ブロックプログラミングからArduino C++へ：MicroPythonつき対応表

ブロックプログラミングからArduino C++へ移るいちばんの近道は、各ブロックが実際のコードのどの行になるかを示す1ページの対応表を手元に置くことです。結論から言うと、ブロックは新しい言語ではなく、Arduino C++の行を目に見える形にしたものです。「ピン 13 を 出力 に設定」ブロックはpinMode(13, OUTPUT);の行、「1000 ms待つ」ブロックはdelay(1000);、「もし … 実行」ブロックはif文です。下の表では、BlueGraysアプリのブロックに表示される実際のラベルを、Arduino C++のコード、Raspberry Pi PicoでのMicroPythonのコードと並べています。

このページは授業ではなく、参照用のシートです。表を印刷して机のそばに置き、プロジェクトを見ながら、どの行がどのブロックに対応するかを確認できます。表のあとには、移行するときに多い間違い、ブロックから卒業するための4ステップの方法、同じプログラムをブロック、C++、MicroPythonで書いた例があります。例のプログラムはArduino IDEでコンパイルでき、PicoではThonnyで実行できます。

表を読む前に：3つの書き方の4つの違い

ブロック、C++、MicroPythonは同じ考え方を表しますが、書き方のルールが違います。特につまずきやすいのは次の4つの違いです。1つ目は構造です。Arduino C++のプログラムはsetup()とloop()という2つの部分からなり、ブロックでは「セットアップ（1回だけ実行）」と「ずっと繰り返す」として表示されます。MicroPythonには独立したsetupがなく、ファイルが上から下へ1回実行され、繰り返す部分はwhile True:ループの中に書きます。2つ目は型です。C++ではすべての変数に型を書き（int、float、bool）、ブロックでは「宣言：整数（int）」の選択肢がそれにあたります。Pythonでは型をまったく書きません。

3つ目は数値の範囲です。Arduino Unoではアナログの読み取り値が0〜1023、PWMが0〜255です。ESP32ではアナログの読み取り値が0〜4095まで広がり、PicoのMicroPythonでは読み取り値もPWMのデューティ比も0〜65535の範囲になります。そのため、しきい値をボードからボードへそのまま移すことはできません。4つ目は時間の単位です。delay()はミリ秒、time.sleep()は秒で指定します。0.5秒はC++ではdelay(500)、MicroPythonではtime.sleep(0.5)です。この4つのルールを覚えておけば、表のほとんどの行は自然に理解できます。

• 表の数値は例です。ブロックで13となっている場所が、プロジェクトによっては7のこともあり、その場合はコードの行の数値も同じように変わります。
• MicroPythonの列のピンはPicoのGP番号（GP14、GP15、GP26）です。Unoのピン番号と一致する必要はありません。回路図を確認してください。
• 「Picoのブロックなし」と書かれた行は、そのブロックがPicoのプロジェクトでは使われないことを表します。それでも、同じ働きをするMicroPythonのコードを載せています。
• ESP32もArduino C++でプログラムします。C++の列はESP32にもそのまま当てはまり、違うのはアナログの範囲と一部のピン番号だけです。

ブロック、Arduino C++、MicroPythonの対応表

表は12のグループに分かれています：プログラムの構造、ピン、時間、条件、ループ、変数、演算、シリアルポート、アナログとPWM、音、サーボ、センサー。ブロックの列の文字は、アプリのブロックに表示されているラベルです。「…」と「?」は、別のブロックをはめ込む場所を表します。1つの行に複数のブロックがある場合は、点（·）で区切っています。

一見1対1に見えても、注意が必要な行があります。「i を 0 から 5 まで 1 ずつ変えて数える」では5も含まれ、ループは6回実行されます。そのためC++では<ではなく<=を使い、Pythonではrange(0, 6)が必要です。rangeは終わりの数を含まないからです。割り算のブロックも落とし穴です。整数同士を割るとC++は余りを切り捨て、7 / 2は3になりますが、Pythonでは3.5になります。PythonでC++と同じ整数の割り算をするには//を使います。「範囲を変換」ブロックの元になっているmap()関数は、MicroPythonには組み込まれていません。下の例では、2行のarduino_map()関数で同じ計算をしています。

入れ子のブロックはどうコードになりますか？

1つずつのブロックを知っているだけでは足りません。本当に大事なのは、入れ子になったブロックを1行のコードに直せることです。そのためには、2つの形を見分けてください。縁に出っ張りがあり、上下に積み重ねるブロックは命令で、それぞれがコードの1行になります。ほかのブロックのくぼみにはめ込む、楕円形やとがった形のブロックは値で、コードではかっこの中、イコールの右側、条件の中に入ります。下の行は、無料のブザーの周波数を調整プロジェクトのものです。4つのボタンで音のオン・オフを切り替え、周波数を上げ下げします。周波数は50〜5000 Hzの範囲に保たれます。

この表を読むときは、1つの習慣を身につけてください。いちばん内側のブロックから先に訳し、外側に向かって進めます。「frequency に（frequency を 50 以上 5000 以下の範囲に制限）を代入」では、いちばん内側がconstrain(frequency, 50, 5000)で、外側の代入ブロックがそれをfrequency = …の形に包みます。値ブロックは単独では1行になれません。セミコロンをつけてそのまま置いてもコンパイラはエラーを出さないことがありますが、結果はどこにも保存されません。

