はじめに
本記事では、Pythonを使ってArduino制御の基本であるLEDの点灯・消灯のシミュレーションや、サーボモーターの角度に応じたPWMパルス幅の計算方法をわかりやすく解説します。Arduinoを実際に使わなくても、Pythonでシミュレーションできる形にしているため、初学者の方にもおすすめです。
参考リンクまとめ
Arduinoの仕組みをPythonで理解する：LEDとサーボの統合スクリプト
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# Pythonで学ぶ Arduino制御の基本（LED と サーボモーター）
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# --- LED 点灯・消灯シミュレーション ---
print(" LED 点灯・消灯のシミュレーション")
led_pin = 13 # LED接続ピン番号
state_on = 1 # HIGH = 1（点灯）
state_off = 0 # LOW = 0（消灯）
delay_time_ms = 1000 # 1000ms = 1秒
print(f"Pin {led_pin} を HIGH（{state_on}）に → LED 点灯")
print(f"{delay_time_ms} ミリ秒 待機")
print(f"Pin {led_pin} を LOW（{state_off}）に → LED 消灯")
print(f"{delay_time_ms} ミリ秒 待機\n")
# --- サーボモーターのパルス幅計算関数 ---
def calculate_pulse_width(angle, min_us=500, max_us=2400):
"""
指定した角度に対するサーボモーターのPWMパルス幅を計算する関数
Calculate servo PWM pulse width for a given angle
"""
pulse_width = (angle / 180) * (max_us - min_us) + min_us
return pulse_width
# --- サーボ角度とパルス幅の関係出力 ---
print(" サーボモーターの角度 → パルス幅対応表")
for angle in [0, 45, 90, 135, 180]:
pulse = calculate_pulse_width(angle)
print(f"角度 {angle:3d}° → パルス幅 = {pulse:.1f} μs")
print()
# --- PWM制御の比例式 表示と解説 ---
print(" PWM幅の計算式（比例式）")
print("パルス幅 = (角度 / 180) × (max - min) + min")
print("\n【解説】")
print("・角度は 0〜180° の範囲をとる")
print("・min は角度0°のときのパルス幅（今回: 500μs）")
print("・max は角度180°のときのパルス幅（今回: 2400μs）")
print("・角度が大きくなるほどパルス幅が大きくなる（比例関係）")
print("\n【例】")
print("角度 = 90° のとき：")
print("パルス幅 = (90 / 180) × (2400 - 500) + 500")
print(" = 0.5 × 1900 + 500")
print(" = 950 + 500 = 1450μs\n")
# --- ミリ秒とマイクロ秒の換算 ---
print(" 時間単位の換算")
ms = 1
us = ms * 1000
print(f"{ms} ミリ秒 は {us} マイクロ秒")
print("\n【補足】")
print("・delay(1000) → 1000ミリ秒 = 1秒")
print("・delayMicroseconds(1450) → 1450マイクロ秒 = 0.00145秒")
print("・サーボモーターはミリ秒ではなくマイクロ秒単位のパルス幅で動作制御される\n")
# --- Servo.write(angle) 相当のPWM幅出力 ---
print(" Servo.write(angle) に対応するPWM出力")
angles = [0, 30, 60, 90, 120, 150, 180]
for a in angles:
pwm = calculate_pulse_width(a)
print(f"servo.write({a:3d}) → PWM: {pwm:.0f} μs")
print("\n【補足】")
print("・Servo.write(角度) は、指定した角度に応じたパルス幅を内部で自動計算する")
print("・たとえば write(0) → 500μs, write(180) → 2400μs のように対応")
print("・write(90) では中央位置（1450μs付近）を指示する")
print("・このようにマイクロ秒単位でPWM信号を与えることで、サーボの軸がその角度に回転する\n")
結果
実行すると、以下のような出力が得られます（一部抜粋）：
LED 点灯・消灯のシミュレーション
Pin 13 を HIGH（1）に → LED 点灯
1000 ミリ秒 待機
Pin 13 を LOW（0）に → LED 消灯
1000 ミリ秒 待機
サーボモーターの角度 → パルス幅対応表
角度 0° → パルス幅 = 500.0 μs
角度 45° → パルス幅 = 837.5 μs
角度 90° → パルス幅 = 1175.0 μs
...
おわりに
本記事では、Pythonを活用して、ArduinoにおけるLED制御やサーボモーターのPWM信号制御をシミュレーションする方法をご紹介しました。物理的なハードウェアがなくても、プログラミングを通して動作原理を体験できるのがポイントです。今後は実機と連携する方法も取り上げていきますので、ぜひお楽しみに。