組込みシステム：チップ・クロック・センサとアクチュエータ・制御

全体像：測る→考える→動かす

組込みシステムは、センサで測り、マイコンで考え、アクチュエータで動かすという流れでできています。人間に置きかえると、センサが目や皮膚、マイコンが脳、アクチュエータが筋肉です。測った結果をもう一度入力に戻して目標に合わせ続けるやり方をフィードバック制御といいます。

flowchart LR
  A["目標値（例：25℃）"] --> B["制御器（マイコン）"]
  B --> C["アクチュエータ（モータ・ヒータ）"]
  C --> D["制御対象（部屋）"]
  D --> E["センサ（温度を測る）"]
  E -->|"測った値を戻す"| B

本試験で2回出ているのがフィードバック制御です。制御方式は次の4つを区別できるようにしておきます。

入力側：センサとチャタリング

センサは、温度・ひずみ・角速度などの物理量を電気信号に変える部品です。試験では「何を測るセンサか」を選ばせる問題が出ます。

「変形を感知」と書かれていたらひずみゲージです。

チャタリングは、機械式のスイッチを1回押しただけなのに、接点がはねて数ミリ秒の間にON/OFFが何度も繰り返される現象です。マイコンはこれを「何回も押された」と誤認識するので、少し待ってから読み直すなどの対策（チャタリング除去）をします。本試験と免除試験で計8回出ており、選択肢はほぼ毎回同じです。

出力側：アクチュエータ・D/A変換・PWM

アクチュエータは、コンピュータが出した電気信号（制御信号）をもとに、回転や直線移動などの動きを生み出す部品です。モータ、電磁弁、ソレノイドなどがこれにあたります。センサと向きが逆なので、入れ替えたひっかけがよく出ます。

D/A変換器の計算は「1ビットあたりの電圧 × 入力値」で解けます。分解能は、出力を何段階に分けられるか（8ビットなら256段階）を表します。最下位の1ビット分の電圧は、問題文の「この値ならこの電圧」という組から割り算で求めます。

**PWM（パルス幅変調）**は、電圧の高さは変えずに、**ONにしている時間の割合（デューティ比）**を変えて平均の電力を調整する方式です。水道の蛇口にたとえると、ひねる量（電圧）は変えずに、開けている時間と閉めている時間の割合だけでコップに入る水の量を調整するイメージです。波形の問題では「高さが一定で幅だけが変わる矩形波」を選びます。高さが変わる波形はPAM（パルス振幅変調）なので間違いです。

チップとクロック：SoC・RTC・PLL

SoC（System on a Chip）は、CPU・メモリ・周辺回路などシステムに必要な機能をすべて1つのチップに集積したLSI（大規模集積回路）です。免除試験も含めて計6回出ている頻出の用語です。似た用語との違いは「チップが1つか複数か」「チップか基板か」で見分けます。

クロック（回路を動かすリズム信号）に関する用語も、次の表で区別します。

クロックの計算は「掛け算（PLL）と割り算（分周器）を順番に追う」だけで解けます。例題で手順を確認しましょう。