الکترونیک

موج PWM چیست؟ و چه کاربردی دارد؟

طول موج PWM چیست و چه کاربردی دارد؟

اگر کمی با علم الکترونیک آشنایی داشته باشید، حتماً تاکنون اسم موج PWM یا مدوله‌سازی پهنای پالس را شنیده‌اید. در این میان، چنان‌چه با این مفهوم ناآشنا هستید، این مطلب از بلاگ بهنام رباتیک را مطالعه کنید تا با موج پی دبلیو ام آشنا شوید.

موج PWM چیست؟

موج پی دبلیو ام یا (مدوله‌سازی پهنای پالس)، یک روش برای کنترل توان خروجی می‌باشد. برای مثال، شما می‌توانید از این تکنیک برای کنترل روشنایی هر یک از LEDها استفاده کنید. دیاگرام زیر، یک شکل موج پی دبلیو ام تولیدی توسط یکی از پایه‌های آردوینو را نشان می‌دهد.

شکل موج PWM
شکل موج PWM

تولید موج پی دبلیو ام در آردوینو

در آردوینو با استفاده از کد دستوری analogWrite(); می‌توان موج پی دبلیو ام ساخت.

تقریباً در 1 ثانیه، 500 خروجی پی دبلیو ام یک پالس تولید می‌کند. طول این پالس توسط تابع ‘analogWrite’ کنترل می‌شود. بنابراین دستور ”analogWrite(0)’ هیچ موجی تولید نمی‌کند و دستور ‘analogWrite(255)’ موجی با پهنای باند حداکثر تولید خواهد کرد که طول آن تا موج بعدی ادامه خواهد داشته و تقریباً خروجی در زمان این پالس دارای بیشترین توان می‌باشد.

اینک اگر مقادیری در دستور ‘analogWrite’ وارد کنیم که بین 0 تا 255 باشد، موجی به همین نسبت شکل می‌گیرد. به این صورت که اگر فرضاً طول موج ما 5 درصد از زمان کل دوره پالس باشد، آنگاه خروجی فقط توانی برابر 5 درصد توان کل را دریافت می‌کند.

ضمناً، چنانچه خروجی به اندازه 90 درصد با توان 5 ولت باشد، آنگاه LED تنها 90 درصد از انرژی تحویلی به آن را دریافت خواهد کرد و باقی‌مانده زمان را تا پایان طول موج به صورت خاموش خواهد بود.

چشم انسان نمی‌تواند این خاموش و روشن شدن سریع LED را تشخیص دهد بنابراین به نظر می‌رسد که روشنایی LED تغییر پیدا کرده است.

نحوه کار موج پی دبلیو ام چگونه است؟

مدولاسیون پهنای باند یا موج پی دبلیو ام، روشی است که در آن اطلاعات آنالوگ را به صورت دیجیتال، شبیه‌سازی می‌کند.

همانطور که می‌دانید، اطلاعات دیجیتال تنها می‌توانند دو حالت روشن و یا خاموش داشته باشند. یعنی یا صفر و یا یک خواهند بود. به طور مثال، در مدارهای آردوینو که خروجی‌های دیجیتال دارای حداکثر ولتاژ 5 ولت می‌باشند، مقدار روشن یک سیگنال دیجیتال برابر 5 ولت و مقدار خاموش آن برابر صفر خواهد بود. در سمت دیگر، اطلاعات آنالوگ مقداری شناور دارند؛ این یعنی در همان مدارهای آردوینو، یک سیگنال آنالوگ می‌تواند مقداری بین صفر تا 5 ولت داشته باشد.

 

حال می‌توان به وسیله روش پی دبلیو ام، یک سیگنال دیجیتال را طوری کنترل کنیم که خروجی شبیه یک سیگنال آنالوگ داشته باشد.

طول موج سیگنال چیست؟

این شبیه‌سازی با تنظیم نسبت مدت زمان روشن بودن سیگنال دیجیتال (5 ولت) به مدت زمان خاموش بودن آن (صفر ولت) انجام می‌شود.

به مدت زمانی که سیگنال در حالت روشن است، طول موج سیگنال می‌گویند. در صورتی که با یک نسبت مشخص، یک سیگنال دیجیتال را روشن و خاموش نمایید، نتیجه آن یک سیگنال با مقداری ثابت بین مقادیر صفر و 5 ولت خواهد بود. به این سیگنال شبیه‌سازی شده، موج پی دبلیو ام می‌گویند.

