ホチキス先生の「プログラマーと呼ばれたい」

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2016年10月1日のアドミンティーチャーズのラボワークでは、ESP8266 WiFi モジュールを搭載した Arduino WeMos D1 を 2台使い、一方を WiFi アクセスポイント、もう一方を WiFi クライアントとして接続し、Web サービスでデータ通信をする。

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アドミンティーチャーズのラボワークでは、8月と9月にESP8266 WiFi モジュールを搭載した Arduino WeMos D1 を使って通信を試した。WeMos D1 は安価で手に入れやすいマイコンボードで、実習教材にも適していると思われる。しかしまとまった解説やサンプルスケッチがなかなか見当たらない。多く見られるのは WiFi クライアントにしてアクセスポイントに接続し、Web サービスを実装するというものだが、WiFi クライアントにすることや Web クライアントを実装する事例は少ない。試行錯誤が必要だったが、うまく通信できるようになった。

今回の「ラボワーク」では 2台の WeMos D1 を使う。一方の WeMod D1 を WiFi アクセスポイントの設定にし、Web サービスを実装する。Web サービスでは、アナログ I/O ポート A0 に接続したボリュームの電圧を Web ページに表示するようにしておく。もう一方の WeMos D1 は WiFi クライアントの設定をし、起動したら WiFi アクセスポイントにした WeMos D1 に接続するようにし、Web クライアントを実装して Web ページを取得し、HTML テキストからボリュームの値を取り出して Multifunction Shield の 7セグメント LED に表示する。

マイコンボードが互いに WiFi 接続できれば応用範囲が広がるだろう。また Web サービスや Web クライアントを実装することで、Web サービスの仕組みも理解できる。

アドミンティーチャーズのラボワークは、会の性質上「情報教育に関心のある方」としているが、必ずしも学校関係者に限定しているわけではないので、興味のある方はぜひ来てほしい。またノートパソコンの Arduino 開発環境は、当日ラボワークで設定することもできるし、ノートパソコンがなくても実習を楽しめるし、ゆるやかな体験、交流の場なので、気軽に手ぶらで来てもらってかまわない。

アドミンティーチャーズ Web サイト
https://adminteachers.wordpress.com/

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神戸三ノ宮で開催したアドミンティーチャーズの「ラボワーク LW03 – マルチファンクションシールドを使ったシフトレジスタとダイナミック点灯のプログラミング」

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「ラボワーク」と題してこの 2月から兵庫県神戸市中央区、JR三ノ宮駅近くの会議室を借りて勉強会をやっている。今回は 3回目で、実験用のマルチファンクションシールドを使ったプログラミンを体験した。

マルチファンクションシールドは Arduino UNO 用に作られた実験用シールドで、昔の言い方では「ドーターボード」と呼ばれる一種の拡張ボードだ。Arduino UNO のI/Oピンにあわせて作られているが、必要なピンだけジャンパケーブルでつなげば他のマイコンボードでも使える。

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このマルチファンクションボードには 4つの 7セグメント LED チューブ、3つのボタン、4つの LED、ブザー、ポテンショメーター(ボリューム)がついている。これらの部品をマイコンボードでテストしようと思えばブレッドボードで回路を組んでもいいのだが、このように基盤に取り付けられていると簡単に実験できる。ラボワークではマルチファンクションシールドと Arduino UNO、Digispark などを人数分用意した。

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Arduino UNO でマルチファンクションシールドを使うには、そのまま上に載せればいい。

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Arduino UNO を使う場合は上に載せるだけだが、Digispark で使う場合は次のように 5本のジャンパワイヤーで接続する。3本はデータ送信用、2本は電源供給用だ。

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Digispark は前回のラボワークではオンボードの LED をコントロールしただけだったので加工の必要がなかったが、今回のようにジャンパワイヤーで I/O を接続するには I/O ピンをはんだ付けしなければならない。I/O ピンがついていない Digispark のためにはんだごてを用意した。

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プログラミングは各自のコンピュータで Arduino IDE を使って行った。プリントを用意してサンプルコードを簡単なものから実用的なものまで用意して体験した。

