【ラズパイ電子工作】2ヶのLEDを交互に点滅させる方法(while文で無限ループ)

ラズベリーパイは基板上に「GPIO」と呼ばれる、ラズベリーパイ上で作成したプログラムから信号の入力・信号の出力といった制御をすることができるピンが存在します。

信号の入力とは「スイッチのON/OFF」「温度計で室温の計測」といった、ラズベリーパイの外の情報を入力(インプット)してプログラム上で使用することです。

対して、信号の出力とは「LEDを点灯させる」「モータを回す」といった、ラズベリーパイで制御した結果を外に出力(アウトプット)することです。

この記事では、ラズベリーパイのプログラム(Python)からGPIOピンを用いて2ヶのLEDを交互に0.5秒の間隔でチカチカ点滅させる方法について解説します。

注意

この記事中に記載されている内容はソースコード含めて電気設計人が自己流で行ったものです。一般的な方法とは相違がある可能性がありますので予めご了承ください。

1. 完成イメージ（2ヶのLEDを交互に点滅する）

この記事で完成するものは以下のようになります。

ラズベリーパイのGPIOピンをブレッドボードに接続して、プログラム(Python)から赤と青のLEDを交互に0.5秒の間隔で点滅させます。

メモ

プログラム実行中、2ヶのLEDは無限に点滅を繰り返します。

2. 使用する部品

今回使用する部品は以下の通りです。

ラズベリーパイ本体（モデル3B+）

『Raspberry Pi 3 Model B+』を使用します。※2019年12月時点で最新はRaspberry Pi 4になります。

ブレッドボード

LEDや抵抗といった各種部品や(後述する)ジャンパ線などを穴に差し込み、部品間を電気的に接続する板(ボード)です。

電子工作をする上で必須の部品です。

ジャンパ線

ブレッドボートに差し込み、電子部品の間を電気的に接続します。

↑の写真では両側が「ピン」になっており、ブレッドボートの穴に差し込んで使用します。

LED（発光ダイオード）

日常生活でも馴染みがある方も多いLEDは「Light emitting diode」の略で、発光ダイオードと呼ばれています。

電子工作で頻繁に使用するLEDは極性があり、プラスとマイナスを逆に接続しても光りません。プラス側をアノード(Anode)、マイナス側をカソード(Cathode)とも呼びます。

メモ

LEDの足が長い方がプラス側(アノード)、マイナス側(カソード)です。逆に接続しないように注意してください。

カーボン抵抗器

LEDなど電子部品は適した電圧と電流が決められており、それ以上の電流を流してしまうと壊れてしまう場合があります。

抵抗は電流の流れを抑えることで、部品に流れる電流を抑える役割を担います。

今回は220Ω(オーム)の抵抗器を使用します。

オススメの電子工作セット

電子工作をするため、これまで解説した部品の他にもスイッチやセンサなど、色々な部品が必要になってきます。個々で購入するには手間がかかるため、最初はセット品を購入することをおススメします。

電気設計人

私は以下のセット品を購入しました！

リンク

また、これからラズベリーパイを購入する場合、ラズベリーパイ本体を含めたセット品を購入することをおススメします。

リンク

ラズベリーパイ本体を収めるケースや、OSをインストールするためmicroSDカードなど必要なものを個々に購入する手間を省くことができます。

3. 回路図・配線の様子

ラズベリーパイのプログラム(Python)からGPIOピンを用いて2ヶのLEDを交互に点滅させる回路を解説します。

回路図

回路図は以下のようになります。

ラズベリーパイのGPIO 18番ポートを赤いLEDのプラス側(アノード)と接続します。(オレンジ色のジャンパ線)

ラズベリーパイのGPIO 23番ポートを青いLEDのプラス側(アノード)と接続します。(青色のジャンパ線)

LEDのマイナス側(カソード)と抵抗(220Ω)を接続して、抵抗とGNDを接続します。(黒色のジャンパ線)

メモ

抵抗器に極性はありませんので、プラスとマイナスは気にしなくてOKです。

配線の様子

配線の様子です。こんな感じになりました。

↑では、フラットケーブルでGPIOの全ピンをブレッドボードに接続しています。回路図と実際の配線は異なる部分がありますがご了承ください。

※電気的には「回路図」と同じ意味です。

4. プログラム(Python)

LEDを0.5秒の間隔で点滅させるプログラム(Python)は以下のようになります。

ソースコード

#必要なモジュールをインポート
import RPi.GPIO as GPIO             #GPIO用のモジュールをインポート
import time                         #時間制御用のモジュールをインポート
import sys                          #sysモジュールをインポート

#ポート番号の定義
Led_red_pin = 18                    #変数"Led_red_pin"に18を格納
Led_blue_pin = 23                   #変数"Led_blue_pin"に23を格納

#GPIOの設定
GPIO.setmode(GPIO.BCM)              #GPIOのモードを"GPIO.BCM"に設定
GPIO.setup(Led_red_pin, GPIO.OUT)   #GPIO18を出力モードに設定
GPIO.setup(Led_blue_pin, GPIO.OUT)  #GPIO23を出力モードに設定

