Raspberry Pi[58]　PWM

2025年5月5日 2025年5月5日

mack0113

ラズパイ4にはPWMチャンネルが2つあります。また、制御方法にハードウエアPWMとソフトウエアPWMの２種類があり、ハードウエアPWMはピンが決まっています。↓　こんな感じ

GPIO番号	物理ピン	PWMチャネル	pigpioで使える？
18	12	PWM0_0	✅ yes
13	33	PWM1_1	✅ yes
19	35	PWM0_1	✅ yes
12	32	PWM1_0	✅ yes

一つのチャンネルにピンが２つづつ割り当てられているので、同じチャンネルなら二つのピンから出力ができます。つまり、全部で４つのピンでハードウエアPWMができるようです。チャンネルが同じということはPWMの設定が同じということなので、出力も基本同じになるように思えますが、実は、Duty　は個別でできるようです。周波数は変えることができないみたい。

gpioHardwarePWM() を見てみると、

gpioHardwarePWM(GPIO番号, 周波数, Duty) // こんな感じ

GPIO番号は上の表のとおりです。pigpioの仕様では周波数は最大で約125MHz（ただし条件あり）。デューティ比の最大値は：
1000000（＝100万）が最大→ これは「100%」に相当します！

ですが、周波数が高くなると、デューティ比の分解能が粗くなる（100万分の1ではなくなる）

周波数	周期	分解能（理論上）	duty 1000000の意味
1kHz	1ms	1ns単位	ちゃんと使える ✅
100kHz	10μs	10ns単位	ギリギリOK 🟡
1MHz	1μs	1ns単位必要	分解能足りない ❌
10MHz	100ns	0.1ns必要	現実的に不可能 ❌

1Hz〜10kHzが安定しているみたい。以下はサンプルプログラムです。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pigpio.h>

int main()
{
    if (gpioInitialise() < 0) {
        fprintf(stderr, "pigpioの初期化に失敗しました。\n");
        return 1;
    }

    int gpio = 18;
    int freq = 1000;
    int duty;

    printf("フェード確認開始（5段階）\n");

    // 明るく5ステップ
    for (duty = 0; duty <= 1000000; duty += 250000) {
        gpioHardwarePWM(gpio, freq, duty);
        printf("duty = %d\n", duty);
        sleep(1);
    }

    // 暗く
    for (duty = 1000000; duty >= 0; duty -= 250000) {
        gpioHardwarePWM(gpio, freq, duty);
        printf("duty = %d\n", duty);
        sleep(1);
    }

    gpioHardwarePWM(gpio, 0, 0);
    gpioSetMode(gpio, PI_OUTPUT);
    gpioWrite(gpio, 0);

    gpioTerminate();
    printf("終了\n");

    return 0;
}

make はこんな感じ

gcc -o pwm_led pwm_led.c -lpigpio -lrt -lpthread

プログラムを動かすには、sudo がいります。理由はハードウェアPWMは SoC のレジスタを直接操作するから
gpioHardwarePWM() は BCM283x の PWM レジスタを直接叩いてる。そのため /dev/mem や /dev/gpiomem を使ってて、これには管理者権限が必要らしいです。これが、いやな人はデーモン化して呼び出せばいいと思う。私はまだやっていないけど。

pigpio には実は公式の「pigpiod」というデーモンがあるらしいけど、gpioHardwarePWM()はダメっぽい。

ソフトウエアPWMなら、gpioPWM()を使って、ユーザーモードで動くみたい。LED制御程度ならそれでもいいかもね。