DCモータを動かす（PWM）

 今回は DCモーターの制御 に挑戦します。

モーターの回転速度を調整するには、一般的に PWM（パルス幅変調） という方法を使います。PWMとは、電源のONとOFFをとても速いスピードで切り替えることで、モーターに流れる電流の平均量をコントロールする技術です。

• ONの時間が長いほど、モーターは速く回転します。

• OFFの時間が長くなると、回転はゆっくりになります。

PWMの大きな利点は、常に最大電圧をかけながらも回転速度を調整できる点です。これにより、低速でも**高いトルク（回す力）**を維持することができます。

今回の回路は「まずモーターを動かしてみる」ことを目的としたシンプルな構成にしています。

PWM（パルス幅変調）とは？

用語	意味	モーター制御での役割
パルス (Pulse)	デジタルの ON（High）/OFF（Low） 信号	モーターへ「電圧をかける／切る」の合図
幅 (Width)	ON 状態が続く時間（Duty）	幅が長いほど平均電圧↑＝回転速↑
変調 (Modulation)	幅を変えて平均値を調整	幅を短くすれば平均電圧↓＝回転速↓

周波数

1 kHz と設定すれば 1 秒間に 1,000 回 ON／OFF を繰り返す。

周波数そのものは速度に大きく影響せず「どれだけ細かく刻むか」を決めるパラメータ。

Duty（デューティ比）

0 %＝常時 OFF、100 %＝常時 ON。

例: 1 kHz で 50 % Duty → 1 ms 中 0.5 ms ON / 0.5 ms OFF。

平均電圧が Vin × Duty になるイメージで、DC モーターは平均電圧に比例して回転速度が変わる。

回路

マブチ製 DC モーター を PWM で駆動します。
モーターには比較的大きな電流が流れるため、スイッチング素子として Nch MOSFET「2SK4017」 を採用します。逆起電力対策としてダイオードを並列に入れ、ゲートの保護やノイズ低減に抵抗とコンデンサを追加します。

役割	部品	備考
モーター	マブチ DC モーター
スイッチング素子	Nch MOSFET 2SK4017	大電流対応
フリーホイールダイオード	1N4007	逆起電力吸収
ゲート抵抗	1 kΩ	ゲート突入電流の抑制
ゲートプルダウン抵抗	20 kΩ	誤動作防止（ゲートの浮きを防ぐ）
デカップリングコンデンサ	0.1 µF セラミック	電源ノイズ吸収

ソースコード

from machine import Pin, PWM

import time

# PWMを出力するピン（例: GP15）を指定

pwm_pin = PWM(Pin(15))

# PWMの周波数（Hz）を設定（例: 1000Hz = 1kHz）

pwm_pin.freq(1000)

# デューティサイクル（0〜65535）を設定

# 例えば50%出力なら約32768

def set_motor_speed(percent):

    # percent: 0〜100

    duty = int(65535 * (percent / 100))

    pwm_pin.duty_u16(duty)

    print(f"Speed: {percent}% → Duty: {duty}")

# 実行例

for speed in range(0, 101, 20):

    set_motor_speed(speed)

    time.sleep(1)

# 最後に停止

set_motor_speed(0)

