第4章 · ハードウェアとインタフェース·v1.0.0·更新 2026/7/10·読了目安 約14分
変更要約: 初版
4.5GPIO・バス・タイマ
この節の要点
汎用入出力ピンGPIOの入力回路設計（プルアップ・オープンドレイン）、CPUと周辺デバイスを結ぶアドレスバス/データバス/制御バス、そして時間計測・波形生成を担う入力キャプチャ・出力コンペア・PWMタイマ機能を学び、組込みハードウェアの基礎的な入出力設計判断力を養います。
組込み機器の基礎的な入出力を支えるのがGPIO（汎用入出力ピン）とバス（CPU-周辺デバイス間の配線）、そしてタイマ（時間計測・波形生成）です。これらは地味に見えて、入力回路の設計を誤ると誤動作し、バス設計を誤ると性能が出ず、タイマ機能を使い分けられないと時間計測や波形生成に無駄なCPU負荷がかかるという、組込み設計の土台を支える技術です。この節では、それぞれの正しい使い方と設計判断を学びます。
4.5.1GPIOとプルアップ/オープンドレイン
- GPIO（General Purpose Input/Output）＝ソフトウェアから入力/出力・Hi/Lowを設定できる汎用ピン。入力として使う場合、未接続（Hi-Z：ハイインピーダンス）状態のピンは電位が不定になり、外来ノイズを拾って誤ったHigh/Lowを検出する原因になる。プルアップ抵抗（ピンを電源電圧側へ弱く引き上げる）またはプルダウン抵抗（GND側へ引き下げる）を入れることで、スイッチが開いている（未接続）時のデフォルト電位を確定させ、誤動作を防ぐ。
- オープンドレイン（オープンコレクタ）出力＝出力段がHigh側のトランジスタを持たず、Lowへの引き込みしかできない（Highにするには外付けのプルアップ抵抗が必須）出力方式。この方式の利点は、複数デバイスの出力を1本の信号線に接続しても、どれか1つでもLowを出せば線全体がLowになる（ワイヤードAND）ため、I2Cのように複数デバイスが同じ線を共有するバスに向く点。プッシュプル出力（High/Low両方を能動的に駆動）と異なり、複数出力の競合による短絡（バス衝突）が起きない。