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マルチファンクションシールドには 4つの 7セグメント LEDチューブが載っている。この LEDチューブはシフトレジスタ 74HC595を介して接続されている。74HC595は汎用シフトレジスタで、3本のコントロール信号でシリアル信号を8ビットのパラレル信号に変換することができる。マルチファンクションシールドにはこの 74HC595が 2つ搭載されており、ひとつは 7セグメントの形を決め、もうひとつは出力する LEDを決める。

シフトレジスタの使い方とダイナミック点灯の概念を理解するサンプルコードを用意し、LEDチューブの形と点灯させるチューブの選択、ビットパターンの関係を表にしてイメージできるようにプリントを用意した。

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「ラボワーク」は毎月第一土曜日の夜やっている。次回は 5月7日(土)の夜、19:00から。詳細は「アドミンティーチャーズ」の Webで。

Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(4) – オンボードの 4つの LED を点灯させる

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前回までに「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(1) – multifunction シールド(Arduino UNO R3 学習向け多機能拡張ボード シールドキット)とは」「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(2) – Microsoft Visual Studio Express 2013 for WIndows Desktop の C# プログラミング環境を整える」「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(3) – Netduino ファームウエアのアップデート」で Visual Studio 2013 で Netduino の開発をする準備を整えた。今回から multifunction シールドを Netduino に接続してプログラミングを始めよう。

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Arduino 用 multifuncion シールドにはオンボードに 4つの LED が取り付けられている。基盤には D1、D2、D3、D4 と名前が印刷されているが、これはそれぞれ Netduno の D13、D12、D11、D10 の I/O ピンに接続されている。Arduino では 13、12、11、10 の各ピンだ。

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この LED は、I/O ピンから抵抗を介して接続されており、反対側は +5V につながっている。したがってこの LED 光らせるには、各 I/O ピンの出力を 0 に、つまり GND に落とせばよい。

Arduino のスケッチなら、例えば次のようになる。

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digitalWrite(10, LOW);

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ではプログラミングの前に multifunction シールドを Netduino につなごう。両側の各ピンをつなげばいい。つないだら USB ケーブルでパソコンに接続しよう。

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multifunction シールドと Netduino の準備ができたら Visual Studio 2013 を起動してプログラムをつくろう。

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Visual Studio を起動したら、新しいプロジェクトを開始する。

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テンプレートは言語を Visual C# とし、Micro Framework から Netduino Application (Universal) を選ぶ。Visual Studio のセットアップができていなければテンプレートがないか、または違う名前になっているかもしれない。もしテンプレートが選択できなければ、この blog の前回までの記事を参考にして Visual Studio をセットアップしてほしい。

プロジェクトの名前を適当なものにする。ここでは multifunction_4LEDs_on というプロジェクト名にした。

プロジェクトを開始すると次のような画面になるので、右のソリューションエクスプローラーから、Program.cs をクリックして開こう。

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Program.cs を開くと、// write your code here の行がある。ここに次のコードを書こう。

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var myLED1 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D10, false);

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コード全体は次のようになる。

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using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
using Microsoft.SPOT;
using Microsoft.SPOT.Hardware;
using SecretLabs.NETMF.Hardware;
using SecretLabs.NETMF.Hardware.Netduino;

namespace multifunction_4LEDs_on
{
    public class Program
    {
        public static void Main()
        {
            var myLED1 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D10, false);
        }
    }
}

——————————————————————

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コードが書けたらビルドしよう。ビルドに続いて Visual Studio がプログラムを Netduino に配置してくれる。

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ビルドと配置が完了したら、multifunction シールドの D4 LED 、I/O ポート D10 につながっている LED が光るはずだ。

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では次に、4つの LED を全部点灯させよう。コードは次のとおり。

——————————————————————

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
using Microsoft.SPOT;
using Microsoft.SPOT.Hardware;
using SecretLabs.NETMF.Hardware;
using SecretLabs.NETMF.Hardware.Netduino;

namespace multifunction_4LEDs_on
{
    public class Program
    {
        public static void Main()
        {
            var myLED1 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D10, false);
            var myLED2 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D11, false);
            var myLED3 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D12, false);
            var myLED4 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D13, false);        }
    }
}

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ビルドして配置すると multifunction シールドのオンボード LED が 4つとも点灯する。

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これで multifunction シールドのオンボード LED を点灯することができた。次回はこの LED を点滅させる、いわゆる「L チカ」プログラミングをしよう。

