2. パルス幅変調¶

パルス幅変調(PWM)は、デジタルピンから人工的なアナログ出力を得るための方法です。これは、ピンをローからハイに素早く切り替えることで実現しますこれには２つのパラメータがあります。切り替えの周波数とデューティ比です。デューティ比は、1周期(ロー + ハイの時間)の長さに比べて、ピンがハイになっている時間の長さと定義されています。デューティ比の最大値は、ピンが常にハイである場合であり、最小値はピンが常にローである場合です。

16個のPWMチャンネルと8個のタイマー を使った、より包括的な例を示します:

from time import sleep
from machine import Pin, PWM
try:
    F = 10000  # Hz
    D = 65536 // 16  # 6.25%
    pins = (2, 4, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 22, 23, 25, 26, 27, 32, 33)
    pwms = []
    for i, pin in enumerate(pins):
        f = F * (i // 2 + 1)
        d = min(65535, D * (i + 1))
        pwms.append(PWM(pin, freq=f, duty_u16=d))
        sleep(2 / f)
        print(pwms[i])
finally:
    for pwm in pwms:
        try:
            pwm.deinit()
        except:
            pass

以下のような出力が得られます:

PWM(Pin(2), freq=10000, duty_u16=4096)
PWM(Pin(4), freq=10000, duty_u16=8192)
PWM(Pin(12), freq=20000, duty_u16=12288)
PWM(Pin(13), freq=20000, duty_u16=16384)
PWM(Pin(14), freq=30030, duty_u16=20480)
PWM(Pin(15), freq=30030, duty_u16=24576)
PWM(Pin(16), freq=40000, duty_u16=28672)
PWM(Pin(18), freq=40000, duty_u16=32768)
PWM(Pin(19), freq=50000, duty_u16=36864)
PWM(Pin(22), freq=50000, duty_u16=40960)
PWM(Pin(23), freq=60060, duty_u16=45056)
PWM(Pin(25), freq=60060, duty_u16=49152)
PWM(Pin(26), freq=69930, duty_u16=53248)
PWM(Pin(27), freq=69930, duty_u16=57344)
PWM(Pin(32), freq=80000, duty_u16=61440)
PWM(Pin(33), freq=80000, duty_u16=65535)

スムーズな周波数変更 の例:

from time import sleep
from machine import Pin, PWM

F_MIN = 1000
F_MAX = 10000

f = F_MIN
delta_f = F_MAX // 50

pwm = PWM(Pin(27), f)

while True:
    pwm.freq(f)
    sleep(1 / f)
    sleep(0.1)
    print(pwm)

    f += delta_f
    if f > F_MAX or f < F_MIN:
        delta_f = -delta_f
        print()
        if f > F_MAX:
            f = F_MAX
        elif f < F_MIN:
            f = F_MIN

オシロスコープで Pin(27) の PWM 波形を見てみてください。

以下のような出力が得られます:

PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=1202, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=1401, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=1598, duty_u16=32768)
...
PWM(Pin(27), freq=9398, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=9615, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=9804, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=10000, duty_u16=32768)

PWM(Pin(27), freq=10000, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=9804, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=9615, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=9398, duty_u16=32768)
...
PWM(Pin(27), freq=1598, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=1401, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=1202, duty_u16=32768)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=32768)

スムーズなデューティ変更 の例:

from time import sleep
from machine import Pin, PWM

DUTY_MAX = 65535

duty_u16 = 0
delta_d = 256

pwm = PWM(Pin(27), freq=1000, duty_u16=duty_u16)

while True:
    pwm.duty_u16(duty_u16)
    sleep(2 / pwm.freq())
    print(pwm)

    if duty_u16 >= DUTY_MAX:
        print()
        sleep(2)
    elif duty_u16 <= 0:
        print()
        sleep(2)

    duty_u16 += delta_d
    if duty_u16 >= DUTY_MAX:
        duty_u16 = DUTY_MAX
        delta_d = -delta_d
    elif duty_u16 <= 0:
        duty_u16 = 0
        delta_d = -delta_d

オシロスコープで Pin(27) の PWM 波形を見てみてください。

以下のような出力が得られます:

PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=0)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=256)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=512)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=768)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=1024)
...
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=64512)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=64768)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=65024)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=65280)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=65535)

PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=65279)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=65023)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=64767)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=64511)
...
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=1023)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=767)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=511)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=255)
PWM(Pin(27), freq=998, duty_u16=0)

スムーズなデューティ変更と PWM 出力反転 の例:

from utime import sleep
from machine import Pin, PWM

try:
    DUTY_MAX = 65535

    duty_u16 = 0
    delta_d = 65536 // 32

    pwm = PWM(Pin(27))
    pwmi = PWM(Pin(32), invert=1)

    while True:
        pwm.duty_u16(duty_u16)
        pwmi.duty_u16(duty_u16)

        duty_u16 += delta_d
        if duty_u16 >= DUTY_MAX:
            duty_u16 = DUTY_MAX
            delta_d = -delta_d
        elif duty_u16 <= 0:
            duty_u16 = 0
            delta_d = -delta_d

        sleep(.01)
        print(pwm)
        print(pwmi)

finally:
    try:
        pwm.deinit()
    except:
        pass
    try:
        pwmi.deinit()
    except:
        pass

以下のような出力が得られます:

PWM(Pin(27), freq=5000, duty_u16=0)
PWM(Pin(32), freq=5000, duty_u16=32768, invert=1)
PWM(Pin(27), freq=5000, duty_u16=2048)
PWM(Pin(32), freq=5000, duty_u16=2048, invert=1)
PWM(Pin(27), freq=5000, duty_u16=4096)
PWM(Pin(32), freq=5000, duty_u16=4096, invert=1)
PWM(Pin(27), freq=5000, duty_u16=6144)
PWM(Pin(32), freq=5000, duty_u16=6144, invert=1)
PWM(Pin(27), freq=5000, duty_u16=8192)
PWM(Pin(32), freq=5000, duty_u16=8192, invert=1)
...

オシロスコープで Pin(27) と Pin(32) の PWM 波形を見てみてください。

注記: 新しい PWM パラメーターは次の PWM サイクルから有効になります。

pwm = PWM(2, duty=512) print(pwm) >>> PWM(Pin(2), freq=5000, duty=1023) # デューティの変更が有効になってない pwm.init(freq=2, duty=64) print(pwm) >>> PWM(Pin(2), freq=2, duty=16) # デューティの変更が有効になってない time.sleep(1 / 2) # PWM の１周期分だけ待機 print(pwm) >>> PWM(Pin(2), freq=2, duty=64) # デューティの変更が有効になった

注記: machine.freq(20_000_000) は PWM の最高周波数を 10 MHz に下げます。

注記: Pin.OUT モードを指定する必要はありません。チャネルは、PWM コンストラクターに渡されるピンごとに1回、内部的に PWM モードに初期化されます。

次のコードは間違いです:

pwm = PWM(Pin(5, Pin.OUT), freq=1000, duty=512)  # ここで Pin(5) が PWM モードなるが...
pwm = PWM(Pin(5, Pin.OUT), freq=500, duty=256)  # ここで Pin(5) が OUT モードになり、PWM が無効になる

代わりに次のコードのようにしてください:

pwm = PWM(Pin(5), freq=1000, duty=512)
pwm.init(freq=500, duty=256)