PWM 주파수 계산 - PWM jupasu gyesan

아두이노 PWM ( Pulse Width Modulation ) 원리 알아 보기

아두이노를 공부하다 보면 PWM이라는 단어가 자주 등장합니다.
그래서 PWM 이란 무엇인지에 대해서 알아보겠습니다.

PWM은 Pulse Width Modulation의 약자로서, Pulse 폭을 조정해서 출력되는 디지털 신호입니다.
전압이 균일한 교류 신호(구형파)를 생각해보면 Frequency와 Duty라는 두 개의 파라미터가 있습니다.
Frequency는 1초 동안 발진되는 파형 개수이고, Duty는 1개의 주기에서 On 되는 시간을 비율을 계산된 수치입니다.

예를 들어, 오른쪽 그림에서 PWM 한 개 주기를 표시하였습니다. 주파수 계산은 전체 주기 시간  "Period"를 1로 나누면 Hz가 나옵니다.  만약 "Period"시간이 1ms라면 1/0.001(sec)가 되므로 1Khz 주파수가 됩니다.

Duty는 TON과 TOFF의 비율을 계산합니다.
그러므로  TON이 1ms이고 TOFF가 2ms라면 Duty는  (1/(1+2)*100) 이므로 33.3%가 되는 것입니다.

충분한 이해를 위해서 오른쪽 그림에 다양한 PWM Duty를 살펴보겠습니다. (사용 전압은 5V 입니다. )

첫 번째 그림은 5V 전압 구간이 없으면 Duty가 0%입니다.
세 번째 그림은 5V 전압 구간과 0V 전압 구간이 50%를 이루기 때문에 Duty가 50%입니다.
다섯 번째 그림은 5V 전압 구간만 존재하므로 Duty가 100%입니다.

아두이노에서 PWM 출력 조절은 라이브러리 쉽게 출력이 가능합니다.
     analogWrite(채널포트, 출력값);
함수 이름이 analogWrite라고 되어있지만, 대부분의 아두이노는 DAC(Digital Analog converter)가 없기 때문에 아날로그 출력이 불가능합니다.
그러므로 PWM의 진폭을 조절해서 아날로그와 유사한 비율로 출력한다는 의미일 겁니다.
(실제 PWM을 Ananlog로 변환해주는 IC도 많이 있습니다.)

주의한 점은 아두이노에서 PWM 폭을 조정하는 값의 범위는 1~100 아니고 0~255 입니다.
Atmega의 PWM Register가 1byte로 되어있기 때문 아닐까 생각합니다. (16bit PWM 있음)

추가적으로 Atmega 시리즈에는 다양한 PWMMode들이 있습니다. FastPWM,Phase-Correct PWM 등 있고, 만약 다른 Mode을 사용하고 싶다면 Datasheet 내용을 확인하셔서 Register를 직접 설정해야 합니다.
설명 및 이해의 복잡성이 증가할 수 있으므로 여기서는 analogWrite(채널포트, 출력값)함수만 사용하도록 하겠습니다.  더 이상 쓸 글이 없다면 PWM에 대해서 깊이 들어가 보도록 하겠습니다. ^^

PWM에 대해서 알아봤으니, 앞으로 PWM를 이용해서 LED 밝기와 서보모터 제어하는 방법에 대해서 설명해 보도록 하겠습니다.

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