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La modulación por ancho de pulsos (PWM) es un término técnico para un tipo de señal digital. Las PWM se utilizan en diversas aplicaciones, incluyendo circuitos de control complejos. En SparkFun, las usamos comúnmente para atenuar un LED RGB o controlar la dirección de un servomotor. Podemos lograr una variedad de resultados en ambas aplicaciones porque la PWM nos permite variar el tiempo que una señal permanece en nivel alto de forma analógica. Si bien una señal solo puede estar en nivel alto (generalmente 5 V) o en nivel bajo (tierra) en un momento dado, podemos variar la proporción de tiempo que la señal está en nivel alto en comparación con el nivel bajo durante un intervalo de tiempo constante.

ciclo de trabajo

Cuando una señal está en nivel alto, decimos que está "activa". Para describir la cantidad de tiempo que está activa, utilizamos el concepto de ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo se mide en porcentajes. El porcentaje del ciclo de trabajo describe específicamente el porcentaje de tiempo que una señal digital está activa dentro de un intervalo o período. El período es el inverso de la frecuencia de la señal. Si una señal digital está activa la mitad del tiempo y desactivada la otra mitad, decimos que la señal digital tiene un ciclo de trabajo del 50%, similar a una onda cuadrada ideal. Si el porcentaje es mayor que el 50%, la señal digital pasa más tiempo en el estado alto que en el estado bajo, y viceversa si el ciclo de trabajo es menor que el 50%. El siguiente diagrama ilustra estos tres casos:

Un ciclo de trabajo del 100% equivale a ajustar la tensión a 5 voltios (nivel alto). Un ciclo de trabajo del 0% equivale a conectar la señal a tierra.

ejemplo

Puedes controlar el brillo del LED ajustando el ciclo de trabajo.

Con los LED RGB (rojo, verde y azul), puedes controlar la cantidad de cada uno de los tres colores mezclados atenuándolos en diferentes cantidades.

Si se encienden los tres colores por igual, se obtendrán diferentes tonalidades de luz blanca. La misma mezcla de azul y verde creará un color verde azulado. Para un ejemplo un poco más complejo, intente encender el rojo al máximo, el verde al 50 % de su ciclo de trabajo y apagar el azul por completo para crear un color naranja.

Al controlar los LED, la frecuencia de la onda cuadrada debe ser lo suficientemente alta para lograr un efecto de atenuación adecuado. Una onda con un ciclo de trabajo del 20 % a 1 Hz mostrará claramente el encendido y apagado, mientras que un ciclo de trabajo del 100 % a 20 Hz o superior dará la impresión de ser más tenue que cuando están completamente encendidos. En resumen, si el objetivo es lograr un efecto de atenuación con LED, el periodo no puede ser demasiado largo. También se puede usar la modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar el ángulo de un servomotor conectado a un dispositivo mecánico, como un brazo robótico. Un servomotor tiene un eje que gira a una posición específica según su línea de control. Nuestros servomotores tienen un rango de aproximadamente 180 grados.

La frecuencia/periodo es específica para controlar un servomotor en particular. Un servomotor típico requiere una actualización cada 20 ms, con un pulso de entre 1 ms y 2 ms; es decir, un ciclo de trabajo de entre el 5 % y el 10 % en una señal de 50 Hz. Con un pulso de 1,5 ms, el servomotor estará en su posición natural de 90 grados. Con un pulso de 1 ms, el servomotor estará a 0 grados, y con un pulso de 2 ms, estará a 180 grados. Se puede obtener el rango completo de movimiento actualizando el servomotor con valores intermedios.

La modulación por ancho de pulsos (PWM) se utiliza en diversas aplicaciones, especialmente en control. Ahora que sabes que se puede usar para atenuar LEDs y controlar el ángulo de servomotores, puedes empezar a explorar otros usos posibles. Si te sientes perdido, puedes consultar el Kit de Inventor de SparkFun, que incluye ejemplos de modulación por ancho de pulsos. Si estás listo para empezar a programar de inmediato y tienes un Arduino, consulta los ejemplos de programación PWM aquí.