ブロックからコードに移るときによくある間違い

ブロックエディターでは、こうした間違いのほとんどは起こりません。部品の形が、間違った場所にはまるのを防いでくれるからです。コードではこの保護がなくなるため、最初の数週間はほぼ全員が次の間違いに出会います。エラーメッセージは英語ですが、パターンは少なく、何回か見ればわかるようになります。

ブロックから卒業する：4ステップの方法

一度に切り替えようとすると疲れてしまいます。次の4つのステップでは、読むことから書くことへ少しずつ進みます。各ステップに1つか2つのプロジェクトで十分です。表を見ずに今のステップができるようになったら、次のステップに進みましょう。

1. 並べて読む。プロジェクトのブロックとコードを同時に開き、各ブロックがコードのどの行にあたるかを指でたどって対応させます。このステップでは表を手元に置いておきます。目標：コードのすべての行をブロックと結びつけられること。
2. ブロックを隠して予想する。まずブロックを見て、次にブロックの表示をオフにし、コードを見ずにそのブロックのC++を紙に書きます。そのあと実際のコードと比べます。逆の方向も試してみてください：コードを読んで、ブロックを予想します。
3. コードの値を変える。コードをパソコンに取り込み、数値を1つだけ変えます：待ち時間を100から500に、またはしきい値を400から600に上げます。書き込んで、違いを自分の目で確かめます。コンパイルエラーが出たら、上の間違いの表に戻ります。
4. 新しい行を書く。ブロックにない行を自分で追加します：値をシリアルモニタに表示するSerial.println()、2つ目のLED、ボタンで動くifなどです。ここまで来れば、もうブロックを訳しているのではなく、直接コードを書いています。

それぞれのステップには、シリーズの中に対応する授業があります。1つ目のステップには、ブロックプログラミングでLEDを点滅させるにあるブロックと行の対応表から始めるのがおすすめです。2つ目と3つ目のステップで条件とループを扱うときは、ifブロックとボタンとループと変数を見てください。PicoでMicroPythonに移る場合は、ブロックからMicroPythonへの記事でThonnyのセットアップも説明しています。クラスで移行を数週間に分けて進めたいなら、8週間のロボットプログラミング授業計画が、そのまま使える順番を示してくれます。

BlueGraysアプリでブロックとコードを並べて開く

この表がいちばん役立つのは、実際のプロジェクトのブロックとコードを行き来するときです。BlueGraysアプリでは100件を超えるプロジェクトにブロック表示があります。30件を超える無料プロジェクトではブロックも公開されていて、プレミアムのプロジェクトのブロックはプレミアムでロック解除されます。ブロックは読むためのものです。アプリでブロックを編集することはできず、ブロックがボードに書き込まれることもありません。ボードに送られるのは常に実際のコードです。コピーで、またはパソコンで開くならリンクをコピーでコードを取り出し、Arduino IDE、PicoならThonnyに貼り付けます。

• ブロックで表示：プロジェクトページのソースコードの横にあるこのスイッチをオンにすると、同じプログラムがアプリの言語のブロック画像で表示されます。画像をタップすると全画面で開きます。スイッチをオフ・オンすることが、そのまま1つ目と2つ目のステップの練習になります。
• ブロック解説：ブロック表示をオンにすると、「コードを理解」タブがこの名前に変わります。プログラムがステップに分かれ、各ステップで対象の部分と説明が表示されます。最後の「自分で試す」の課題は、4つ目のステップにそのまま使える練習です。
• コードガイド：「学ぶ」にある36枚のカード（Arduino C++が18枚、MicroPythonが18枚）は、どれもブロック、Arduino、MicroPythonのタブで例を3通りに表示します。表のある行をもっと詳しく見たいときは、対応するカードを開いてください。
• ブロック対応のプロジェクト：「発見」>「プロジェクト」の「絞り込み」にあるこの選択肢を使うと、ブロック表示のあるプロジェクトだけが一覧に表示されるので、移行の練習に使うプロジェクトを選びやすくなります。

コードガイドの使い方はコードガイドの記事で、「コードを理解」と「自分で試す」は「コードを理解」のガイドで詳しく説明しました。命令を1つずつ解説したものとしては、例つきのArduino命令一覧もこの表と一緒に使うと便利です。

1つのプログラムを3通りで：周りの明るさに合わせて明るさが変わる常夜灯

表の内容をまとめて確かめるために、小さなプログラムを作ってみましょう。LDRが光を測り、部屋が明るい間はLEDが消えたままで、暗くなるにつれてLEDが少しずつ明るくなります。このプログラムは変数、アナログ読み取り、条件、範囲の変換、PWM、シリアル、待機のブロックを使うので、表の半分以上が1つの例に登場します。アイデアは無料のLDRで作る常夜灯プロジェクトがもとになっています。そちらではLEDが点灯か消灯のどちらかですが、ここではPWMで明るさを絞ります。LDRの配線は、LDRで光の強さを測定プロジェクトの回路図も参考になります。

