PWM で明るさを変える高速な ON/OFF で LED の明るさとサーボの角度を制御する

• 周波数：1 秒に何回 ON/OFF するか。LED なら 1kHz 以上あればちらつかない
• デューティ比：1 周期のうち ON の割合。0%（消灯）〜 100%（全点灯）
• 分解能：デューティ比を何段階で指定できるか。8bit なら 0〜255

L チカで sleep を短くしたときに「暗く点灯」に見えたのが、まさに PWM です。

ESP32 の Arduino では analogWrite(pin, 0〜255) がそのまま使えます（esp32 core 3.x）。内部では LEDC という PWM 回路が動いています。配線は L チカと同じ（GPIO4 → 220Ω → LED → GND）。

const int LED_PIN = 4;

void setup() {
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  for (int duty = 0; duty <= 255; duty++) {     // だんだん明るく
    analogWrite(LED_PIN, duty);
    delay(5);
  }
  for (int duty = 255; duty >= 0; duty--) {     // だんだん暗く
    analogWrite(LED_PIN, duty);
    delay(5);
  }
}

周波数や分解能を指定したいときは ledcAttach(pin, 5000, 8) で設定して ledcWrite(pin, duty) で書きます（esp32 core 3.x の書き方。2.x では ledcSetup / ledcAttachPin）。

人の目は明るさを対数的に感じるので、duty を一定に増やしても「最初に急に明るくなって、後半は変化が分かりにくい」と感じます。duty = (i * i) / 255 のように二乗にすると自然に見えます。

from gpiozero import PWMLED
from time import sleep

led = PWMLED(17)

while True:
    for i in range(0, 101):
        led.value = i / 100      # 0.0（消灯）〜 1.0（全点灯）
        sleep(0.01)
    for i in range(100, -1, -1):
        led.value = i / 100
        sleep(0.01)

led.pulse() と書くだけでも同じ動きをします。Pi 5 の PWM はソフトウェアで作っているので、OS の都合で少しふらつきます。LED なら気になりませんが、サーボを精密に動かすならマイコン向きです。

ホビー用サーボ（SG90 など）は、20ms 周期（50Hz）のパルスの「幅」で角度を決めます。0.5ms で 0°、1.5ms で 90°、2.5ms で 180°（製品で少し違う）。ｽﾀｯｸﾁｬﾝの首がうなずいたり振り向いたりするのも、この 2 本のサーボです。

• 配線：茶 = GND、赤 = 5V、橙 = 信号（GPIO）。信号は 3.3V で OK
• 電源：動く瞬間に数百 mA 流れる。USB 給電のボードの 5V ピンから 1 個なら動くが、リセットするなら別電源 + GND 共通（→ 電源と電池）
• ESP32：ライブラリマネージャで「ESP32Servo」を入れる
• Pi 5：gpiozero の AngularServo(17, min_pulse_width=0.0005, max_pulse_width=0.0025)

#include <ESP32Servo.h>

Servo servo;

void setup() {
  servo.attach(6);          // 信号線を GPIO6 に
}

void loop() {
  servo.write(0);
  delay(1000);
  servo.write(90);
  delay(1000);
  servo.write(180);
  delay(1000);
}

モーターはトランジスタ（MOSFET）経由で PWM をかけると速度が変わります（→ トランジスタでスイッチする）。周波数は 1kHz 以上にすると「キーン」という音が減り、20kHz 以上なら聞こえなくなります。逆回転もさせたいならモータードライバ（DRV8833 など）を使います。