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펄스 폭 변조(PWM)는 디지털 신호의 한 유형을 일컫는 용어입니다. PWM은 복잡한 제어 회로를 포함한 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. SparkFun에서 PWM을 사용하는 일반적인 방법은 RGB LED의 밝기를 조절하거나 서보 모터의 방향을 제어하는 ​​것입니다. PWM을 사용하면 아날로그 방식으로 신호가 High 상태인 시간을 조절할 수 있기 때문에 두 가지 응용 분야에서 다양한 결과를 얻을 수 있습니다. 신호는 특정 시간에 High(보통 5V) 또는 Low(접지)로만 유지될 수 있지만, 일정한 시간 간격 동안 신호가 High 상태와 Low 상태인 시간의 비율을 조절할 수 있습니다.

듀티 사이클

신호가 높을 때를 "정시(on time)"라고 합니다. "정시"의 양을 설명하기 위해 듀티 사이클이라는 개념을 사용합니다. 듀티 사이클은 백분율로 측정됩니다. 듀티 사이클 백분율은 특히 디지털 신호가 특정 간격 또는 주기 내에서 켜져 있는 시간의 백분율을 나타냅니다. 주기는 파형 주파수의 역수입니다. 디지털 신호가 절반의 시간 동안 켜져 있고 나머지 절반의 시간 동안 꺼져 있으면 디지털 신호의 듀티 사이클은 50%라고 하며, 이는 이상적인 구형파와 유사합니다. 백분율이 50%보다 높으면 디지털 신호는 낮은 상태보다 높은 상태에서 더 많은 시간을 보내고, 듀티 사이클이 50% 미만이면 그 반대입니다. 다음 다이어그램은 이 세 가지 경우를 보여줍니다.

100% 듀티 사이클은 전압을 5V(High)로 설정하는 것과 같습니다. 0% 듀티 사이클은 신호를 접지에 연결하는 것과 같습니다.

예

듀티 사이클을 조정하면 LED의 밝기를 제어할 수 있습니다.

RGB(적색, 녹색, 청색) LED를 사용하면 각 색상을 서로 다른 양으로 어둡게 하여 혼합되는 세 가지 색상의 양을 제어할 수 있습니다.

세 가지를 모두 같은 양으로 켜면 다양한 색조의 흰색 빛이 나타납니다. 파란색과 초록색을 똑같이 섞으면 청록색이 됩니다. 조금 더 복잡한 예로, 빨간색을 최대로 켜고, 초록색을 50% 듀티 사이클로 최대로 켜고, 파란색을 최대로 꺼서 주황색을 만들어 보세요.

LED를 제어할 때, 적절한 디밍 효과를 얻으려면 구형파의 주파수가 충분히 높아야 합니다. 1Hz에서 20% 듀티 사이클 파형은 눈에 켜지고 꺼지는 것을 명확하게 보여주지만, 20Hz 이상에서 100% 듀티 사이클 파형은 완전히 켜졌을 때보다 어둡게 보입니다. 기본적으로 LED로 디밍 효과를 얻는 것이 목표라면 주기는 너무 길어서는 안 됩니다. 펄스 폭 변조를 사용하여 로봇 팔과 같은 기계 장치에 연결된 서보 모터의 각도를 제어할 수도 있습니다. 서보는 제어선에 따라 특정 위치로 회전하는 샤프트를 가지고 있습니다. 저희 서보 모터의 회전 범위는 약 180도입니다.

주파수/주기는 특정 서보 제어에 따라 달라집니다. 일반적인 서보 모터는 20ms마다 업데이트되며, 1ms에서 2ms 사이의 펄스가 발생합니다. 즉, 50Hz 파형에서 듀티 사이클은 5%에서 10% 사이입니다. 1.5ms 펄스에서는 서보 모터가 자연스러운 90도 위치에 있습니다. 1ms 펄스에서는 서보가 0도에 있고, 2ms 펄스에서는 서보가 180도에 있습니다. 서보를 이 사이의 값으로 업데이트하면 전체 동작 범위를 얻을 수 있습니다.

펄스 폭 변조는 다양한 응용 분야, 특히 제어 분야에서 사용됩니다. 이제 LED 밝기를 조절하고 서보 모터의 각도를 제어하는 ​​데 사용할 수 있다는 것을 알았으니, 다른 활용 가능성을 탐색해 볼 수 있습니다. 펄스 폭 변조를 사용하는 예제가 포함된 SparkFun Inventor's Kit를 확인해 보세요. 지금 바로 코딩을 시작할 준비가 되었고 Arduino가 있다면 여기에서 PWM 코딩 예제를 확인해 보세요.