ESP32でLEDフェード機能を試してみた：LEDCの仕組みと時間ずれの理由

ESP32でエルチカ（LED点滅）ができるようになったので、次のステップとしてLEDのフェード機能を試してみました。 じわじわ明るくなったり暗くなったりする、あの演出です。

Arduino IDE の [ファイル] → [スケッチ例] → [ESP32] → [Analog Out] → [LEDC Fade] を開くと、フェード機能を使ったサンプルが確認できます。

この記事では、

• LEDCとは何か
• フェードの仕組み
• 実際のプログラム構造
• フェード時間が理論値とズレる理由

をまとめて紹介します。

1. LEDCとは？ESP32のPWMフェード機能

ESP32にはLEDC（LED Control）というPWM制御用のハードウェアモジュールがあります。 フェード機能もこのLEDCに含まれています。

LEDCのフェードは、

• デューティ比（ON/OFF比）を少しずつ変化させる
• カウンターが目標値に達したら割り込みが発生
• 割り込みでフェード終了を検知

という仕組みで動作します。

私たちが設定するのは、

• カウンターの分解能（例：12bit）
• PWM周波数（例：5kHz）
• フェード時間（ミリ秒）

の3つだけ。 あとはLEDCが自動でフェード処理をしてくれます。

2. PWM波形を観察してみる

実際の波形を見ると、1周期の中でON時間（デューティ比）が徐々に変化しているのが分かります。

• 周波数：5kHz
• 1周期：200µs
• デューティ比が少しずつ変化 → 明るさが滑らかに変わる

LEDCは高速・低速の2グループを持ち、それぞれに

• 4つのタイマー
• 8つのチャンネル

が割り当てられています。 Arduinoのサンプルでは高速グループが使われます。

3. プログラムの流れ（タイマー設定 → チャンネル設定）

サンプルコードの流れを簡単に整理すると次の通りです。

① タイマー設定

• 分解能（例：12bit）
• 周波数（例：5kHz）
• 使用するタイマー番号
• 高速/低速モード

これらを構造体にまとめて ledc_timer_config() に渡します。

② チャンネル設定

• 使用するチャンネル番号
• 割り当てるGPIOピン
• 初期デューティ比
• 使用するタイマー番号

これを ledc_channel_config() に渡して設定します。

③ フェード開始

ledcFadeWithInterrupt() を呼ぶとフェードがスタートし、 目標デューティ比に達すると割り込みが発生してフラグが立ちます。

4. フェード時間が理論値とズレる問題

ここからが本題です。

例えば、

• フェード時間：3000ms
• 明→暗→明 の往復：6000ms

になるはずですが、実際に測ると約5秒しかかかりません。

他の値でも同様で、

フェードタイム設定	理論値（往復）	実測値
1000ms	2000ms	約1600ms
1500ms	3000ms	約1600ms（なぜか同じ）
2000ms	4000ms	約3200ms

どれも 約0.8秒短い という結果になりました。

5. なぜズレるのか？原因は「ステップ間隔の自動計算」

フェード時間は次の式で決まります。

$$\text{フェード時間}=\frac{\text{カウンター最大値}}{\text{周波数}}\times \text{ステップ間隔}$$

ここで問題なのが、

• ステップ間隔は整数値しか使えない
• ESP32側が自動で近似値を割り当てる

という点です。

例えば12bit分解能ならカウンター最大値は4096。 周波数5kHzなら1カウントあたり約0.2ms。

フェードタイム1000msを設定しても、 内部計算で最適なステップ間隔が1に丸められ、 結果として 1.6秒 になってしまう、というわけです。

6. 対策：フェード時間は「ズレる前提」で調整する

結論として、

• LEDCのフェード時間は設定値どおりにはならない
• 内部のステップ間隔が整数に丸められるため誤差が出る
• 正確なフェード時間が必要なら自分で補正する必要がある

という仕様になっています。

まとめ

• ESP32のLEDCはPWMフェードを簡単に実装できる便利な機能
• しかしフェード時間は内部計算の都合で設定値とズレる
• 正確な時間が必要な場合は補正や自前制御が必要

ESP32のLEDCは強力ですが、内部仕様を理解しておかないと「なんで？」とハマるポイントもあります。 今回の検証が、同じように悩んでいる方の参考になれば幸いです。