توابع ورودی و خروجی آنالوگ در آردوینو

Duty Cycle موج PWM
Duty Cycle یا چرخه وظیفه موج PWM

اگر بخواهیم به طور درصدی بیان کنیم، درصد زمانی که یک سیگنال روشن است نسبت به کل زمان یک دوره تناوب از سیگنال، اصطلاحاً چرخه وظیفه (Duty Cycle) می‌گویند.

در شکل زیر خط‌های سبز رنگ نمایانگر یک دوره تناوب می‌باشند. مقدار این دوره تناوب برابر است با عکس مقدار فرکانس سیگنال دیجیتال. به طور مثال، بردهای آردوینو سیگنال‌هایی با فرکانس 500 هرتز را تولید می‌کنند. عکس این مقدار برابر 0.002 ثانیه و یا 2 میلی‌ثانیه می‌شود که دوره تناوب سیگنال می‌ب

کاربرد موج PWM

موج پی دبلیو ام کاربردهای زیادی دارد. مثلاً می‌توان با استفاده از موج پی دبلیو ام و کنترل مقدار چرخه وظیفه، روشنایی LED و یا سرعت گردش موتور DC را کنترل کرد. به علاوه، در کاربردهای ارتباطی، برای اینکه سرعت انتقال دیتا بیشتر باشد و دیتا از بین نرود، همراه دیتا موج پی دبلیو ام  می‌فرستند تا گیرنده نیز با توجه به این موج دیتا را دریافت کند. البته استفاده از آردوینو محدودیت‌های خودش را هم دارد. به عنوان مثال، شما نمی‌توانید موتور DC را مستقیماً به پایه‌های آردوینو متصل کنید زیرا این موتور جریان زیادی از مدار می‌کشد و باعث آسیب رسیدن به برد یا هسته برد می‌شود.

سخن پایانی

ما در جهانی زندگی می‌کنیم که سیستم‌های دیجیتال عضوی غیر قابل حذف از زندگی‌هایمان شده‌اند. از گوشی موبایل گرفته تا تلویزیون، یخچال، لامپ بالای سرمان و . . . اگر بتوانیم درکی از نحوه کارکرد این سیستم‌ها داشته باشیم، در مواجهه با سیستم‌های جدیدتر و بروزتری که در آینده رونمایی می‌شوند، کمتر دچار سردرگمی می‌شویم.

سؤالات متداول درباره موج پی دبلیو ام

موج پی دبلیو ام یا مدوله‌سازی پهنای پالس یک روش برای کنترل توان خروجی می‌باشد.

PWM مخفف Pulse Width Modulation است که در فارسی به مدولاسیون پهنای پالس ترجمه می‌شود.

  1. می‌توان با استفاده از موج PWM و DUTY CYCLE روشنایی LED را کنترل کرد.
  2. می‌توان از طریق استفاده از موج PWM دور موتورهای DC را کنترل کرد.
  3. در کاربردهای ارتباطی، برای اینکه سرعت انتقال دیتا زیادتر باشد و دیتا از بین نرود، همراه دیتا موج PWM می‌فرستند تا گیرنده نیز با توجه به این موج دیتا را دریافت کند.

مدولاسیون پهنای باند یا PWM روشی است که در آن اطلاعات آنالوگ را به صورت دیجیتال شبیه‌سازی می‌کند. به روش PWM می‌توان یک سینگال دیجیتال را طوری کنترل کرد که خروجی شبیه یک سیگنال آنالوگ داشته باشیم.

2 دیدگاه در “موج PWM چیست؟ و چه کاربردی دارد؟

  1. ضماد گفت:

    سلام.
    در جمله “روشن و یا خاموش داشته باشند.” از لحاظ منطق، حرف “و” نباید باشد.در این جمله واو یعنی هر دو، یا یعنی غیر هر دو.
    به هر حال، مقاله بسیار خوب و مفیدی است. سلامت باشید.

    1. فروشگاه بهنام رباتیک گفت:

      سلام
      با تشکر از حُسن توجه شما کاربر گرامی
      خوشحالیم ک مطلب موجب جلب رضایت شما شده

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *