Raspberry PiのGPIOをPythonで制御する基本3ステップ｜setmode・setup・outputとプルアップ（PUD_UP）【XYテーブル実例】

Raspberry Pi × Python

はじめに：GPIO操作は「3つの型」で理解できる

こんにちは、ニンジンです🥕

「Raspberry Piで何か動かしたいけれど、GPIOの設定がいまいちピンとこない」——そんな方向けの記事です。

じつは、本格的なXYテーブル（自作CNC）を動かすコードでも、GPIOの基本操作はたった3つの命令に集約されます。この記事では、実際にステッピングモーターを制御している現場のコードを抜粋しながら、最短ルートでGPIOの考え方を押さえます。使うライブラリは RPi.GPIO です。

GPIO操作の「3つの型」

プログラムの中で、モーターを動かす心臓部になっているのは次の3つの命令です。

# 1. モードを決める
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 2. ピンの役割を決める（出口か入り口か）
GPIO.setup(X_STEP, GPIO.OUT)

# 3. 電気信号を送る（動かす！）
GPIO.output(X_STEP, GPIO.HIGH)

この3ステップが何をしているのかを、XYテーブルの動きと結びつけて解説します。

① setmode：ピン番号の数え方を決める（BCM / BOARD）

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

ラズパイには「ピンの番号」の数え方が2種類あります。

• BOARD：基板上の端子番号（1番、2番…）で指定
• BCM：チップ上の名前（GPIO20、GPIO21…）で指定

② setup：ピンを「出力（OUT）」か「入力（IN）」かに設定する

GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)

• OUT（出力）：ラズパイからモータードライバーへ「動け」と命令を送る側
• IN（入力）：リミットスイッチなどが「壁に当たった」という信号をラズパイへ伝える側

XYテーブル製作シリーズでは、次のように使い分けています。

# モーターを動かす信号は「OUT」
GPIO.setup(X_STEP, GPIO.OUT) 

# 原点検知用のリミットスイッチは「IN」
GPIO.setup(X_LIMIT, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

「命令を出すピン」と「状態を監視するピン」を明確に分けるのが制御の基本です。

プルアップ（pull_up_down=GPIO.PUD_UP）が必要な理由

リミットスイッチの setup に出てくる pull_up_down=GPIO.PUD_UP は、精密なマシンを動かすうえで「誤作動を防ぐ命綱」の役割を持っています。

1. 「浮いている」状態はラズパイが迷う原因になる
スイッチが押されていないとき、そのピンはどこにもつながっていない「空中に浮いた」状態（フローティング）になります。この状態だと、周りの静電気やノイズの影響でラズパイ内部の判定が HIGH と LOW の間でフラフラして不安定になります。

2. PUD_UP で「ふだんはHIGH」に固定する
この設定をすると、ラズパイ内部でそのピンをこっそり3.3V（HIGH）につないでくれます。

• スイッチを押していないとき：内部で電気につながっているので安定して HIGH
• スイッチを押したとき：電気がグランド（0V）に流れて一気に LOW

3. なぜXYテーブルで重要なのか
この設定を忘れると、モーターが動いている最中のノイズを「リミットスイッチが押された」と勘違いして、何も当たっていないのに急停止（誤作動）する原因になります。

③ output：HIGH / LOW ＝ 物理的な電圧の切り替え

GPIO.output(pin, GPIO.HIGH)

• HIGH：電圧がかかっている状態（3.3V）
• LOW：電圧がかかっていない状態（0V）

「モーターが回る」の正体は、このHIGHとLOWを高速で繰り返しているだけです。

# 1ステップ動かす仕組み（コードより抜粋）
GPIO.output(STEP, GPIO.HIGH) # 電気を通す
time.sleep(t)                # 少し待つ
GPIO.output(STEP, GPIO.LOW)  # 電気を切る
time.sleep(t)                # 少し待つ

この「カチ・カチ」という電気のスイッチングが、XYテーブルの精密な1mmの移動を生み出しています。

まとめ：GPIOは「どのピンに・いつ・電気を流すか」だけ

難しく考えがちなGPIOですが、要するに「どのピンに」「いつ」「電気を流すか」を決めているだけです。XYテーブル制御のような複雑なコードも、分解すればこの基本の積み重ねでできています。

まずは1つのLEDを光らせるところから始めて、その延長線上にある精密な機械制御の世界を楽しんでみてください。

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