<前の記事>
「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(3) – Netduino ファームウエアのアップデート」

Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(3) – Netduino ファームウエアのアップデート

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前回「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(2) – Microsoft Visual Studio Express 2013 for WIndows Desktop の C# プログラミング環境を整える」でNetduino を開発するための Visual Studio の環境を整えた。だが Netduino のファームウエアのバージョンが古い場合には、作ったプログラムが動かないことがある。試しに Visual Studio 2013 の環境を整えたコンピュータに USB で Netduino を接続し、Visual Studio を起動して簡単なプログラムを作ってみよう。

1.Netduino をコンピュータに接続する

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USB ケーブルでコンピュータに Netduino を接続する。

2.Visual Studio 2013 の起動とサンプルプログラムの作成

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コンピュータに USB で Netduino を接続し、Visual Studio 2013 を起動する。

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新しいプロジェクトを開始し、言語を Visual C# とし、Micro framework から Netduino Application(Universal) を選択する。テンプレートに Micro framework や Netduino Application (Universal) がないときは、前回の記事を見て Visual Studio のカスタマイズをしてほしい。

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新しい Netduino Application (Universal) のプロジェクトが開始した。右の「ソリューションエクスプローラー」で Program.cs をクリックしてコードを開く。

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Project.cs には基本的なコードがあらかじめ作られている。ここで // write your code here とあるところに、次のコードを書く。

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var myLed = new OutputPort(Pins.ONBOARD_LED, true);

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このコードは、オンボードの LED をアウトプットポートに設定し、出力する、つまり光る状態に定義するコードだ。コードが入力できたらビルドしよう。ビルドすると自動的にコンパイルから Netduino へのプログラムの配置まで Visual Studio がやってくれるはずだ。

3.サンプルプログラムのビルドと配置

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ビルドを開始する。

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だがビルドはエラーになる。エラーは「配置エラーが発生しました。続行しますか?」とある。そこでビルドを停止しする。

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Visual Studio の下部「エラー一覧」を見ると、デプロイできなかったこと、その理由が、デバイスのアセンブリのバージョンが 4.2.0.0 なので、4.3.1.0 にして試すように、といったことが示されている。デバイスのファームウエアのバージョンが低いためだ。

4..NET Micro Framework Deployment Tool で Netduino のファームウエアを確認する

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ファームウエアのバージョンを確認するには、.NET Micro Framework Deployment Tool を使う。まだコンピュータにインストールされていない場合は、前回までの記事を読んでインストールしてほしい。

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.NET Micro Framework Deployment Tool を起動すると、起動直後には接続先が Serial になっているので、ドロップダウンリストボックスで接続先を USB に変更する。

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接続できると Netduino_2_Netduino とモデル名が表示される。そこで「Ping」ボタンをクリックして Netduino との通信をテストする。すると Pinging…TinyCLR という結果が下部に表示される。

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次に「Target」メニューの「Connect」でターゲットの Netduino デバイスに接続する。

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Connecting to Netduino2_Netduino…Connected と表示されたら Netduino に接続が完了した。

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接続が完了したら「Target」メニューの「Device Capabillities」でデバイスの情報を得る。

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様々な情報が得られるが、この場合、確かに ClrInfo.clrVersion が 4.2.0.0 であることがわかった。Netduino のファームウエアのアップデートについては、もういちど Netduino の公式サイトを見よう。

5.Netduino のファームウエアをダウンロードする

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公式サイトに firmware updates のアナウンスがある。現時点では netduino firmware v4.3.2.3 となっている。アップデートのリリースの日付は 18-sep-2015、2015年9月18日だ。ダウンロードのリンクをクリックしてファイルをダウンロードする。

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ダウンロードしたファイルは適当なフォルダに保存しておく。

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ダウンロードしたファイルを展開する。

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展開先の選択とファイルの展開をする。

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展開するとこのようなフォルダとファイルができる。ここで「firmware」のフォルダを試しに開いてみる。

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フォルダからは、Netduino の各モデルのファームウエアが用意されていることがわかる。

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6.Netduino のファームウエアをアップデートする

ファームウエアのアップデートは、NetduinoUpdate のプログラムを実行する。Netduino Update のプログラムは、現時点で v1.0.2 だ。

