第1章：今回のボード ― 電源レギュレータを載せて5Vで自立させる
このコースで作る一枚を、ここで決めます。作るのは、KiCad入門で組んだ最小構成のCH32V003ボードに、電源レギュレータ（AMS1117）を一つ足して、手持ちの5Vを挿すだけで単体で動くようにしたボードです。この章では、完成像・なぜ電源部を足すのか・追加する部品・5Vの入れ口の選び方・全体の結線マップまでを、先にまとめて見ます。ここで決めたボードを、次章から「結線をコードで書く」作り方で組み上げます。この章ではまだKiCadもコードも開かず、作るものの姿を確認します。
1.1 ゴール像：手持ちの5Vで、書き込み器なしで動くボード
KiCad入門で作った基本形は、3.3Vで動くボードでした。ただしその3.3Vは、書き込み器（WCH-LinkE）の3V3ピンから借りていた電源です。言いかえると、書き込み器をつないでいる間しか、電源がありませんでした。基板を単体で動かそうとすると、いきなり「3.3Vをどこから持ってくるのか」という問題にぶつかります。
今回のボードは、ここを一箇所だけ変えます。5Vを挿せば、それだけで動くようにします。回路の中身（CH32V003、パスコン、LED、書き込み端子…）は基本形のまま。そこに、5Vを3.3Vに変換する電源レギュレータを足すだけです。足すのは一箇所ですが、使い勝手はずいぶん変わります。
【今回作るボードの姿】 5V入力 ───────▶ [ AMS1117-3.3 ] ───────▶ 3.3V ───────▶ ボード全体 (USB / モバイル レギュレータ (VCC) CH32V003ほか バッテリーなど) 5V を 3.3V へ ＝基本形のまま ＊ 書き込み器をつながなくても、5Vを挿せば単体で動く
1.2 なぜ電源レギュレータを足すのか（世の中は5Vだらけ）
「なぜ5Vを入り口にするのか」は、身の回りを見れば説明が要らないくらいです。USBケーブル、モバイルバッテリー、USB充電器、Arduinoの5Vピン――手元にある電源は、たいてい5Vです。一方、CH32V003が欲しいのは3.3V。この「よくある5V」と「欲しい3.3V」のあいだを埋める部品が、電源レギュレータ（LDO）です。
これは特別な発想ではなく、ボードを単体で動かそうとした人がたどり着く、いちばん短い道です。実用品にしようとすると誰もが同じ場所――「3.3Vをどこから」――でつまずき、そして手近な5Vから作る、という同じ答えに行き着きます。だからこのボードも、その一手を採ります。凝ったことはしません。
1.3 「足す／足さない」を、要件から逆算する
ここで、KiCad入門の応用編（第4章）で出てきた考え方を思い出しておきます。機能を足すかどうかは、「足せるから足す」ではなく、要件から逆算して決める――という見方です。判断の物差しとして、次の4つを自分に問います。
- 要件から逆算しているか？ ── 「書き込み器なしで、手持ちの5Vで動かしたい」。実用品にするなら、ほぼ必須。◎
- ピンは足りるか？ ── レギュレータは電源ライン（VCC／GND）に入るだけで、貴重な汎用IOを一本も使いません。これは大きな利点。◎
- 難易度とコストは見合うか？ ── 追加はレギュレータ1個＋コンデンサ2個程度。配線も簡単。低い。◎
- 「足さない」も設計判断。 ── 今回、水晶やUSBは載せません。今回の要件（＝5Vで自立）には要らないからです。
このコースが電源部だけを足して、水晶やUSBを載せないのも、この問いの結果です。「自立して動く」という要件には電源部が要る。けれど、正確なクロックやPCとのUSB通信は、今回の目的には要らない。要るから足す、要らないから足さない――このボードの構成は、その線引きで決めています。水晶やUSBを足したくなったら、KiCad入門の第4章がそのまま案内になります。
1.4 追加する部品（U2・C2・C3・J4）
基本形に足すのは、次の4点だけです。3.3Vレギュレータの定番 AMS1117-3.3 と、その前後に置くコンデンサ2個、そして5Vの入力端子です。
| 部品 | 値・型番 | 役割 | 手はんだ基準での評価 |
|---|---|---|---|
| U2 | AMS1117-3.3（SOT-223） | 5V→3.3V変換 | ピンが大きく手はんだ容易 ◎ |
| C2 | 10μF（入力側） | 入力電源の安定化 | 2012サイズで統一可 |
| C3 | 10μF（出力側） | 出力の安定化（発振防止） | 同上 |
| J4 | ピンヘッダ2ピン等 | 5V入力端子 | ◎ |
AMS1117のようなレギュレータは、出力側にコンデンサ（10μF以上）を入れないと、動作が不安定になったり発振したりします。データシートにも明記された要件です。「レギュレータ単体を置けば3.3Vが出る」のではなく、入力・出力の両側にコンデンサをセットで置いて、はじめて安定して働きます。ここを省くと、原因のわかりにくい不安定動作に悩まされます。C2・C3は「おまけ」ではなく、レギュレータの一部だと考えてください。
