RaspberryPi(ラズパイ)でPWMを使う方法【RPi.GPIO】

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プログラム概要

今回のプログラムの概要は以下の通りです。

GPIOの番号指定の設定をする。
GPIO・PWMを設定する
PWMでLEDを点滅させる
PWMでLEDを暗くする
PWMでLEDを消灯する

実行結果

プログラムを実行すると、以下のようにLEDが光ります。

点滅・点灯

調光(暗く)・消灯

全体コード

全体コードは以下の通りです。詳細は後述する「コードのポイント」で解説します。

# RPi.GPIOのライブラリを「GPIO」という名前で使います
import RPi.GPIO as GPIO
import time

# GPIOのピン番号指定を「BCM」に設定します
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 設定を確認。BCMの場合は「11」が返ります
mode = GPIO.getmode()
print(mode)

# PWMに使うピンに名前をつけます
PWM = 13

# PWMに使うピンを「Out」に設定します
GPIO.setup(PWM,GPIO.OUT)

# PWMに使うピンと周波数(1秒間に10回)を設定します
pwm = GPIO.PWM(PWM,10)

# PWMの制御を開始します
# 1周期の内,8割がONになるように設定します(Duty:80)
pwm.start(80)
time.sleep(2)

# Dutyは変えずに、周波数を1000に変更します
# この周波数になると、人の目ではLEDが点灯しているように見えます
pwm.ChangeFrequency(1000)
time.sleep(2)

# Dutyを「20」に設定します
# 周波数が早い状態で、Dutyを下げると、LEDが暗くなったように見えます
pwm.ChangeDutyCycle(10)
time.sleep(2)

# Dutyを「0」に設定します
# LEDが消灯します
pwm.ChangeDutyCycle(0)
time.sleep(2)

print("done.")

# GPIOの設定を解除します
GPIO.cleanup(PWM)

コードのポイント

ピン番号の指定方法の設定

ピン番号の指定方法をsetmode関数で設定します。

# GPIOのピン番号指定を「BCM」に設定します
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 設定を確認。BCMの場合は「11」が返ります
mode = GPIO.getmode()
print(mode)

指定の種類は「GPIO〇〇の番号を指定する”BCM”」「ピンの物理的な番号を指定する”BOARD”」の二種類がありますが、今回は「GPIO〇〇」の「BCMの方式」を使います。

選択した指定はgetmode関数で確認できます。

名称	指定	設定	getmode()
BCM	RPi.GPIO.BCM	GPIO〇〇と記載のある番号	11
BOARD	RPi.GPIO.BOARD	基板のピン番号(1~40)	10

※ 未設定の場合は「-1」が返ります。

GPIOの設定(出力)

output関数を使って、PWMに使うピンをGPIOの出力に設定します。

引数には「ピン番号」「入力・出力の指定」を渡します。

# PWMに使うピンに名前をつけます
PWM = 13

# PWMに使うピンを「Out」に設定します
GPIO.setup(PWM,GPIO.OUT)

内容	設定	説明
ピン番号	13	GPIO13 (BCM形式です)
入出力指定	RPi.GPIO.OUT	出力用に設定

PWMの設定

PWM関数を使って、上で出力に設定済みのピン番号と、PWMの周波数を設定します。

# PWMに使うピンと周波数(1秒間に10回)を設定します
pwm = GPIO.PWM(PWM,10)

内容	設定	説明
ピン番号	13	GPIO13 (BCM形式です)
周波数	10	単位は[Hz]です。 0.1単位で指定できます

PWM出力の開始

start関数でDuty比を設定すると、PWM出力が始まります。

# PWMの制御を開始します
# 1周期の内,8割がONになるように設定します(Duty:80)
pwm.start(80)
time.sleep(2)

上記コードでは、周期をかなり遅く(10Hz)しているので、Duty比による点滅を目視で確認することができます(LEDを点滅させたいときに便利です).

周波数の変更

ChangeFrequency関数でPWMの周波数を変更することができます。

# Dutyは変えずに、周波数を1000に変更します
# この周波数になると、人の目ではLEDが点灯しているように見えます
pwm.ChangeFrequency(1000)
time.sleep(2)

上記コードは、周波数の変更だけでDuty比は変えていません。そのため、LEDは変わらず点滅していますが、周期が早いので人の目では「点灯」しているように見えます(扇風機の羽のイメージです)。

Duty比の変更

ChangeDutyCycle関数でDuty比を変更することができます。

設定範囲は0.0~100.0で「0」を指定するとPWM出力が停止します。

# Dutyを「20」に設定します
# 周波数が早い状態で、Dutyを下げると、LEDが暗くなったように見えます
pwm.ChangeDutyCycle(10)
time.sleep(2)

# Dutyを「0」に設定します
# LEDが消灯します
pwm.ChangeDutyCycle(0)
time.sleep(2)

LEDの明るさを電気的に変えるには電圧値・抵抗値の変更が必要で、プログラムで制御するには大変です。それに対してPWMなら、電圧を変えずにDuty比だけで明るさを調整することが出来ます。

まとめ

RaspberryPi でPythonを使って、PWMを使う方法を解説しました。

LED1つで出来るので、ぜひ遊んでみてください。参考になればうれしいです。

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