Zprávy

Pulzně šířková modulace (PWM) je honosný termín pro typ digitálního signálu. PWM se používají v různých aplikacích, včetně složitých řídicích obvodů. Ve SparkFunu je běžně používáme ke stmívání RGB LED nebo k řízení směru serva. V obou těchto aplikacích můžeme dosáhnout řady výsledků, protože PWM nám umožňuje analogově měnit dobu, po kterou je signál vysoký. Zatímco signál může být v daném okamžiku pouze vysoký (obvykle 5 V) nebo nízký (uzemnění), můžeme měnit poměr doby, po kterou je signál vysoký ve srovnání s nízkým, v průběhu konzistentního časového intervalu.

Pracovní cyklus

Když je signál vysoký, říkáme mu „včasné zapnutí“. Pro popis doby „zapnutí“ používáme koncept pracovního cyklu. Pracovní cyklus se měří v procentech. Procento pracovního cyklu konkrétně popisuje procento času, po který je digitální signál zapnutý v rámci intervalu nebo periody. Perioda je inverzní hodnotou frekvence tvaru vlny. Pokud je digitální signál zapnutý polovinu času a vypnutý druhou polovinu času, říkáme, že digitální signál má pracovní cyklus 50 %, podobně jako ideální obdélníkový signál. Pokud je procento vyšší než 50 %, digitální signál tráví více času ve vysokém stavu než v nízkém stavu a naopak, pokud je pracovní cyklus menší než 50 %. Následující diagram znázorňuje tyto tři případy:

100% pracovní cyklus je stejný jako nastavení napětí na 5 voltů (vysoké). 0% pracovní cyklus je stejný jako připojení signálu k zemi.

příklad

Jas LED diody můžete ovládat nastavením pracovního cyklu.

U RGB (červené, zelené a modré) LED diod můžete ovládat množství každé ze tří smíchaných barev jejich stmíváním o různé hodnoty.

Pokud jsou všechny tři zapnuty ve stejném množství, výsledkem budou různé odstíny bílého světla. Stejné smíchání modré a zelené vytvoří modrozelenou barvu. Pro trochu složitější příklad zkuste plně rozsvítit červenou, plně rozsvítit zelenou při 50% pracovním cyklu a plně vypnout modrou, abyste vytvořili oranžovou barvu.

Při ovládání LED diod musí být frekvence obdélníkového signálu dostatečně vysoká, aby se dosáhlo správného stmívání. 20% pracovní cyklus při 1 Hz bude vašemu oku jasně ukazovat, jak se dioda zapíná a vypíná, zatímco 100% pracovní cyklus při 20 Hz nebo vyšší se bude jevit slabší než při plném rozsvícení. V podstatě, pokud je vaším cílem dosáhnout stmívacího efektu s LED diodami, perioda nesmí být příliš velká. Můžete také použít pulzně šířkovou modulaci k řízení úhlu servomotoru připojeného k mechanickému zařízení, jako je robotické rameno. Servomotor má hřídel, která se otáčí do určité polohy na základě svého řídicího vedení. Naše servomotory mají rozsah přibližně 180 stupňů.

Frekvence/perioda je specifická pro řízení konkrétního serva. Typický servomotor očekává aktualizaci každých 20 ms, s pulzem mezi 1 ms a 2 ms – jinými slovy, pracovní cyklus mezi 5 % a 10 % na křivce 50 Hz. Při pulzu 1,5 ms bude servomotor ve své přirozené poloze 90 stupňů. Při pulzu 1 ms bude servo v poloze 0 stupňů a při pulzu 2 ms bude servo v poloze 180 stupňů. Plného rozsahu pohybu dosáhnete aktualizací serva na hodnoty mezi nimi.

Pulzně šířková modulace se používá v různých aplikacích, zejména v řízení. Nyní, když víte, že ji lze použít ke stmívání LED diod a ovládání úhlu servomotorů, můžete začít zkoumat další možné využití. Pokud se cítíte ztraceni, neváhejte se podívat na sadu SparkFun Inventor's Kit, která obsahuje příklady použití pulzně šířkové modulace. Pokud jste připraveni začít programovat hned teď a máte Arduino, podívejte se na příklady PWM kódování zde.