AMS1117のドロップアウト電圧は約1.2Vです。「入力は出力より最低1.2V高くないと、正しく3.3Vを出せない」という意味です。5V入力なら 5 − 3.3 = 1.7V の余裕があるのでOK。もし「3.7Vのリチウム電池から3.3Vを作りたい」なら余裕が足りず、もっとドロップアウトの低いLDO（XC6206やHT7333など）が必要になります。入力が何Vかで選ぶレギュレータが変わる――これも「要件から逆算」の一例です。今回は5V入力と決めているので、AMS1117でちょうどよく収まります。
1.5 5Vをどこから入れるか（給電コネクタの選択）
5Vを、どの「差し込み口」から受けるか。これも一つの設計判断です。よくある選択肢を、手はんだのしやすさも含めて並べます。
| コネクタ | 利点 | 注意点・欠点 | 手はんだ |
|---|---|---|---|
| DCジャック／端子台／ピンヘッダ | 最も簡単・確実。抵抗不要。手はんだ最易 | 専用ケーブルや外部電源が要る場合がある | ◎ |
| USB Type-A（オス） | PCやUSB充電器に直挿しできる。抵抗不要 | 基板が大きくなる。向きの制約 | ○ |
| Micro-USB（Micro-B） | 安価で普及。抵抗不要でVBUSから素直に5Vが取れる | 耐久性が低め。やや旧世代 | △（細かい） |
| USB Type-C | 今の主流。ケーブルが手に入りやすく、裏表なく挿せる | CC端子に抵抗が必須（下記）。端子が細かい | △（細かい） |
USB Type-Cは、挿すだけでは5V（VBUS）が出てきません。「私は電源を受け取る機器です」と相手に伝える必要があり、そのためにCC1・CC2の2本の端子を、それぞれ 5.1kΩ の抵抗でGNDに落とす（プルダウンする）必要があります。この抵抗が無いと、電源側が「機器がつながっていない」と判断して給電しません。CC1とCC2を1本にまとめず、別々に5.1kΩでプルダウンするのが要点です。まとめると、一部のケーブルで正しく給電されない不具合が起きます。「Type-Cは手軽だが、抵抗2本を忘れると動かない」――ここは最もはまりやすい落とし穴です。
これも要件から逆算です。今回のボードは「5Vで確実に動くこと」が目的なので、まずは抵抗が要らず手はんだも楽なピンヘッダ（またはDCジャック・USB-A）を入り口にします。「今風で取り回しの良いものにしたい」なら Type-C ですが、そのときはCC抵抗2本を忘れずに。作りやすさと今風の使い勝手のどちらを取るかで、入り口は変わります。このコースの本文では、手はんだ最優先で J4＝ピンヘッダ2ピンを基準に進め、Type-Cは「慣れたら挑戦」の位置づけにします。
1.6 全体像：基本形＋電源部の結線マップ
足す部品と入り口が決まったので、電源部の結線をまとめておきます。レギュレータの周りは、次の一枚で足ります。
【電源レギュレータ部の接続】
5V入力(J4) ──┬── U2:IN U2:OUT ──┬── VCC(3.3V, 基板全体へ)
│ │
C2(10μF) U2:GND C3(10μF)
│ │ │
GND ──────────┴───────────┴── GND
| ネット | つなぐ場所 | 備考 |
|---|---|---|
VIN_5V（新規） | J4-1（5V入力）, U2-IN, C2-1 | 今回あらたに増える電源ネット |
VCC（既存の3.3V） | U2-OUT, C3-1 ＋ 基板全体のVCC | 基本形のVCCがそのまま繋がる |
GND | J4-2, U2-GND, C2-2, C3-2 ＋ 基板全体のGND | 基本形のGNDと共通 |
今回あらたに増えるのは、上の電源部の結線（とくに新規ネット VIN_5V）だけです。CH32V003まわりの結線――SWIO、リセット、パスコン、LED、書き込み端子、J1・J2に引き出すGPIO群――は、KiCad入門の基本形（第3章の全結線早見表）とまったく同じです。つまり今回のボードは「基本形の全結線 ＋ 電源部の3ネット」。この足し算の関係を頭に置いておくと、次章から結線をコードで書くときに、どこが既存でどこが新規かが見通せます。
電源部を足すと、3.3Vの出どころが「書き込み器の3V3」と「レギュレータの出力」の2つになりえます。両方を同時につなぐと、電源どうしがぶつかって故障の原因になります。書き込み時は書き込み器から、単体動作時はレギュレータから――というように、どちらか一方だけが電源を供給するようにします（ジャンパで切り替える、書き込み時はJ4の5Vを外す、など）。「電源が二重にならないか」は、電源を足すとき必ず確認するポイントです。この点は、後の章で配置・配線を考えるときにもう一度戻ってきます。
1.7 次章への橋渡し
- 作るボードを決めた ── 基本形のCH32V003ボード ＋ 電源部（AMS1117）で、5Vを挿せば単体で動く一枚
- 足す部品を把握した ── U2（AMS1117-3.3）／C2・C3（10μF）／J4（5V入力、まずはピンヘッダ）
- 電源部の結線を把握した ── 新規ネット
VIN_5Vと、既存のVCC・GNDへの合流 - 基本形の結線はそのまま据え置き、と確認した
これで「何を作るか」が決まりました。KiCad入門なら、この結線を回路図エディタで一つずつグローバルラベルを置いて作っていくところです。このコースは、そこを変えます。次章では、「なぜ結線を回路図ではなく“コード”で書くのか」――その理由と、コードで書くと何が変わり、何が人の手に残るのかを、道具を持ち込んだ人たちの着眼をたどりながら見ていきます。