Arduino portas PWM (Embarcados)

Arduino – Saídas PWM

por Fábio Souza em sexta-feira, 10 de janeiro de 2014.

Continuando a sequência de artigos básicos sobre a plataforma Arduino, vamos aprender como utilizar sinais PWM na placa Arduino UNO.

O que é PWM?

PWM, do inglês Pulse Width Modulation, é uma técnica utilizada por sistemas digitais para variação do valor médio de uma forma de onda periódica. A técnica consiste em manter a frequência de uma onda quadrada fixa e variar o tempo que o sinal fica em nível lógico alto. Esse tempo é chamado de duty cycle, ou seja, o ciclo ativo da forma de onda. No gráfico abaixo são exibidas algumas modulações PWM:

Fonte: http://arduino.cc/en/Tutorial/PWM

Analisando as formas de onda nota-se que a frequência da forma de onda tem o mesmo valor e varia-se oduty cycle da forma de onda. Quando o duty cicle está em 0% o valor médio da saída encontra-se em 0 V e consequentemente para um duty cycle de 100% a saída assume seu valor máximo, que no caso é 5V. Para um duty cycle de 50% a saída assumirá 50% do valor da tensão, 2,5 V e assim sucessivamente para cada variação no duty cycle. Portanto, para calcular o valor médio da tensão de saída de um sinal PWM pode-se utilizar a seguinte equação:

Vout = (duty cycle/100)* Vcc

Onde:

• Vout – tensão de saída em V;
• duty cycle – valor do ciclo ativo do PWM em %;
• Vcc – tensão de alimentação em V.

PWM pode ser usada para diversas aplicações, como por exemplo:

• controle de velocidade de motores;
• variação da luminosidade de leds;
• geração de sinais analógicos;
• geração de sinais de áudio.

A placa Arduino Uno possui pinos específicos para saídas PWM e são indicados pelo caracter ‘~’ na frente de seu número, conforme exibido a seguir:

Observa-se na figura acima, que a Arduino Uno possui 6 pinos para saída PWM (3,5,6,9,10,11). Para auxiliar na manipulação desses pinos a plataforma possui uma função que auxilia na escrita de valores de duty cyclepara esses pinos.

Função analogWrite()

A função analogWrite() escreve um valor de PWM em um pino digital que possui a função PWM. Após a chamada dessa função, o pino passa a operar com uma onda quadrada de frequência fixa e com duty cycleconforme valor passado pela função. A frequência dessa onda, na maioria dos pinos é em tordo de 490 Hz, porém, os pinos 5 e 6 da Arduino UNO operam em 980 Hz.

Para utilizar a função analogWrite() , deve-se configurar o pino correspondente como saída digital. É interessante notar que essas saídas não são conversores digital-analógico como o nome sugere, e estes pinos não estão relacionados às entradas analógicas.

A função analogWrite deve ser utilizada da seguinte forma:

Sintaxe:

analogWrite(pino, valor);

Onde:

• pino corresponde ao pino que será gerado o sinal PWM;
• valor corresponde ao duty cycle, ou seja, o valor que permanecerá em nível alto o sinal.

O valor deve ser de 0 a 255 onde com  0 a saída permanece sempre em nível baixo e 255 a saída permanece sempre em nível alto.

Exemplo – Variando o brilho de um LED

Vamos utilizar a montagem a seguir para exemplificar o uso de um sinal  PWM para variação do brilho de um LED:

O circuito possui um LED ligado ao pino 3 (PWM) com seu devido resistor e um potenciômetro ligado à entrada analógica 0.  A ideia é controlar a intensidade do brilho do LED através da variação do valor do potenciômetro. Vejamos o sketch a seguir:

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/* PWM controla a luminosidade de um led conforme o valor do potenciometro */   int ledPin = 3; // pino do led int analogPin = 0; // pino para leitura do potenciômetro int val = 0; //variável para armazenar o valor lido   void setup() {     pinMode(ledPin, OUTPUT); // configura pino como saída }   void loop() {     val = analogRead(analogPin);  // le o valor analógico     analogWrite(ledPin, val / 4); // aciona led com o valor analógico lido                                    //dividido por 4 para ajustar ao valor                                      //máximo que pode ser atribuído a função }

Conclusões

A função analogWrite() fornece um modo simples para se trabalhar com sinais PWM, porém não fornece nenhum controle sobre a frequência do sinal aplicado ao pino. Em alguns casos a frequência do sinal é muito importante para o sistema, como por exemplo a frequência de acionamento de uma bobina de um motor. Em um artigo futuro vamos abordar como manipular os registradores do ATmega328 para alterar a frequência do sinal PWM.

Para início utilize o sketch apresentado para variar não só o brilho de LEDs, mas para varia a velocidade de motores de corrente contínua, criar cores em LEDs RGBs, etc. Use a imaginação em seus projetos.

Referências

Aduino Reference – analogWrite()

Arduino Tutorial PWM

Arduino – Saídas PWM por Fábio Souza. Esta obra está sob a licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

Fábio Souza

Engenheiro eletricista com experiência no desenvolvimento de hardware e software para sistemas embarcados. Atua com projetos de hardware e software e também com treinamentos de microcontroladores PIC, AVR e linguagem C.