まずはブロック版です。アプリのラベルで書くと、プログラムは次のブロックでできています。各項目は、このあとのC++コードの1行または数行に対応します：

1. 「グローバル変数（最初に宣言）」：「宣言：整数（int） lightValue = 0」と「宣言：整数（int） brightness = 0」
2. 「セットアップ（1回だけ実行）」：「シリアル通信を 9600 ボーで開始」、次に「ピン 9 を 出力 に設定」
3. 「ずっと繰り返す」：「lightValue に（A0 をアナログ読み取り）を代入」
4. 「もし（lightValue < 400）実行」：「brightness に（lightValue の範囲を変換：0 – 400 → 255 – 0）を代入」、「そうでなければ」：「brightness に 0 を代入」
5. 「ピン 9 にPWM brightness を書き込む」
6. 「シリアル出力 "Light: " 改行なし」、「シリアル出力 lightValue 改行なし」、「シリアル出力 " PWM: " 改行なし」、「シリアル出力 brightness 改行あり」
7. 「200 ms待つ」

1// ─────────────────────────────────────────
2//   BlueGrays · bluegrays.com
3//   Işığa göre kısılan gece lambası / Dimming night light
4// ─────────────────────────────────────────
5
6int lightValue = 0;   // LDR okuması / LDR reading (0-1023)
7int brightness = 0;   // LED parlaklığı / LED brightness (0-255)
8
9void setup() {
10  Serial.begin(9600);   // Seri port 9600 baud / Serial at 9600 baud
11  pinMode(9, OUTPUT);   // LED, PWM pini D9 / LED on PWM pin D9
12}
13
14void loop() {
15  lightValue = analogRead(A0);   // Az ışık = küçük değer / Little light = small value
16
17  if (lightValue < 400) {
18    // Karanlık arttıkça LED parlar / The darker it gets, the brighter the LED
19    brightness = map(lightValue, 0, 400, 255, 0);
20  } else {
21    brightness = 0;   // Oda aydınlık, LED kapalı / Room is bright, LED off
22  }
23
24  analogWrite(9, brightness);   // PWM 0-255 / PWM 0-255
25
26  Serial.print("Light: ");
27  Serial.print(lightValue);
28  Serial.print("  PWM: ");
29  Serial.println(brightness);
30
31  delay(200);   // 0,2 sn bekle / Wait 0.2 s
32}
33

1# ─────────────────────────────────────────
2#   BlueGrays · bluegrays.com
3#   Işığa göre kısılan gece lambası / Dimming night light
4# ─────────────────────────────────────────
5from machine import Pin, ADC, PWM
6import time
7
8ldr = ADC(26)                # GP26 = ADC0 / GP26 = ADC0
9led = PWM(Pin(15))           # LED, GP15 / LED on GP15
10led.freq(1000)               # PWM frekansı 1000 Hz / PWM frequency 1000 Hz
11
12THRESHOLD = 25600            # Uno'daki 400'ün karşılığı / Same as 400 on the Uno
13
14
15def arduino_map(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
16    # Arduino map() ile aynı hesap / Same math as Arduino map()
17    return (x - in_min) * (out_max - out_min) // (in_max - in_min) + out_min
18
19
20while True:
21    light_value = ldr.read_u16()          # 0-65535 / 0-65535
22
23    if light_value < THRESHOLD:
24        # Karanlık arttıkça LED parlar / The darker it gets, the brighter the LED
25        brightness = arduino_map(light_value, 0, THRESHOLD, 65535, 0)
26    else:
27        brightness = 0                    # Oda aydınlık, LED kapalı / Room is bright, LED off
28
29    led.duty_u16(brightness)              # PWM 0-65535 / PWM 0-65535
30
31    print("Light:", light_value, " PWM:", brightness)
32
33    time.sleep(0.2)                       # 0,2 sn bekle / Wait 0.2 s
34

2つのプログラムを1行ずつ比べると、表にあった違いがすべて見えてきます。C++のsetup()はPythonではwhile Trueより前の行になり、Serial.begin()はなくなります。analogRead(A0)はADC(26).read_u16()になり、範囲が0〜1023から0〜65535に広がるので、しきい値は400ではなく25600です。analogWrite(9, …)の代わりに、まずPWMオブジェクトを作り、duty_u16()で明るさを0〜65535の範囲で設定します。map()が組み込まれていないため、arduino_map()関数を書きます。その中の//による整数の割り算は、C++の整数同士の割り算と同じ結果になります。4つのSerial.print()の代わりにprint()が1つで済み、delay(200)はtime.sleep(0.2)になります。

ブロックプログラミングからArduino C++への移行は、新しいことを暗記するよりも、すでに知っているブロックが文字でどう書かれるかに気づくことが中心です。この表を手元に置き、どのプロジェクトでもまず並べて読み、次にブロックを隠して自分で書いてみてください。表の行を実際のプロジェクトで見たいときは、BlueGraysアプリでブロック表示のあるプロジェクトを開き、ブロックで表示で同じプログラムの2つの形を切り替えてみましょう。