# Project 2: LEDの明るさ調整

### **1.説明**

前回のレッスンでは、LEDの点灯・消灯と点滅を制御しました。

このプロジェクトでは、PWMを使ってLEDの明るさを制御し、呼吸のような効果をシミュレートします。

PWMはデジタル手段でアナログ出力を制御する方法です。デジタル制御を用いて異なるデューティサイクルの方形波（高レベルと低レベルを絶えず切り替える信号）を生成し、アナログ出力を制御します。一般的に、ポートの入力電圧は0Vと5Vです。

もし3Vが必要だったら？あるいは1V、3V、3.5Vの切り替えが必要だったら？抵抗を常に変えることはできません。そこでPWMを利用します。

![](media/A53.gif)

Arduinoのデジタルポートの電圧出力はLOWとHIGHのみで、それぞれ0Vと5Vに対応します。LOWを0、HIGHを1と定義し、Arduinoが1秒間に500回0または1の信号を出力するとします。

もし500回すべてが1なら5V、すべてが0なら0Vです。0101010101...のように出力すると、出力ポートは2.5Vとなり、これは映画の表示に似ています。私たちが見る映画は完全に連続しているわけではなく、実際には1秒間に25枚の画像を出力しています。この場合、人間はそれを認識できませんし、PWMも同様です。異なる電圧を得るには、0と1の比率を制御する必要があります。単位時間あたりに出力される0と1の信号が多いほど、制御はより正確になります。

PWMはデジタル手法でアナログ量を得る技術です。デジタル制御により方形波を形成し、方形波信号はオンとオフの2状態（高レベルと低レベル）だけを持ちます。0〜5Vの電圧はオン時間とオフ時間の比率を制御することでシミュレートできます。オンに費やす時間（技術的には高レベル時間）をパルス幅と呼び、PWMはパルス幅変調とも呼ばれます。

![](media/A54.png)

緑の縦棒は方形波の1周期を表しています。各analogWrite(value)に書かれた値はパーセンテージに対応し、これをデューティサイクルと呼びます。このパーセンテージは1周期における高レベルの時間の割合、すなわちデューティサイクル = 高レベル時間 / 周期時間を指します。

図の上から下へ、最初の方形波のデューティサイクルは0%で対応する値は0、LEDの明るさは最も暗く、つまり消灯状態です。高レベルが長く続くほど明るくなります。したがって、最後のデューティサイクル100%の値は255で、LEDは最も明るくなります。50%は明るさの半分、25%はより暗い状態です。

PWMはLEDの明るさ調整やモーターの回転速度調整に多く使われ、モーターで駆動される車輪の速度も簡単に制御できます。Arduinoロボットを扱う際にPWMの利点がよりよく実感できます。

### **2.部品**

| Development Board *1      | 8833 Motor Driver *1      | Red LED Module*1          |
| ------------------------- | ------------------------- | ------------------------- |
| ![img](media/A42.jpg) | ![img](media/A43.jpg) | ![img](media/A44.jpg) |
| 3P F-F Dupont Wire*1      | USB Cable*1               |                           |
| ![img](media/A45.jpg) | ![img](media/A46.jpg) |                           |

### **3.配線図**

配線は変更せずそのままにしてください。

![](media/A47.png)

### **4.テストコード**

ブロックをドラッグして編集できます。以下のブロックは参考用です。

(1).![](media/A55.png)

(2).![](media/A56.png)

(3).![](media/A57.png)

(4).![](media/A58.png)

(5).![](media/A59.png)

(6).![](media/A60.png)

**完成テストコード**

![](media/A61.png)

### **5.テスト結果**

コードをV4.0ボードに正常にアップロードし、配線図に従って配線を接続し、USBケーブルでコンピュータと接続してボードに電源を供給します。電源を入れると、LEDが明るくなったり暗くなったりを徐々に繰り返し、人の呼吸のような動きをします。すぐに点灯・消灯するわけではありません。

### **6.応用練習**

LEDのピンはそのままにして、コード（waitの後の値）を変更してください。

![](media/A62.png)

開発ボードにコードをアップロードすると、LEDがよりゆっくり点滅します。