Usando as saídas PWM do Arduino

Continuando a sequência de artigos básicos sobre a plataforma Arduino, vamos aprender como utilizar sinais PWM na placa Arduino UNO. No final desse artigo você saberá o que é PWM e como usar o PWM do Arduino para controlar a intensidade de um LED. O conteúdo apresentado servirá de base para suas aplicações usando o PWM do Arduino. 

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 o duty 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.

PWM do Arduino

A placa Arduino Uno possui pinos específicos para saídas PWM e são indicados pelo carácter ‘~’ 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 cycle para esses pinos, assim você pode facilmente usar o PWM do Arduino UNO e outras placas.

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 cycle conforme 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 usando PWM do Arduino

Vamos utilizar a montagem a seguir para exemplificar o uso de um sinal PWM para variação do brilho de um LED, com a placa Arduino UNO:

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

/*
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 sobre o PWM do Arduino

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.

O exemplo apresentado acima exibiu como usar o PWM do Arduino para variar a intensidade de um LED. Você pode usar o mesmo programa para variar a velocidade de motores DC, adaptar para criar cores usando LEDs RGBs, etc. Use a imaginação para novos projetos e os coloque em prática. 

Se ficou alguma dúvida, deixe seu comentários abaixo.  

Saiba mais

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Placas Arduino - trajetória até o UNO

Referências

Aduino Reference - analogWrite()

Arduino Tutorial PWM