2.2 Широтно-импульсная модуляция
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ или PWM) – это способ управления мощностью, подаваемой к нагрузке, путём изменения длительности импульса при неизменной амплитуде и частоте.
Использование широтно-импульсной модуляции значительно повышает коэффициент полезного действия электрических систем и упрощает их реализацию. ШИМ широко применяется для регулирования яркости свечения LCD дисплеев, скорости вращения двигателей и т.д. Её используют в качестве своеобразного цифро-аналогового преобразователя на выходах микроконтроллера (достаточно добавить фильтрующую RC цепочку).
Рассмотрим основные параметры ШИМ сигнала на рисунке 9.
Рисунок 9 – ШИМ сигнал и его основные параметры
На рисунке 9 обозначены следующие параметры: амплитуда импульсов A, время включённого состояния Т1, выключенного состояния T2, время периода PWM T3. Мощность на некоторой нагрузке пропорциональна отношению времени T1 и Т3. При этом отношение Т1 к Т3 называют коэффициентом заполнения ШИМ, а обратную величину - скважностью.
На выходе Arduino может быть или напряжение питания 5 В, или земля 0 В. При этом, чтобы управлять уровнем напряжения (яркость светодиода, скорость вращения двигателя и т.д.) используется широтно-импульсная модуляция.
На рисунке 10 представлены желаемое напряжение и соответствующий ей ШИМ сигнал.
Рисунок 10 – Желаемое напряжение и ШИМ-сигнал
На практике выход микроконтроллера переключается с 0 до 5 В очень быстро (1 – 8 кГц), при этом глаз человека видит мерцания выше 50 Гц, поэтому кажется, что светимость индикаторов меняется плавно.
На рисунке 11 представлено несколько примеров с различной скважностью сигнала для напряжения 5 В.
Рисунок 11 – Примеры различной скважности ШИМ
Рассмотренные в первой главе платы Arduino, в зависимости от модели имеют различное количество выводов, поддерживающих широтно-импульсную модуляцию. На плате они обозначены знаком «
», а подробная нумерация приведена в таблицах 2 и 4 соответственно.
Системные функции при работе с ШИМ и особенности функционирования на практике разберем при выполнении самостоятельных работ. |
Скачать 436.56 Kb.