Новости

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это модный термин для обозначения типа цифрового сигнала. ШИМ используется в самых разных приложениях, включая сложные схемы управления. В SparkFun мы обычно используем их для регулировки яркости RGB-светодиода или управления направлением вращения сервопривода. В обоих этих приложениях мы можем добиться различных результатов, поскольку ШИМ позволяет нам аналоговым способом изменять продолжительность высокого уровня сигнала. Хотя в любой момент времени сигнал может быть только высоким (обычно 5 В) или низким (земля), мы можем изменять соотношение времени, в течение которого сигнал находится в высоком состоянии по сравнению с низким, в течение заданного временного интервала.

Рабочий цикл

Когда сигнал находится в состоянии высокого уровня, мы называем его «включенным». Для описания величины «включенного» состояния мы используем понятие рабочего цикла. Рабочий цикл измеряется в процентах. Процент рабочего цикла, в частности, описывает процент времени, в течение которого цифровой сигнал находится в состоянии высокого уровня в пределах интервала или периода. Период — это величина, обратная частоте сигнала. Если цифровой сигнал присутствует половину времени и отсутствует половину времени, мы говорим, что цифровой сигнал имеет рабочий цикл 50%, аналогично идеальному прямоугольному сигналу. Если процентное значение превышает 50%, цифровой сигнал проводит больше времени в состоянии высокого уровня, чем в состоянии низкого уровня, и наоборот, если рабочий цикл меньше 50%. Следующая диаграмма иллюстрирует эти три случая:

Коэффициент заполнения 100% соответствует установке напряжения 5 вольт (высокий уровень). Коэффициент заполнения 0% соответствует подключению сигнала к земле.

пример

Яркость светодиода можно контролировать, регулируя рабочий цикл.

С помощью светодиодов RGB (красный, зеленый и синий) вы можете контролировать интенсивность каждого из трех смешанных цветов, уменьшая их яркость на разную величину.

Если все три источника включены в равной степени, то получится белый свет различных оттенков. Аналогичное смешение синего и зелёного даст сине-зелёный цвет. Для более сложного примера попробуйте включить красный полностью, зелёный полностью с коэффициентом заполнения 50% и полностью выключить синий, чтобы получить оранжевый цвет.

При управлении светодиодами частота прямоугольного импульса должна быть достаточно высокой для достижения надлежащего эффекта диммирования. 20%-ный рабочий цикл на частоте 1 Гц чётко покажет включение и выключение, в то время как 100%-ный рабочий цикл на частоте 20 Гц или выше будет выглядеть тусклее, чем при полном включении. По сути, если ваша цель — добиться эффекта диммирования с помощью светодиодов, период не должен быть слишком большим. Вы также можете использовать широтно-импульсную модуляцию для управления углом поворота серводвигателя, соединённого с механическим устройством, например, с роботизированной рукой. Сервопривод имеет вал, который поворачивается в определённое положение в зависимости от управляющей линии. Диапазон наших серводвигателей составляет приблизительно 180 градусов.

Частота/период зависят от управления конкретным сервоприводом. Типичный серводвигатель ожидает обновления каждые 20 мс с импульсом от 1 до 2 мс, то есть с коэффициентом заполнения от 5% до 10% при частоте сигнала 50 Гц. При импульсе длительностью 1,5 мс серводвигатель будет находиться в естественном положении 90 градусов. При импульсе длительностью 1 мс сервопривод будет находиться в положении 0 градусов, а при импульсе длительностью 2 мс — в положении 180 градусов. Полный диапазон движения можно получить, обновляя сервопривод до значений в промежуточных пределах.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется в различных приложениях, особенно в системах управления. Теперь, когда вы знаете, что её можно использовать для регулировки яркости светодиодов и управления углом наклона серводвигателей, вы можете начать изучать другие возможные применения. Если вы растерялись, ознакомьтесь с набором SparkFun Inventor's Kit, который включает примеры использования ШИМ. Если вы готовы начать программировать прямо сейчас и у вас есть Arduino, ознакомьтесь с примерами ШИМ-кода здесь.