Шановний мікропрогер, будемо розмовляти з вами гранично простою мовою:
уявімо собі електричний імпульс А з амплітудою напруги від 0В до 5В, довжиною 1 мс і періодом повторення 10мс (тобто протягом 1 мс напруга на лінії, по якій проходить імпульс А становить 5В, потім протягом 9мс становить 0В, і так повторюється кожні 10 мс). А тепер уявімо, що ми збільшуємо тривалість імпульсу А до 2мс (нехай тепер це буде імпульс Б), а повторюється він точно ті ж кожні 10мс. Завдання зміни тривалості імпульсу А з 1мс до імпульсу Б 2 мс і є завдання ШІМ.
Взагалі кажучи слово «Модуляція» означає зміну параметрів коливання (частоти, амплітуди, фази). Широтно-імпульсна модуляція - зміна шпаруватості імпульсів при постійній частоті. Шпаруватість - те ж саме, що протяжність, тобто в нашому прикладі це зміна протяжності імпульсу з 1мс до 2мс.
Робота ШИМ регулятора наочно відображена на даній картинці-графіку.
На графіку ми бачимо три сигналу. Сигнали модулюються ШІМ му, який генерує і регулює шпаруватість імпульсів.
Шпаруватість на графіку зверху - 15%. Тобто, за один період, що дорівнює 100%, 15% часу видається логічна одиниця (напруга TTL рівня + 3В або +5 В). 75% часу видається логічний нуль (відсутність напруги в лінії - 0В).
На середньому графіку шпаруватість 50% - 50% часу видається логічна 1, 50% видається логічний 0.
На графіку знизу шпаруватість 90%. 90% -1. 10% - 0.
Якщо підключити світлодіод до нашого ШІМ регулятору. то у випадку з першим графіком світлодіод буде світитися слабо. З графіком 2 світіння світлодіода буде яскравіше ніж з 1, але сам світлодіод буде світитися на 50% своєї потужності. У випадку з 3-им графіком, яскравість світіння світлодіода буде налаштована на 90%, близькі до максимальних.
Як бачимо, за допомогою ШІМ дуже зручно регулювати яскравість світіння світлодіода, а також роботу крокової двигуна.
Ще раз згадав наші імпульси А і Б. Вони біжать по дроту до споживача електричного струму і являють собою електричний струм з певним напруженням (Вольти) і певною силою (ампери), яка залежить від споживача. Споживачі в загальному випадку їдять фіксований струм (наприклад 300мА). Тобто, якби імпульс А чи Б тривав усі 10мс і не переривався, то споживання струму для споживача склало саме 300мА. Якщо ж ми перериваємо ток тривалістю імпульсу, то споживання струму при діючому імпульсі А складе 300 мА * (1/10) = 30мА. при імпульсі Б 300мА * (2/10) = 60мА.
Генератори ШІМ застосовуються в задачах управління світлодіодними світильниками. Все граничне просто: чим більше струму подаємо на світлодіод, тим яскравіше він світиться. Те ж саме з RGB світлодіодами - подаємо на червоний (R) імпульс А (30мА), на синій імпульс Б (60мА), на зелений 0 - отримуємо тьмяний фіолетовий світло, який виходить від менш яскравого червоного і більш яскравого синього кольорів.
ШІМ застосовується в задачах управління обертовими двигунами - чим більший струм подаємо на контакти движка, тим швидше він обертається. А якщо двигуна ми маємо три, а на додачу у нас купа ідей і ціла програма для послідовної подачі імпульсів типу А і Б на їх обмотки? Тут можна сколотити цілий 3Д принтер!
Для мікропрогерского усвідомлення суті словосполучення «ШІМ контролер«, досить розуміти загальне призначення опорної частоти і способах видачі на одну ніжку мікросхеми послідовності логічних нулів і одиничок.
Припустимо, у нас є мікроконтролер або ПЛІС і все той же обертається движок, який при постійному струмі 5В споживає 300 мА і при цьому споживанні вертить своєю віссю 10 раз в секунду. Тепер нас попросили - зробіть так, щоб я натискав на кнопку, а движок зробив 5 оборотів з частотою 1 оборот в секунду, потім зробив ще 2 обороту за 1 секунду і вимкнувся.
Правильно, пишемо програму для нашої улюбленої логічної приблуди - плісіни або микрика. У проге буде вхід, при наявності 1 на якому запускається цикл - видача 1 протягом 1мс, потім 0 протягом 9мс, так 5 разів поспіль. Потім видача 1 2мс два рази поспіль. end module. Start Compilation.
Тільки перед підключенням навантаження (двигуна) до мікроконтролеру або ПЛІС не забуваємо прочитати ось цю коротку, по дуже корисну статтю. що не дозволяє спалити наш новоявлений ШІМ-контролер.