Salidas analógicas PWM en Arduino

Son patillas que actúan como si fueran salidas analógicas hacia los periféricos.

Arduino Uno implementa por hardware salidas PWM en varios de sus pines, que aparecen identificados en la placa con el símbolo “~” junto al número del pin. Patillas: 11, 10, 9, 6 ,5 y 3.

En ocasiones necesitaremos proporcionar un valor analógico de tensión, por ejemplo, para regular la intensidad de iluminación de un LED, o variar la velocidad de un motor DC.

En esta entrada vamos a ver cómo utilizar una salida PWM para emular una señal analógica de tensión desde Arduino.

Lo primero que tenemos que entender es que la mayoría de automatismos (y Arduino no es una excepción) no son capaces de proporcionar una auténtica salida analógica. Ni siquiera pueden suministrar una salida analógica discretizada (es decir, a saltos) de tensión. Lo único que pueden proporcionar es una salida digital de -Vcc o Vcc. (por ejemplo, 0V y 5V).

Para salvar esta limitación y simular una salida analógica la mayoría de los automatismos emplean un “truco”, que consiste en activar una salida digital durante un tiempo y mantenerla apagada durante el resto. El promedio de la tensión de salida, a lo largo del tiempo, será igual al valor analógico deseado.

Existe más de una forma de hacer esta aproximación. Una de las más sencillas, y por ello muy empleada en automatización, es la modulación de ancho de pulso (PWM). En esta modulación se mantiene constante la frecuencia (es decir, el tiempo entre disparo de pulsos), mientras que se hace variar la anchura del pulso. 

Para generar una señal PWM en los pines digitales de la placa Arduino, hay que usar la función analogWrite(pin, valor).

Esta función nos permitirá emular una señal analógica a partir de una digital. Presenta dos variables:

Pin. Hace referencia al pin digital en el que vamos a producir la señal PWM. (pines, que aparecen identificados en la placa con el símbolo “~” junto al número del pin).
Valor. Es un número comprendido entre 0 y 255. El valor 0 corresponde a 0V de promedio y el valor 255 a 5V.

Ejemplo: Variar la intensidad de luz de un led

int pinLed=9; //Declaramos la variable donde se conectará el led

void setup()
{
pinMode(pinLed, OUTPUT);
}

void loop()
{
for( int n=0;n<256 n="" p="">{
analogWrite(pinLed,n);
delay(100);
}
 
PWM  no es una señal analógica

Es importante recordar en todo momento que en una salida PWM el valor de tensión realmente es Vcc. Por ejemplo, si estamos alimentando un dispositivo que necesita 3V, y usamos una señal pulsada, en realidad estaremos suministrando 5V durante un 60% del tiempo y 0V durante el 40%. Pero si el dispositivo, por ejemplo, soporta como máximo 3V, podemos dañarlo si lo alimentamos mediante un PWM. 

Una señal pulsada es suficiente para emular una señal analógica en muchas aplicaciones. Por ejemplo, podemos variar la intensidad luminosa en un LED mediante un PWM. El LED realmente se enciende y apaga varias veces por segundo, pero este parpadeo es tan rápido que el ojo no lo aprecia. El efecto global percibido es que el LED brilla con menor intensidad. 

Otro ejemplo, al variar la velocidad de un motor DC con un PWM, en la mayoría de los casos la inercia del motor se encargará de que el efecto del PWM sea despreciable. No obstante, en función de la frecuencia podemos notar vibraciones o ruidos, en cuyo caso podremos deberemos variar la frecuencia del PWM. 

Por otro lado, debemos tener en cuenta los efectos que supone la rápida conexión y desconexión de la señal pulsada puede suponer en el dispositivo alimentado. Por ejemplo, en el caso de cargas inductivas (motores, relés, o electroimanes) la desconexión supondrá la generación de voltaje inducido que puede dañar la salida digital o el propio dispositivo, por lo que será necesario disponer de las protecciones oportunas.

En cuanto a transistores, en general, los de tipo BJT resultan apropiados para funcionar como amplificación de señales PWM. Esto no suele ser así en los transistores MOS, donde los efectos capacitivos del mismo, unidos a la limitación de corriente de las salidas digitales, frecuentemente harán que necesitemos un driver de amplificación previo para evitar que el transistor trabaje en zona activa.