Широтно-імпульсна модуляція
Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ — англ. pulse-width modulation, PWM), або модуляція за тривалістю імпульсів — процес керування шириною (тривалістю) високочастотних імпульсів за законом, який задає низькочастотний сигнал. В електроніці це може бути керування середнім значенням вихідної напруги шляхом зміни тривалості замкнутого стану електронного (електромеханічного) ключа, наприклад, у схемі ключового стабілізатора напруги.
Аналогова ШІМ
ШІМ-сигнал генерується аналоговим компаратором, на один вхід якого подається опорний сигнал значно більшої частоти, ніж модулюючий у вигляді «трикутника» або «пили», а на іншій — модулюючий безперервний аналоговий сигнал. Частота вихідних імпульсів ШІМ відповідає частоті «зубів» пилки. В ту частину періоду, коли сигнал на позитивному вході вище сигналу на негативному вході, на виході виходить одиниця, в іншу, коли сигнал на позитивному вході нижче сигналу на негативному вході — нуль.
Цифрова ШІМ
У двійковій цифровій техніці, виходи в якій можуть приймати тільки одне з двох значень, наближення бажаного середнього рівня вихідного сигналу за допомогою ШІМ є абсолютно природним. Схема настільки ж проста: пилкоподібний сигнал генерується N-бітовим лічильником.
Фільтрація вихідного сигналу
В тих випадках, де це потрібно, наближення форми вихідного сигналу ШІМ до відповідного йому вхідного сигналу забезпечується інтегруючими елементами, роль яких може відігравати інерційність стану керованого ШІМ елемента (наприклад, пічі розжарювання) або для цього використовується інтегруюча ланка — фільтр низьких частот.
Перемикання відбувається з великою швидкістю, відповідно до типу навантаження, з таким розрахунком, щоб період модульованого сигналу був істотно меншим, ніж інерційність системи, до якої подається сигнал. Частота перемикання може становити декілька разів на хвилину для повільних процесів (наприклад електропечі); 100 Гц для електролампи; від декількох до десятків кГц для електродвигуна або від десятків до сотень кГц для аудіопідсилювача і комп'ютерного блоку живлення.
Для оцінки форми ШІМ сигналу застосовується параметр коефіцієнту заповнення (англ. duty cycle), під яким розуміється відношення тривалості ввімкненого стану (англ. 'on' time) до прийнятого періоду імпульсів; малий коефіцієнт заповнення відповідає режиму енергозберігання, позаяк джерело енергії відключено більшість часу. Коефіцієнт заповнення виражають в відсотках, 100% відповідає ввімкненому стану на весь період.
Головною відзнакою ШІМ є мала втрата енергії на електронному перемикачеві. Він здебільшого перебуває або у вимкненому стані, коли його опір максимальний,напруга максимальна або в режимі насичення — з мінімальним опором, тобто струм максимальний, а падіння напруги на ньому близьке до нуля. ШІМ також органічно вкладається в цифрові технології, велика кількість ШІМ-контролерів виробляється у вигляді мікросхем. Класичним прикладом є мікросхеми UC3842…UC3844.
Цифрова широтно-імпульсна модуляція є різновидом дворівневої ІКМ.
Як ШІМ використовується в роботі з Arduino?
Широтно-імпульсний модульований сигнал змінної шпаруватості, але постійної частоти. Так як фізичні процеси в природі часто мають інерцію, то стрімкі перепади напруги від 0 до 1, згладжуючи, братимуть деякий середнє значення. При установці скважности можна змінювати і середнє значення на виході ШІМ.
При скважности 100% на цифровому виході Arduino напруга дорівнюватиме логічної 1 або 5 вольт. Якщо ставити шпаруватість, що дорівнює 50% – на виході отримаємо половину часу логічний 0, а половину – логічну 1. При цьому середнє значення напруги одно 2,5 вольт.
При програмуванні Arduino, скважність задається не в процентному показнику, а числами в діапазоні 0-255 якщо використовується 8-біттний мікроконтролер (наприклад Arduino Nano, Arduino Uno). Мікросхема має 6 пінів з функцією широтно-імпульсної модуляції, 4 з яких працюють на частоті 500 Гц, а 2 на частоті 1000 Гц. Період проходження імпульсів становить приблизно 2 мілісекунди. Таким чином виходить, що можна зімітувати аналоговий сигнал на цифровому виході. Один із прикладів широтно-імпульсної модуляції в Arduino – це управління яскравістю світлодіода.
Комментариев нет:
Отправить комментарий