Duty cycle что это
Что такое скважность
Одной из важнейших величин в импульсной технике является скважность S. Скважность S характеризует прямоугольный импульс, и определяет то, во сколько раз период импульса T больше его длительности t1. Так, меандр, например, имеет скважность равную 2, поскольку длительность импульса в такой последовательности равна половине его периода: S=T/t1=2.
Как видим, и в числителе, и в знаменателе стоят продолжительности, измеряемые в секундах, поэтому скважность — величина безразмерная. Для справки напомним, что меандр — это такая импульсная последовательность, где длительность положительной части импульса t1 равна длительности его исходного состояния t0.
Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения D. Таким образом, теоретически скважность может изменяться от бесконечности до 1, тогда как соответствующий ей коэффициент заполнения может принимать значения от 0 до 1. Записывать величину скважности часто более удобно, чем коэффициент заполнения в виде дроби.
Например: D=0.5 – коэффициент заполнения меандра, или скважность S=2 – более удобочитаемая запись того же самого. Скважность S=10 соответствует коэффициенту заполнения D=0.1 — имеется ввиду, что продолжительность импульса в 10 раз меньше его периода (суммы его положительной и исходной частей).
Когда заходит речь о широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то говорят, что при в драйвере происходит изменение ширины или длительности импульса, практически имеется ввиду изменение скважности при постоянной частоте. В этом контексте чем больше скважность — тем уже импульс, чем меньше скважность — тем шире импульс.
Давайте рассмотрим простой практический пример. Лампочка включается на одну секунду через каждые 59 секунд, затем на 59 секунд гаснет, и так все время повторяется в течение неопределенного времени.
Что это значит? Длительность импульса t1 = 1 секунда, период импульса T = 59+1 = 60 секунд. Следовательно с какой скважностью включается лампочка?
Со скважностью S = 60/1. Скважность 60. Значит коэффициент заполнения равен 1/60, то есть D = 0,01666 или duty cycle 1,66%. В данном примере отчетливо видно, что запись в терминах скважности S = 60 более удобочитаема и точна, чем запись в форме коэффициента заполнения D = 0,01666 или duty cycle 1,666%.
Наконец, еще одно полезное применение скважности. Счетчики-дешифраторы импульсов (типа К561ИЕ8) способны делить импульсную последовательность на отдельные импульсы, здесь снова значение скважности подходит лучше, оно может быть определено через разрядность счетчика и сосчитано (пропорционально количеству импульсов, подсчитанных счетчиком).
Таким образом, даже для цифровой техники оперирование напрямую скважностью импульсов часто оказывается более удобным, чем свойственным принятому в англоязычной литературе коэффициентом заполнения.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
duty cycle что это
Одной из важнейших величин в импульсной технике является скважность S. Скважность S характеризует прямоугольный импульс, и определяет то, во сколько раз период импульса T больше его длительности t1. Так, меандр, например, имеет скважность равную 2, поскольку длительность импульса в такой последовательности равна половине его периода: S=T/t1=2.
Как видим, и в числителе, и в знаменателе стоят продолжительности, измеряемые в секундах, поэтому скважность — величина безразмерная. Для справки напомним, что меандр — это такая импульсная последовательность, где длительность положительной части импульса t1 равна длительности его исходного состояния t0.
Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения D. Таким образом, теоретически скважность может изменяться от бесконечности до 1, тогда как соответствующий ей коэффициент заполнения может принимать значения от 0 до 1. Записывать величину скважности часто более удобно, чем коэффициент заполнения в виде дроби.
Например: D=0.5 – коэффициент заполнения меандра, или скважность S=2 – более удобочитаемая запись того же самого. Скважность S=10 соответствует коэффициенту заполнения D=0.1 — имеется ввиду, что продолжительность импульса в 10 раз меньше его периода (суммы его положительной и исходной частей).