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Netduino をコンピュータに USB で接続するが、このとき、Netduino のボード上のボタン BTN を押しながら接続する。もし Netduino を既に接続していたときは、一度取り外して接続しなおす。するとボード上の LED が点灯する。これで Netduino のファームウエアを書き換えることができる bootloader モードとして起動できる。

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Netduino を bootloader モードとして起動できると、Netduino Update v1.0.2 プログラムに Netduino のモデル名が表示される。

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そこでモデル名にチェックを入れ、アップデートを実行する。

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アップデートが実行される。

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アップデートが終了したら、Netduino Update v1.0.2 プログラムから Netduino のモデル名が消える。

7.Netduino の新しいファームウエアに Visual Studio でビルドしデプロイする

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Netduino のファームウエアがアップデートされたら、プログラムは動くはずだ。もういちど Visual Studio を起動し、プロジェクトを開いてビルドする。

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エラーなくビルドでき、プログラムは Netduino に配置された。

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Netduino のオンボード LED が点灯した。

これで Netduino の開発環境が整った。次回から実際に multifunction シールドを使ったプログラムをする。

<前の記事>
「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(2) – Microsoft Visual Studio Express 2013 for WIndows Desktop の C# プログラミング環境を整える」

<次の記事>
「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(4) – オンボードの 4つの LED を点灯させる」

Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(2) – Microsoft Visual Studio Express 2013 for WIndows Desktop の C# プログラミング環境を整える

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前の記事「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(1) – multifunction シールド(Arduino UNO R3 学習向け多機能拡張ボード シールドキット)とは」では、Multifunction シールドの概要と Arduino や Netduino について簡単に紹介した。今回は Visual Studio で Netduino のプログラミングをする準備を整える説明をする。

1.Netduino の公式サイトで最新の情報を得る

Visual Studio で Netduino のプログラミングをするには、Visual Studio をカスタマイズしなければならない。また場合によっては Netduino のファームウエアを書き換える必要がある。Netduino の開発環境のカスタマイズについては、Netduino の公式サイト www.netduino.com から情報を得る。公式サイトの「downloads」では、現時点で次のようなステップが示されている。開発がすすんでいるので、自分でやってみるには、まず、このサイトで最新の情報を入手してほしい。

1.Microsoft Visual Studio Express 2013 のインストール
2..NET Micro Framework SDK v4.3 のインストール
3..NET MF plug-in for VS2013 のインストール
4.Netduino SDK v4.3.2.1 のインストール

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2.Visual Studio 2013 のインストール

現時点での最新の Visual Studio は 2015 だが、ここでは Netduino 公式サイトの推奨どおり Visual Studio 2013 をインストールしよう。Netduino の公式サイトは Microsoft のダウンロードセンターにリンクされている。

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現時点の Microsoft Visual Studio Express 2013 for Windows Desktop は Update 5 だ。

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ダウンロードセンターには2つのプログラムがある。ダウンロード版は vs2013.5_dskexp_JPN.iso だ。もうひとつのサイズの小さいプログラム wdexpress_full.exe はインターネット経由でインストールするインストーラーだ。コンピュータにデータをダウンロードして実行できるディスク容量があれば、通常ダウンロード版の iso ファイルをダウンロードしてインストールする。

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ダウンロードしたプログラムはコンピュータの適当なフォルダに保存し、インストールを実行する。

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ライセンス条項とプライバシーポリシーに同意し、インストールを開始する。

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インストールが完了したら、いちど Visual Studio を起動してみる。

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Visual Studio を起動した画面で、新しいプロジェクトを開始する。

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新しいプロジェクトを開始すると、使用する言語とテンプレートを選択する。しかしここにはまだ Netduino のテンプレートがない。そこで次のステップ、.NET Micro Framework SDK v4.3 のインストールにすすむ。

3..NET Micro Framework SDK v4.3 のインストール

.NET Micro Framework SDK v4.3 をインストールするには、Netduino の公式サイトでダウンロードのリンクをクリックし、ダウンロードファイルをコンピュータの適当なフォルダに保存する。

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ダウンロードファイルを実行する。

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ライセンス使用条項に同意する。

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インストールのタイプを選ぶ。Complete で完全インストールを選択できる。

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次の画面で Install ボタンをクリックしてインストールがはじまる。

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4..NET MF plug-in for VS2013 のインストール

