組み込みエンジニアはソフトだけじゃない！ハードウェア知識が必要な理由を解説

この記事では、組み込みエンジニaアにはソフトウェアだけでなくハードウェアの知識も必要 というテーマで、何をどう考えればよいのかを分かりやすく解説します。

組み込みエンジニアの基本：マイコンにプログラムを書く仕事

組み込みエンジニアの主な仕事は、マイコン（マイクロコントローラ）にプログラムを書くこと です。

• 開発環境でプログラムを書く
• マイコンに書き込む
• マイコンのピン設定を行う

マイコンには多くのピンがあり、それぞれに

• 入力
• 出力
• 通信
• 演算
• LCD制御

などの機能を割り当てる必要があります。
これは自由に設定できるわけではなく、データシートに記載された選択肢の中から決める 形になります。

LEDを光らせるだけでもハードの知識が必要

まずはシンプルな例として、マイコンからLEDを光らせる 場合を考えてみます。

LEDを直接つなぐと壊れる理由

マイコンのピンからLEDへ直接電圧をかけると、LEDは壊れます。
理由は簡単で、電子部品には流せる電流・かけられる電圧の上限がある からです。

LEDの場合、一般的には 10mA 程度 流せば光ります。
しかし、マイコンから直接つなぐと、マイコンが流せるだけ電流が流れてしまい、LEDが破損します。

抵抗を入れて電流を調整する

そこで必要なのが 抵抗 です。 オームの法則（V = R × I）を使って計算します。

• マイコンの出力：3V
• LEDに流したい電流：10mA（0.01A）

計算： 3 = R × 0.01 → R = 300Ω

つまり、300Ωの抵抗を直列に入れれば安全にLEDを光らせられる ということです。

スイッチ入力を使ってLEDを制御する

次に、スイッチを押したらLEDが光るようにしたい場合。

• スイッチの状態を読み取る入力ピンを設定
• スイッチが押されていれば電圧が入力される
• その状態をプログラムで判定してLEDをON/OFF

このように、ユーザーの操作をハードウェアから受け取り、ソフトで制御する という流れになります。

タイマー割り込みでLEDを点滅させる

LEDを一定周期で点滅させたい場合は、マイコンの タイマー機能 を使います。

• クロック数が一定値に達したら割り込み発生
• 割り込み処理でLEDのON/OFFを切り替える

これにより、ソフトウェア側の理解も深まります。

モーターはマイコン直結では動かない

LEDの次にやりたくなるのがモーター制御ですが、マイコンのピンから直接モーターを動かすことはできません。

理由：

• モーターを動かすには大きな電流が必要
• マイコンのピンが流せる電流には限界がある

モーターを動かすための方法

• トランジスタ
• FET
• リレー
• オペアンプ

などを使って、別電源でモーターを駆動する回路を作る必要があります。

ここで初めて、ハードウェアの知識が重要になってきます。

電圧を測るには「分圧」が必要

次に、電池の電圧を測ってLEDを点灯させる例を考えます。

例えば6Vの電池を使っていて、5V以下になったらLEDを点灯させたいとします。

しかし、6Vをそのままマイコンに入力すると壊れます。 そこで必要なのが 分圧 です。

分圧の例

100Ωの抵抗を2つ直列につなぎ、その真ん中をマイコンに入力すると…

• 全体：6V
• 真ん中：3V（6Vの半分）

このように、抵抗で電圧を安全な値まで落としてから入力 します。

ただし、マイコンに入ってくるのは3Vなので、プログラム側では

「3V → 実際は6Vだな」

と補正して計算する必要があります。 これが 演算処理 です。

組み込みエンジニアはソフトとハードの両方が必要

ここまでの例から分かる通り、組み込みエンジニアは

• プログラム（ソフトウェア）
• 電気回路（ハードウェア）

の両方を理解しておく必要があります。

もちろん最初から全部分かる必要はありません。
教えてもらいながら、作りながら、データシートを読みながら、少しずつ理解していくものです。

まとめ

• 組み込みエンジニアはマイコンにプログラムを書く仕事
• LEDひとつ光らせるにもハードの知識が必要
• 抵抗・分圧・トランジスタなどの基礎が重要
• ソフトとハードの両方を理解することで仕事がしやすくなる
• 経験を積むほど価値が高まる職種

組み込みの世界は奥が深いですが、学べば学ぶほど面白くなります。
ぜひ楽しみながら取り組んでみてください。

以上で解説を終わります。ありがとうございました。