Когда заходит речь о широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то говорят, что при в драйвере происходит изменение ширины или длительности импульса, практически имеется ввиду изменение скважности при постоянной частоте. В этом контексте чем больше скважность — тем уже импульс, чем меньше скважность — тем шире импульс.
Здесь и просматривается этимологическая связь с русским словом «скважина»: большая скважина (по сути — яма между импульсами в последовательности) — сам импульс выглядит как более узкий, маленькая скважина — импульсы широкие (а вот яма между ними — узкая).
В англоязычной литературе не используется термин «скважность», а используется лишь термин «duty cycle» — рабочий цикл, являющийся аналогом русскоязычного термина «коэффициент заполнения» (D), только указывается он обычно не дробью, а в процентах. Например, мы пишем D=0.5, а в англоязычной литературе можно встретить 50% duty cycle или D = 50%, когда речь идет о меандре. Или D = 30% если длительность импульса соотносится с его периодом как 30 к 100.
Давайте рассмотрим простой практический пример. Лампочка включается на одну секунду через каждые 59 секунд, затем на 59 секунд гаснет, и так все время повторяется в течение неопределенного времени.
Что это значит? Длительность импульса t1 = 1 секунда, период импульса T = 59+1 = 60 секунд. Следовательно с какой скважностью включается лампочка?
Со скважностью S = 60/1. Скважность 60. Значит коэффициент заполнения равен 1/60, то есть D = 0,01666 или duty cycle 1,66%. В данном примере отчетливо видно, что запись в терминах скважности S = 60 более удобочитаема и точна, чем запись в форме коэффициента заполнения D = 0,01666 или duty cycle 1,666%.
Наконец, еще одно полезное применение скважности. Счетчики-дешифраторы импульсов (типа К561ИЕ8) способны делить импульсную последовательность на отдельные импульсы, здесь снова значение скважности подходит лучше, оно может быть определено через разрядность счетчика и сосчитано (пропорционально количеству импульсов, подсчитанных счетчиком).
Таким образом, даже для цифровой техники оперирование напрямую скважностью импульсов часто оказывается более удобным, чем свойственным принятому в англоязычной литературе коэффициентом заполнения.
Одной из важнейших величин в импульсной технике является скважность S. Скважность S характеризует прямоугольный импульс, и определяет то, во сколько раз период импульса T больше его длительности t1. Так, меандр, например, имеет скважность равную 2, поскольку длительность импульса в такой последовательности равна половине его периода: S=T/t1=2.
Как видим, и в числителе, и в знаменателе стоят продолжительности, измеряемые в секундах, поэтому скважность — величина безразмерная. Для справки напомним, что меандр — это такая импульсная последовательность, где длительность положительной части импульса t1 равна длительности его исходного состояния t0.
Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения D. Таким образом, теоретически скважность может изменяться от бесконечности до 1, тогда как соответствующий ей коэффициент заполнения может принимать значения от 0 до 1. Записывать величину скважности часто более удобно, чем коэффициент заполнения в виде дроби.
Например: D=0.5 – коэффициент заполнения меандра, или скважность S=2 – более удобочитаемая запись того же самого. Скважность S=10 соответствует коэффициенту заполнения D=0.1 — имеется ввиду, что продолжительность импульса в 10 раз меньше его периода (суммы его положительной и исходной частей).
Когда заходит речь о широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то говорят, что при в драйвере происходит изменение ширины или длительности импульса, практически имеется ввиду изменение скважности при постоянной частоте. В этом контексте чем больше скважность — тем уже импульс, чем меньше скважность — тем шире импульс.
Здесь и просматривается этимологическая связь с русским словом «скважина»: большая скважина (по сути — яма между импульсами в последовательности) — сам импульс выглядит как более узкий, маленькая скважина — импульсы широкие (а вот яма между ними — узкая).
В англоязычной литературе не используется термин «скважность», а используется лишь термин «duty cycle» — рабочий цикл, являющийся аналогом русскоязычного термина «коэффициент заполнения» (D), только указывается он обычно не дробью, а в процентах. Например, мы пишем D=0.5, а в англоязычной литературе можно встретить 50% duty cycle или D = 50%, когда речь идет о меандре. Или D = 30% если длительность импульса соотносится с его периодом как 30 к 100.