>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT

MPY: soft reboot

Speed: 0% → Duty: 0

Speed: 20% → Duty: 13107

Speed: 40% → Duty: 26214

Speed: 60% → Duty: 39321

Speed: 80% → Duty: 52428

Speed: 100% → Duty: 65535

Speed: 0% → Duty: 0

>>>

処理の流れ

⚙️ 初期化

　　Pin(15) を PWM モードに割り当て、1 kHz で動作開始。

　　まだデューティは 0（暗黙の初期値）なのでモーター停止状態。

🚀 加速テストループ

　　0 %→20 %→…→100 % と 5 回速度を段階的に変更。

　　各段階で 1 秒ディレイし、モーターが新しい速度に落ち着くのを待つ。

　　set_motor_speed() 内部でデューティ値が計算され PWM ハードウェアに書き込まれるため、速度変更は即時。

🛑 停止

　　最後に set_motor_speed(0) でデューティ 0。電圧 0 V 相当になり、回転が止む。

　　物理的には慣性で少し回り続けるので、急停止したい場合は逆極性ブレーキや H ブリッジを使う。

長押しボタンでモーター速度を段階制御する PWM プログラム（MicroPython）

# ──────────────────────────────────────────────────────────── # 長押しボタンでモーター速度を段階制御し、 # Ctrl-C で確実に停止する MicroPython スクリプト # ──────────────────────────────────────────────────────────── from machine import Pin, PWM import time # ==== 定数 ==== PWM_PIN = 15 # モーター用 PWM 出力 BTN_PIN = 16 # ボタン入力（LOW = 押下） FREQ_HZ = 1000 # PWM 周波数 [Hz] STEP = 5 # 速度の増減幅 [%] LONG_MS = 500 # 長押し判定時間 [ms] INTERVAL = 100 # 速度更新周期 [ms] LOOP_DELAY = 20 # ループ間隔 [ms] # ==== 初期化 ==== pwm = PWM(Pin(PWM_PIN)) pwm.freq(FREQ_HZ) button = Pin(BTN_PIN, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 内蔵プルアップ def set_speed(pct: int) -> int: """0–100 % を渡して PWM デューティを更新し、その値を返す""" pct = max(0, min(100, pct)) duty = int(pct * 65535 / 100) pwm.duty_u16(duty) print(f"Speed = {pct:3d}% Duty = {duty}") return pct speed = set_speed(0) # ==== ループ用変数 ==== last_state = button.value() press_start_ms = time.ticks_ms() last_update_ms = time.ticks_ms() print("▶ モーター制御開始（Ctrl-C で停止）") try: while True: state = button.value() # 0 = 押下, 1 = 離脱 now = time.ticks_ms() # ── エッジ検出 ────────────────────── if state != last_state: if state == 0: # 押した瞬間 press_start_ms = now last_state = state # ── 押下中（長押し判定込み） ────────── if state == 0 and time.ticks_diff(now, press_start_ms) > LONG_MS: if time.ticks_diff(now, last_update_ms) > INTERVAL: speed = set_speed(speed + STEP) last_update_ms = now # ── 離脱中（減速） ────────────────── if state == 1 and speed > 0 and time.ticks_diff(now, last_update_ms) > INTERVAL: speed = set_speed(speed - STEP) last_update_ms = now time.sleep_ms(LOOP_DELAY) finally: # ==== ここは必ず実行される ==== print("\n⏹ 停止処理中 …") set_speed(0) # デューティ 0 % pwm.deinit() # PWM モジュール解放 print("✔ モーター停止、プログラム終了")

📝処理の流れ

⚙️ 定数設定

PWM出力ピンやボタンピン、PWM周波数、速度の増減幅、長押し判定時間などを決める

🔧 初期化

PWMピンを指定周波数でセットアップ、ボタン入力をプルアップで初期化

🎛 初期速度設定

モーター速度を0%にセットし停止状態にする

🔄 メインループ開始

ボタン状態を継続的に読み取り、状態変化を監視

🕵️ エッジ検出

ボタンの押し始め（押下時）を検出し、押下時刻を記録

⏱ 長押し判定

押下継続時間が500msを超えたら「長押し」と判断

⬆️ 加速処理

長押し中は100msごとに速度を5%ずつ増やす（最大100%まで）

⬇️ 減速処理

ボタンが離されている間は100msごとに速度を5%ずつ減らす（0%まで）

💤 CPU負荷軽減

ループ末尾で20msスリープして処理を制御

🛑 終了時処理（finally）

Ctrl-Cなどでプログラム終了時に必ず実行され、モーターを停止しPWMを解放