次に .NET MF plug-in for VS2013 のインストールをする。これも Netduino の公式サイトのリンクをクリックしてプログラムをダウンロードし、コンピュータの適当なフォルダに保存する。

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ダウンロードしたファイルを実行する。

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ライセンス条項に同意し、インストールを開始する。

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.NET MF plug-in for VS2013 のインストールが完了した。

5.Netduino SDK v4.3.2.1 のインストール

最後に Netduino SDK v4.3.2.1 のインストールをする。これも Netduino の公式サイトからダウンロードのリンクを使ってダウンロードする。ダウンロードしたファイルはコンピュータの適当なフォルダに保存する。

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ダウンロードファイルを実行する。

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ライセンス条項に同意し、インストールを開始する。

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Netduino SDK v4.3.2.1 のインストールが完了した。

6.Visual Studio 2013 の起動とテンプレートの確認

ここで再度 Microsoft Visual Studio Express 2013 for WIndows Desktop を起動してみる。

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新しいプロジェクトを開始すると、Visual C# の言語に Netduino Application (Universal) のテンプレートがあることがわかる。これで Netduino の開発環境が整った。

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「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(1) – multifunction シールド(Arduino UNO R3 学習向け多機能拡張ボード シールドキット)とは」

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Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(1) – multifunction シールド(Arduino UNO R3 学習向け多機能拡張ボード シールドキット)とは

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急激に進化しつつあるマイコンボードとIoTの分野において、その先鞭となりかつ現時点で最も普及し豊富なラインナップと周辺製品が充実しているのは Arduino と言っていいだろう。Arduino はそのIOピン配置に適応した拡張ボード、マイコンの世界では「ドーターボード」と呼ばれたりするものだが、これを使うことで機能を拡張したり簡単な実験をすることができる。これを Arduino の用語では「シールド」といい、様々な製品が発売されている。Arduino は回路が公開されているので自分でシールドを設計して作ることもでき、自作用の基盤やピンなどの部品も簡単に手に入れることができる。この Arduino のIOとピン配置に適合したシールドは、近年のマイコンボードの世界であたかもデファクトスタンダードの様相を示しており、豊富なシールドの恩恵を得るように、様々なマイコンボードが Arduino 互換のIOとピン配置を持っている。

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Netduino は「ネットデュイーノ」と読み、.NET micro Framework が動くマイコンボードで Visual Studio を使って C# プログラミングによる .NET ライブラリの豊かな資産を使うことができるものだが、Netduino もそのIOとピン配置は Arduino 互換となっており、Arduino 用の様々なシールドが利用できる。下の写真は Netduino 2 で、現時点で入手することができる最もベーシックな Netduino だ。

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公式サイトは www.netduino.com で、Netduino の製品群や Visual Studio で開発するための SDK などのダウンロード、活用のノウハウと情報交換のコミュニティなどがある。

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Netduino は発表以来いくつかのモデルが発売されている。Netduino の公式サイトによると、現時点で最も新しい モデルは Netduino 3 だ。

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multifunction シールドは、Arduino Uno と Leonardo に対応した実験用のシールドだ。基本的な実験で利用しやすい部品が取り付けられている。値段も安い。現時点で Amazon では送料無料で1,000円で買うことができる。ちなみに Amazon で最も価格が安いショップでは、「Arduino UNO R3 学習向け多機能拡張ボード シールドキット」という名称になっているので、検索するときはキーワードに気を付けてほしい。

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この multifunction shield には4個のドット付き赤色7セグメントディスプレイモジュール、4個の LED、10K オームの小型ボリューム、3つのプッシュボタンが装填されている。もしこのモジュールを自作するとすれば、よほど低価格の部品をかき集めてこないと、部品代だけで 1,000 以上かかってしまうだろう。

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この multifunction シールドを Netduino 2 に装填し、基本的な実験をしてみよう。

※この記事を書くには Microsoft MVP のはつねさんが書かれた Build Insider の記事「.NET対応組み込みデバイス『Netduino』入門」 http://www.buildinsider.net/small/netduino がとても参考になりました。ありがとうございます。

<次の記事>
「Netduino で Arduino 用の multifunction シールドを使う(2) – Microsoft Visual Studio Express 2013 for WIndows Desktop の C# プログラミング環境を整える」