Давайте рассмотрим простой практический пример. Лампочка включается на одну секунду через каждые 59 секунд, затем на 59 секунд гаснет, и так все время повторяется в течение неопределенного времени.
Что это значит? Длительность импульса t1 = 1 секунда, период импульса T = 59+1 = 60 секунд. Следовательно с какой скважностью включается лампочка?
Со скважностью S = 60/1. Скважность 60. Значит коэффициент заполнения равен 1/60, то есть D = 0,01666 или duty cycle 1,66%. В данном примере отчетливо видно, что запись в терминах скважности S = 60 более удобочитаема и точна, чем запись в форме коэффициента заполнения D = 0,01666 или duty cycle 1,666%.
Наконец, еще одно полезное применение скважности. Счетчики-дешифраторы импульсов (типа К561ИЕ8) способны делить импульсную последовательность на отдельные импульсы, здесь снова значение скважности подходит лучше, оно может быть определено через разрядность счетчика и сосчитано (пропорционально количеству импульсов, подсчитанных счетчиком).
Таким образом, даже для цифровой техники оперирование напрямую скважностью импульсов часто оказывается более удобным, чем свойственным принятому в англоязычной литературе коэффициентом заполнения.
Техническая документация к электронным компонентам на русском языке.
Коэффициент заполнения (англ. Duty cycle) — это величина измеряемая в процентах, которая рассчитывается как отношение длительности сигнала к периоду следования импульсов:
где D — коэффициент заполнения, T — длительность импульса, P — период следования импульсов
К примеру, коэффициент заполнения 60% означает, что напряжение сигнала присутствовало 60% времени а отсутствовало 40%. Реальное же время для сигнала с коэффициентом заполнения 60% может составлять от долей секунды до дней или даже недель, в зависимости от длительности периода следования.
Иллюстрация сигналов с различным коэффициентом заполнения D
Применение коэффициента заполнения в электрических устройствах
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Скважность
Сква́жность (в физике, электронике) — один из классификационных признаков импульсных систем, определяющий отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса. Величина, обратная скважности и часто используемая в англоязычной литературе, называется коэффициентом заполнения (англ. Duty cycle ).
Таким образом, для импульсного сигнала справедливы следующие соотношения:
,
где S — скважность, D — коэффициент заполнения, T — период импульсов, 
— длительность импульса.
Скважность определяет отношение пиковой мощности импульсной установки (например, передатчика радиолокационной станции) к её средней мощности и таким образом является важным показателем работы импульсных систем. В устройствах и системах дискретной передачи и обработки информации недостаточно высокая скважность может приводить к искажению информации.
Частое применение в практике находит сигнал со скважностью, равной двум — меандр.
Полезное
Смотреть что такое «Скважность» в других словарях:
СКВАЖНОСТЬ — отношение периода следования (повторения) электрических импульсов к их длительности. Скважность определяет соотношение между пиковой и средней мощностью импульсов напряжения или тока, что необходимо учитывать при выборе режима эксплуатации… … Большой Энциклопедический словарь
скважность — пористость, скважистость Словарь русских синонимов. скважность сущ., кол во синонимов: 3 • пористость (12) • … Словарь синонимов
Скважность — (a. porosity; н. Porositat, Durchlassigkeit; ф. porosite; и. porosidad) совокупность пор, трещин, каналов и др. пустот в горн. массиве независимо от их форм и размеров. Pазличают Пористость г. п., Трещиноватость г. п. и т.п. Горная… … Геологическая энциклопедия
СКВАЖНОСТЬ — СКВАЖНОСТЬ, скважности, мн. нет, жен. (физ., геол.). Наличие скважин, отверстий, пор, делающее вещество проницаемым для жидкостей и газов. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
скважность — СКВАЖИСТЫЙ, ая, ое; ист и (спец.) СКВАЖНЫЙ, ая, ое. Имеющий скважины (в 3 знач.). Скважистая порода. Скважистый грунт. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
СКВАЖНОСТЬ — (см. ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия
скважность — Отношение времени смены кадров ко времени экспонирования одного кадра. Обозначение M [ГОСТ 24449 80] Тематики регистрация фотографическая высокоскоростная … Справочник технического переводчика
СКВАЖНОСТЬ — отношение периода следования электрических импульсов к их длительности … Большая политехническая энциклопедия
скважность — 3.15 скважность: отношение периода импульсов к длительности импульса. Источник: ГОСТ Р 54073 2010: Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
скважность — отношение периода следования (повторения) электрических импульсов к их длительности. Скважность определяет соотношение между пиковой и средней мощностью импульсов напряжения или тока, что необходимо учитывать при выборе режима эксплуатации… … Энциклопедический словарь
По просьбам трудящихся… и подписчиков.
