_angle = servo(2, y_angle); // ﾁｬﾝﾈﾙ2：サーボ動作実行関数呼び出し（ﾁｬﾝﾈﾙ, 角度値） // スティック押し込みボタン検出 if (digitalRead(0)) < // スティックが押されたら press = 0; // pressを1 >else < // 押されてなければ press = 1; // pressを2 >// 液晶表示 if (cnt == 30) < // カウント30ごとに液晶表示更新 M5.Lcd.setCursor(0, 0); // 座標指定 M5.Lcd.println(" JoyStick"); // 項目表示 M5.Lcd.printf("X : %3.0f \n", x_data); // X軸アナログ値 M5.Lcd.printf("Y : %3.0f \n", y_data); // Y軸アナログ値 M5.Lcd.printf("Press : %d \n\n", press); // 押し込みボタン状態表示 M5.Lcd.printf("Xr : %3.1f' \n", read_x_angle); // x軸角度 M5.Lcd.printf("Yr : %3.1f' \n", read_y_angle); // y軸角度 cnt = 0; // カウントリセット >cnt++; // カウント +1 delay(10); // 遅延時間 > ・シリアル通信（I2C）仕様 #include // ヘッダーファイル // 変数宣言 float x_data; // ジョイスティックX軸 float y_data; // ジョイスティックY軸 int press; // ジョイスティック押し込みボタン float setting[16][5]; // チャンネル[0〜15]ごとの[周波数, bit数, 0゜パルス時間ms, 最大角度パルス時間ms, 最大動作角度]格納配列 float x_angle; // X軸角度指示値 float y_angle; // Y軸角度指示値 float duty_angle; // X軸角度初期値 float duty_y_angle; // Y軸角度初期値 float read_x_angle; // X軸角度現在値 float read_y_angle; // Y軸角度現在値 int cnt = 0; // カウント用 /******************* PWM出力、サーボ仕様設定関数 *******************/ void servo_set(int pin, int channel, float freq, float bit_num, float time_min, float time_max, float angle_max) < // サーボ設定値をチャンネルごとの配列に格納 setting[channel][0] = freq; // 周波数 setting[channel][1] = bit_num; // bit数 setting[channel][2] = time_min; // 0゜パルス時間ms setting[channel][3] = time_max; // 最大角度パルス時間ms setting[channel][4] = angle_max; // 最大動作角度 // PWM設定 pinMode(pin, OUTPUT); // PWM用ピンを出力設定 ledcSetup(channel, freq, bit_num); // PWM設定（ﾁｬﾝﾈﾙ, 周波数, ビット数） ledcAttachPin(pin, channel); // PWMﾁｬﾝﾈﾙ割り当て（ピン番号, ﾁｬﾝﾈﾙ） >/********************** サーボ動作実行関数 **********************/ float servo(int channel, float angle) < float resolution; // 分解能 float period; // 周期ms float duty_min; // 0゜Duty計算値 float duty_max; // 最大角度Duty計算値 float duty_active; // 動作範囲のDuty計算値 int duty_value; // PWM出力Duty値（High状態）※整数型として小数点以下切り捨て float read_angle; // PWM出力Duty値からの角度換算 // サーボ定数算出 resolution = pow(2, setting[channel][1]); // 分解能（2のbit数乗） period = 1000 / setting[channel][0]; // 周期（1000ms / 周波数） duty_min = (resolution / period) * (setting[channel][2]); // 0゜Duty計算値（(分解能/周期)*0゜パルス時間μs） duty_max = (resolution / period) * (setting[channel][3]); // 最大角度Duty計算値（(分解能/周期)*最大角度パルス時間μs） duty_active = duty_max - duty_min; // 動作範囲のDuty計算値 duty_value = (angle * (duty_active / setting[channel][4])) + duty_min; // 角度指定値（浮動小数点数） → PWM出力Duty値（整数）換算 if (duty_value // PWM出力実行 ledcWrite(channel, duty_value); // 指定したﾁｬﾝﾈﾙにDuty値を指定してPWM出力実行 read_angle = (ledcRead(channel) - duty_min) * setting[channel][4] / duty_active; // PWM出力Duty値を取得して角度に換算 return read_angle; // 角度を返す > // 初期設定 ---------------------------------------------------------- void setup() < M5.begin(); // 本体初期化 Wire.begin(32, 33); // Grove端子をI2C設定（SDA, SCL） // PWM出力、サーボ仕様設定（サーボごとに使用する端子、ﾁｬﾝﾈﾙ等を設定） // PWM出力のﾁｬﾝﾈﾙは 0,1/ 2,3/ 4,5/ 6,7/ 8,9/ 10,11 /12,13 /14,15でペア ※周波数と分解能はペアで同じにする必要があります。 // (出力端子, ﾁｬﾝﾈﾙ, 周波数, bit数, 0゜パルス時間ms, 最大角度動作時間ms, 最大動作角度) servo_set(26, 1, 50, 12, 0.5, 2.4, 180); // ﾁｬﾝﾈﾙ1（X軸）：PWM出力、サーボ仕様設定関数呼び出し servo_set(25, 2, 50, 12, 0.5, 2.4, 180); // ﾁｬﾝﾈﾙ2（Y軸）：PWM出力、サーボ仕様設定関数呼び出し // LCD表示設定 M5.Axp.ScreenBreath(9); // 液晶画面明るさレベル（標準12） M5.Lcd.setTextFont(4); // フォント設定 M5.Lcd.fillScreen(BLACK); M5.Lcd.setTextColor(WHITE, BLACK); // 背景、文字色 >// メイン処理 -------------------------------------------------------- void loop() < // ジョイスティックI2Cデータ取得 Wire.requestFrom(0x52, 3); // I2Cデータ取得（アドレス、バイト数） while (Wire.available()) < // 受信データがあれば x_data = Wire.read(); // X軸アナログ値取得（0〜255） y_data = Wire.read(); // Y軸アナログ値取得（0〜255） press = Wire.read(); // 押し込み時ボタン状態取得（true/false） >// ジョイスティック座標-角度換算 x_angle = map(x_data, 0, 255, 0, 180); // X軸 - 角度換算 y_angle = map(y_data, 0, 255, 0, 180); // Y軸 - 角度換算 // サーボ動作指定（戻り値として角度を取得） read_x_angle = servo(1, x_angle); // ﾁｬﾝﾈﾙ1：サーボ動作実行関数呼び出し（ﾁｬﾝﾈﾙ, 角度値） read_y_angle = servo(2, y_angle); // ﾁｬﾝﾈﾙ2：サーボ動作実行関数呼び出し（ﾁｬﾝﾈﾙ, 角度値） // 液晶表示 if (cnt == 30) < // カウント30ごとに液晶表示更新 M5.Lcd.setCursor(0, 0); // 座標指定 M5.Lcd.println(" JoyStick"); // 項目表示 M5.Lcd.printf("X : %3.0f \n", x_data); // X軸アナログ値 M5.Lcd.printf("Y : %3.0f \n", y_data); // Y軸アナログ値 M5.Lcd.printf("Press : %d \n\n", press); // 押し込みボタン状態 M5.Lcd.printf("Xr : %3.0f' \n", read_x_angle); // x軸角度 M5.Lcd.printf("Yr : %3.0f' \n", read_y_angle); // y軸角度 cnt = 0; // カウント0リセット >cnt++; // カウント +1 delay(10); // 遅延時間 >