#while文で無限ループ
#GPIOの電圧を制御
while True:
    try:
        GPIO.output(Led_red_pin, GPIO.HIGH)    #GPIO18の出力をHigh(3.3V)にする
        GPIO.output(Led_blue_pin, GPIO.LOW)    #GPIO23の出力をLow(0V)にする
        time.sleep(0.5)                        #0.5秒間待つ
        GPIO.output(Led_red_pin, GPIO.LOW)     #GPIO18の出力をLow(0V)にする
        GPIO.output(Led_blue_pin, GPIO.HIGH)   #GPIO23の出力をHigh(3.3V)にする
        time.sleep(0.5)                        #0.5秒間待つ
    except KeyboardInterrupt:                  #Ctrl+Cキーが押された
        GPIO.cleanup()                         #GPIOをクリーンアップ
        sys.exit()                             #プログラムを終了

極端に言うと、GPIOの18番ポートと23番ポートの電圧をプログラム(Python)から「High(3.3V)にしてLEDを点灯」と「Low(0V)にして消灯」をwhile文で繰り返しているプログラムです。

プログラムの解説

#必要なモジュールをインポート
import RPi.GPIO as GPIO             #GPIO用のモジュールをインポート
import time                         #時間制御用のモジュールをインポート
import sys                          #sysモジュールをインポート

2行目～4行目で、LEDを0.5秒の間隔で点滅させるために必要な「モジュール」を宣言します。

#ポート番号の定義
Led_red_pin = 18                    #変数"Led_red_pin"に18を格納
Led_blue_pin = 23                   #変数"Led_blue_pin"に23を格納

変数”Led_red_pin”に18を、”Led_blue_pin”に23を格納します。後からGPIOのポート番号を変更する場合はここを変更します。

#GPIOの設定
GPIO.setmode(GPIO.BCM)              #GPIOのモードを"GPIO.BCM"に設定
GPIO.setup(Led_red_pin, GPIO.OUT)   #GPIO18を出力モードに設定
GPIO.setup(Led_blue_pin, GPIO.OUT)  #GPIO23を出力モードに設定

GPIOの設定を行います。

GPIO.setmode(GPIO.BCM)は、GPIO.setmode()を用いてGPIOをポート番号で扱う方法に設定します。

GPIO.setup(Led_red_pin, GPIO.OUT)は、GPIO.setup()を用いてGPIO 18番ポートを出力モードに設定します。

同様に、GPIO.setup(Led_blue_pin, GPIO.OUT)は、GPIO.setup()を用いてGPIO 23番ポートを出力モードに設定します。

#while文で無限ループ
#GPIOの電圧を制御
while True:
    try:
        GPIO.output(Led_red_pin, GPIO.HIGH)    #GPIO18の出力をHigh(3.3V)にする
        GPIO.output(Led_blue_pin, GPIO.LOW)    #GPIO23の出力をLow(0V)にする
        time.sleep(0.5)                        #0.5秒間待つ
        GPIO.output(Led_red_pin, GPIO.LOW)     #GPIO18の出力をLow(0V)にする
        GPIO.output(Led_blue_pin, GPIO.HIGH)   #GPIO23の出力をHigh(3.3V)にする
        time.sleep(0.5)                        #0.5秒間待つ
    except KeyboardInterrupt:                  #Ctrl+Cキーが押された
        GPIO.cleanup()                         #GPIOをクリーンアップ
        sys.exit()                             #プログラムを終了

「while文」は条件を指定して、その条件が真の時に繰り返し処理を行うものです。

Python

while 条件式:
    繰り返し処理を行うコード

↑の「条件式」にtrueを指定することにより、条件式は常に真となりwhile文は無限に繰り返します。

メモ

無限に繰り返すことを、無限ループと表現したりします。

ただし、このままではプログラム実行中に無限ループから抜け出す方法がありません。そこでwhile文の中にある「try文」と「except文」を使用します。

このtry-except文を用いることにより、while文の処理は以下のようになります。

Python

while True:
    try:
        繰り返し処理を行うコード
    except KeyboardInterrupt:               #Ctrl+Cキーが押された
        GPIO.cleanup()                      #GPIOをクリーンアップ
        sys.exit()                          #プログラムを終了

except KeyboardInterrupt:は、キーボードのCtrl + Cキーが押された時にwhile文の繰り返し処理から抜けて「GPIOのクリーンアップ」と「プログラムの終了」の処理を行います。

Ctrl + Cキーが押されていないとき、try:文の中の処理を繰り返し行います。(以下で解説)

GPIO.output(Led_red_pin, GPIO.HIGH)は、GPIO 18番ポートの電圧をHigh(3.3V)にします。ここで赤いLEDは3.3Vが印加され点灯します。(19行目)

GPIO.output(Led_blue_pin, GPIO.LOW)は、GPIO 23番ポートの電圧をLow(0V)にします。ここで青いLEDは消灯します。 (20行目)

time.sleep(0.5)は、何もせずに0.5秒間待ちます。この処理を行うために2行目でtimeモジュールをインポートしています。

GPIO.output(Led_red_pin, GPIO.LOW)は、GPIO 18番ポートの電圧をLow(0V)にします。ここで赤いLEDは消灯します。(22行目)

GPIO.output(Led_blue_pin, GPIO.HIGH)は、GPIO 23番ポートの電圧をHigh(3.3V)にします。ここで青いLEDは3.3Vが印加され点灯します。(23行目)

while文の中(19～23行目)でGPIO 18番、23番ポートを、High(3.3V)⇒0.5秒待つ⇒Low(0V)⇒0.5秒待つ処理を無限に繰り返します。