Решил набросать небольшую статейку, может кому то будет полезно. Только это макушечка айсберга под названием принципы работы Двигателя внутреннего сгорания.
Чтение и первичная оценка состояния работы двигателя по средствам снятия логов с машины.
1. Программы обычно применяемые (мной) для чтения данных через протокол SSM (subaru select monitor).
Сначала отступление про SSM. Всего существует три типа протокола. Это 1,2 и 3 реализация.
До 1998 года был SSM1 и колодка куда подключался кабель была OBD1. Если у вас такая машина то увы это довольно сложно и снять логи с вашей машины будет проблемно. Скорее всего Вам понадобится фирменный сканер, про шнурки самопал слышал, но в руках не разу держать не доводилось.
С 1999 по 2008 где то в зависимости от рынков был протокол SSM2. Это самые распространённые автомобили марки субару у нас в стране. Для чтения логов Вам понадобится шнурок K-line за 800-1000 рублей и ноутбук.
C 2006 и по сегодняшний день применяется протокол SSM3. Он тоже частично читается обычным K-line шнурком, НО в этих автомобилях присутствует так называемая CAN шина. В чём разница? В машинах SSM2 передача информации между блоками автомобиля такими как автомат, климат, сам ECU, SRS проходила на аналоговом уровне (читай разницей напряжений, сопротивлений, токов). В машинах с CAN общение этих блоков перевели на цифровую основу. То есть общение происходит уже на уровне цифровых протоколов. Тут в некоторых случаях K-line шнурок не способен выдать то что хочется и я применяю шнурок на основе ELM.
Теперь о программах. Существует несколько программных комплексов разной цены, качества и возможностей.
Самые популярные. EcuEdit – программа платная, но очень функциональная. Умеет не только логировать но и править, анализировать, и сливать-заливать прошивку.
EcuExplorer – Программа бесплатна, собой представляет только логер. Плюсы, она очень «лёгкая» не требует особых настроек и даже установки.
RomRaider – программа бесплатна, очень мощный инструмент для правки и анализа прошивок, имеет свой логер, который по сути идёт отдельным модулем. Минус программы, она не имеет своего просмотрщика логов, с удобным интерфейсом, а смотреть в экселе не всегда удобно. Зато к нему разработано много дополнений и так называемые дифинишены гораздо более полные для логирования чем в предыдущей программе.
2. Непосредственно параметры и их приблизительные значения в нормальной эксплуатации автомобиля.
Engine Speed (RPM) — тут всё просто, это обороты двигателя, тоже самое что показывает Ваш тахометер.
Manifold Absolute Pressure (Bar) — это значения АБСОЛЮДНОГО давления в впускном коллекторе. Оно может быть в барах, в кило паскалях или например в psi.
Дело в том что в прошивке к этому параметру привязано довольно большая часть карт, и при снятии логов имеет смысл этот параметр писать в тех единицах измерения в которых они указанны в картах. Так просто гораздо проще понимать что происходит.