７．サンプルプログラムの詳細

・サーボの制御

「RCサーボ」の制御については以前も紹介しましたが、PWM制御とサーボの設定を行う「 servo_set ()」関数、サーボ動作を実行する「 servo ()」関数を準備して制御しています。

15行目〜 26行目が「 servo_set ()」関数です。ここで、チャンネルごとに各サーボの仕様に合わせたPWM制御の初期設定を行っています。

28行目〜 52行目が「 servo ()」関数です。ここで、指定されたサーボのチャンネルと動作角度からPWM制御の「Duty比」を算出してPWM制御でサーボの動作を実行します。さらに、戻り値として角度を返すようにしているため、メイン処理内で指定した変数に角度の値を格納して使用できます。

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アナログ出力仕様のサンプルプログラムの 56行目〜 63行目でジョイスティックからのアナログ出力を接続するためのアナログ入力端子の設定と、スティックを押し込んだ時のON／OFFスイッチを接続する入力端子の設定を行なっています。

78行目〜 82行目でジョイスティックからのアナログ電圧をデジタル値に変換して取得（0〜4095）しサーボの動作角度に換算しています。

85行目〜 86行目で、使用するサーボの「チャンネル」と「動作角度」を指定して「 servo_set ()」関数を呼び出し、サーボの動作を実行します。

88行目〜 92行目ではスティックを押し込んだ時のボタンのON／OFF状態を取得しています。

・ジョイスティックの制御（シリアル通信（I2C）仕様）

シリアル通信（I2C）仕様のサンプルプログラムの 56行目でGROVEコネクタの端子「32（SDA）, 33（SCL）」をシリアル通信用端子として設定します。

71行目〜77行目でジョイスティックとの通信を行なっています。シリアル通信（I2C）でX軸、Y軸の座標をそれぞれ「0〜255」で取得し、スティックを押し込んだ時のスイッチの「ON／OFF」状態を「 1 ／ 0 」で取得します。

// ジョイスティックI2Cデータ取得 Wire.requestFrom(0x52, 3); // I2Cデータ取得（アドレス、バイト数） while (Wire.available()) < // 受信データがあれば x_data = Wire.read(); // X軸アナログ値取得（0〜255） y_data = Wire.read(); // Y軸アナログ値取得（0〜255） press = Wire.read(); // 押し込み時ボタン状態取得（true/false） >

「 Wire . requestFrom ( 0x52 , 3 )」で通信アドレス「 0x52 」に「 3 バイト」のデータ取得をリクエストするとジョイステックからデータが送られてきます。「while文」の中で「 Wire . available ()」を実行して、受信データがある間「 Wire . read ()」を実行してデータを各「変数」に格納します。

79, 80行目で「 map 関数」を使用してX,Y軸の座標データ「0〜255」をサーボの動作角度「0〜180（° ）」に換算し各「変数」に格納しています。

座標データを、角度に換算するには「Aruduino」コマンドの「 map 関数」が便利なのでここで紹介しておきます。

「map関数」の使い方 map ( 変換対象 , 変換対象の最小値 , 変換対象の最大値 , 変換後の最小値 , 変換後の最大値 ) ;

・変換対象：変換対象の変数等を指定（サンプルプログラムでは「x_data」又は「y_data」）・変換対象の最小値：変換対象の最小値を指定（サンプルプログラムでは0）・変換対象の最大値：変換対象の最大値を指定（サンプルプログラムでは255）・変換後の最小値：変換後の最小値を指定（サンプルプログラムでは0）・変換後の最大値：変換後の最大値を指定（サンプルプログラムでは180）

最後に 83, 84行目で、使用するサーボの「チャンネル」と「動作角度」を指定して「 servo_set ()」関数を呼び出し、サーボの動作を実行します。

７．準備するもの

共立電子産業株式会社ＫＹＯＨＲＩＴＳＵＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＩＮＤＵＳＴＲＹＣＯ．，ＬＴＤ．日本ケミコン(Nippon Chemi-con) Seeedstudio

８．まとめ

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６．サンプルプログラム（コピペ）

７．サンプルプログラムの詳細

７．準備するもの

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