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Modulação por largura de pulso (PWM) é um termo técnico para um tipo de sinal digital. Os sinais PWM são usados ​​em diversas aplicações, incluindo circuitos de controle complexos. Uma maneira comum de usá-los na SparkFun é para controlar o brilho de um LED RGB ou a direção de um servo. Podemos obter uma variedade de resultados em ambas as aplicações porque o PWM nos permite variar a quantidade de tempo em que um sinal permanece em nível alto de forma analógica. Enquanto um sinal só pode estar em nível alto (geralmente 5V) ou baixo (terra) em um dado momento, podemos variar a proporção de tempo em que o sinal está em nível alto em comparação com o tempo em nível baixo ao longo de um intervalo de tempo consistente.

Ciclo de trabalho

Quando um sinal está em nível alto, dizemos que ele está "ligado". Para descrever a quantidade de "tempo ligado", usamos o conceito de ciclo de trabalho. O ciclo de trabalho é medido em porcentagem. A porcentagem do ciclo de trabalho descreve especificamente a porcentagem de tempo em que um sinal digital está ligado dentro de um intervalo ou período. O período é o inverso da frequência da forma de onda. Se um sinal digital está ligado metade do tempo e desligado na outra metade, dizemos que o sinal digital tem um ciclo de trabalho de 50%, semelhante a uma onda quadrada ideal. Se a porcentagem for maior que 50%, o sinal digital passa mais tempo no estado alto do que no estado baixo, e vice-versa se o ciclo de trabalho for menor que 50%. O diagrama a seguir ilustra esses três casos:

Um ciclo de trabalho de 100% equivale a definir a tensão em 5 volts (nível alto). Um ciclo de trabalho de 0% equivale a conectar o sinal ao terra.

exemplo

Você pode controlar o brilho do LED ajustando o ciclo de trabalho.

Com LEDs RGB (vermelho, verde e azul), você pode controlar a intensidade de cada uma das três cores misturadas, ajustando seu brilho em diferentes níveis.

Se as três cores forem ligadas em quantidades iguais, o resultado será uma variação de tons de luz branca. A mesma mistura de azul e verde criará uma cor verde-azulada. Para um exemplo um pouco mais complexo, tente ligar o vermelho totalmente, o verde totalmente com ciclo de trabalho de 50% e o azul totalmente desligado para criar uma cor laranja.

Ao controlar LEDs, a frequência da onda quadrada precisa ser alta o suficiente para obter um efeito de dimerização adequado. Uma onda com ciclo de trabalho de 20% a 1 Hz mostrará claramente o acendimento e o desligamento do LED, enquanto um ciclo de trabalho de 100% a 20 Hz ou mais parecerá mais fraco do que quando totalmente aceso. Essencialmente, se o seu objetivo é obter um efeito de dimerização com LEDs, o período não pode ser muito grande. Você também pode usar modulação por largura de pulso (PWM) para controlar o ângulo de um servomotor conectado a um dispositivo mecânico, como um braço robótico. Um servomotor possui um eixo que gira para uma posição específica com base em sua linha de controle. Nossos servomotores têm um alcance de aproximadamente 180 graus.

A frequência/período é específica para o controle de um servo motor em particular. Um servo motor típico espera uma atualização a cada 20 ms, com um pulso entre 1 ms e 2 ms — em outras palavras, um ciclo de trabalho entre 5% e 10% em uma forma de onda de 50 Hz. Com um pulso de 1,5 ms, o servo motor estará em sua posição natural de 90 graus. Com um pulso de 1 ms, o servo estará a 0 graus e, com um pulso de 2 ms, o servo estará a 180 graus. Você pode obter toda a amplitude de movimento atualizando o servo para valores intermediários.

A modulação por largura de pulso (PWM) é usada em diversas aplicações, principalmente em controle. Agora que você sabe que ela pode ser usada para controlar a intensidade de LEDs e o ângulo de servomotores, pode começar a explorar outras possibilidades de uso. Se estiver se sentindo perdido, confira o Kit de Inventores da SparkFun, que inclui exemplos de uso de PWM. Se você já está pronto para começar a programar e tem um Arduino, veja os exemplos de programação PWM aqui.