Не надо путать этот параметер с теми показаниями что вы видите на будильнике буста который стоит у многих, будильник показывает ОТНОСИТЕЛЬНО давление, относительно атмосферного давления в текущий момент, и 0 на будильнике это АТМОСФЕРНОЕ давление.
Air/Fuel Correction #1 (%) — кратковременные коррекции по топливу. Этот параметер показывает тоже самое что и предыдущий, НО это коррекция мгновенная по тому что показывает лямбда и по карте «игры газом». То есть если вы резко изменили положение дроссельной заслонки и увеличили резко количество воздуха подаваемого во впуск, то ECU так же резко не оглядываясь на лямбду по специально карте привентивно нальёт определённое количество топлива чтобы не произошла детонация от пробеднения смеси раз и чтобы получить резко большую мощность не смотря на КПД двигателя в данный момент.
Coolant Temperature (°C) — ну тут тоже просто. Это температура охлаждающей жидкости в моторе. Параметр для нашего двигателя ДО 96 градусов в пике, если больше то у вас, что то не в порядке с охлаждением. От этого параметра тоже много чего зависит в прошивке.
Throttle Opening Angle (%) — процент открытия дроссельной заслонки. Не путать с процентом нажатия на педаль акселератора, на то есть свой параметр особенно для электронного дросселя. 100 процентов это полностью открытый дроссель.
Mass Air Flow (g/s) — количество воздуха попавшего в двигатель через MAF в граммах в секунду. Это значение показывает количество воздуха которое посчитал ДАТЧИК МАССОВГО РАСХОДА ВОЗДУХА (MAF). По этому значению приблизительно можно прикинуть мощность мотора, НО только приблизительно и для правильного смесеобразования. Значение вычисляется по специально таблице, а изначально с MAFa получает мозг напряжение и по таблице пересчитывает в количество воздуха.
Опять же при нестандартном впуске (а иногда и на стандартном) эту таблицу правят и корректно рассуждать о граммах уже не получится.
Intake Air Temperature (°C) — это температура которую увидел MAF воздуха который прошёл мимо него. То есть температура на впуске в мотор. От этого значения тоже корректируется смесь.
Vehicle Speed (KPH) — текущая скорость автомобиля, читается с датчика скорости в коробке. То есть при нестандартных колёсах например этот параметр далёк от реального.
Fuel Injector #1 Duty (%) — это процент загрузки форсунок. Значение может быть как в процентах от полной загрузки так и в миллисекундах открытия. Снимается в том или ином виде в зависимости от того что вы оцениваете. Нормальное значение ДО 90-92 процентов открытия. Это даже не время открытия, а скважность открытия тоесть процент когда форсунка открыта относительно времени когда она закрыта. Если этот процент ближе к 100 то есть она считай постоянно открыта это очень плохо, чревато заклиниванием форсунки это раз, и второе никакого распыла уже не происходит а просто струёй льётся бензин в коллектор. Вердикт, меняйте на более производительнее.
Accelerator Opening Angle (%) — процент нажатия на педаль акселератора. Имеет смысл смотреть когда настраиваете карты педали. Многие слышали про педальбустеры, так вот по сути эти карты это он и есть.
Manifold Relative Pressure (Bar) — ОТНОСИТЕЛЬНОЕ давление в впускном коллекторе. Это как раз то что вы видите на будильнике в салоне (у кого есть). То о чём обычно говорят когда упоминают наддув.
Primary Wastegate Duty Cycle (%) — процент скважности соленоида управления наддувом. Проще если это процент на сколько ЗАКРЫТА калитка вестгейта, то есть каково отношение в процентах времени когда она закрыта к тому когда она открыта. На раздуве значение стремится к 100 процентам, тоесть принудительно закрываем колитку и всю энергию выхлопа пускаем та турбинное колесо, а потом смещаем процент в сторону открытого чтобы не создавать избыточное давление сверх заданного в прошивке. Значение не должно превышать 95 процентов, можно просто заклинить соленоид управления давлением. Если это значение около 90 процентов а турбина не набирает желаемый буст, ищите неисправность или улитка уже в принципе не способна дуть больше.
Intake VVT Advance Angle Left (°) — угол смещения фазы открытия впускных клапанов (есть и выпускных) относительно зажигания. Так называемая система вращения фаз. Есть правая голова и есть левая. Сами значения без прошивки вам ничего не скажут, а вот то, что они для правой и левой стороны должны быть одинаковые это покажет, что всё исправно, расхождения могут быть не более 1 градуса.
Air/Fuel Sensor #1 (AFR) — показания соотношения воздуха к топливу снимаемые с передней лямбды. Так как наш штатный кислородный датчик узкополосный и работает только в клозе луп. То интерес по сути он представляет не в абсолютных значениях, а в динамике их изменения, но это уже довольно сложно. Для простого снятия логов и поиска неисправности.
Knock Signal #1 (On/Off) — это сигнал о том что была зафиксирована детонация датчиком детонации. Совершенно не обязательно что была РЕАЛЬНАЯ детонация, Но другого способа её услышать нет. По этому параметру можно узнать была ли детонация или нет напрямую. 1 это была 0 — не было.
ВСЁ ЭТО ОТНОСИТСЯ К СТОКОВОМУ ECU. И это только макушка:))
Будет интерес опишу остальные параметры, которые знаю, но то что сверху это так сказать основные.
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
Как нам уже известно из первых уроков, любой микроконтроллер умеет хорошо работать с цифровыми сигналами. Он легко справляется с арифметическими операциями над цифровыми данными, принимает и передаёт цифровые сигналы по линиям связи. А что значит «цифровые» в данном случае?
В самом первом уроке мы зажигали и гасили светодиод с помощью Ардуино. Для того, чтобы зажечь светодиод, мы подавали на его анод высокий уровень сигнала. А чтобы погасить — низкий уровень. Получается, для управления мы использовали только два уровня напряжения: высокий и низкий. Светодиод либо будет гореть, либо не будет. Третьего — не дано. Оперируя только двумя состояниями означает, что мы работаем с цифровым сигналом.
Но что делать, если нам нужно зажечь этот самый светодиод только на половину яркости? Или запустить двигатель, на 30% его мощности? Для решения этой задачи используют подход, называемый широтно-импульсной модуляцией сигнала. О том, что такое ШИМ и как это работает, мы узнаем на сегодняшнем уроке.
Широтно-импульсная модуляция — ШИМ
Разберем понятие ШИМ на примере управления скоростью вращения двигателя постоянного тока. Поставим своей целью запустить мотор на 50% от его максимальной скорости. Пусть наш двигатель идеальный и чтобы достичь заданной скорости, нам нужно в единицу времени передавать на мотор в два раза меньше мощности. Как это сделать, не меняя источник питания?
Проведем мысленный эксперимент (а кто-то может и натуральный — ничего сложного). Возьмём мотор постоянного тока с массивным маховиком, закрепленным на валу (таким маховиком может служить колесо). Подадим питание от аккумулятора и мотор начнет набирать обороты. Через какое-то время, мотор достигнет номинальной мощности, а его ротор максимальной скорости вращения. Отключим питание, и мотор постепенно начнет замедляться вплоть до полной остановки.
Следующий опыт. Снова включим мотор, и когда его скорость достигнет половины от максимальной — выключим. Заметив, что скорость падает — снова включим. И так далее. Включая и выключая питание мотора, мы заставим ротор вращаться со скоростью, близкой к половине от максимальной!
Разумеется, в силу человеческой медлительности, мотор будет удерживать заданную скорость с некоторой погрешностью. Другими словами, скорость будет «плавать» вокруг заданного значения. Чтобы минимизировать эти отклонения, нам потребуется увеличить частоту переключений. Тут уже не обойтись без автоматики.
А как заставить мотор вращаться медленнее или быстрее? Количество переданной мотору энергии будет зависеть от отношения времени когда мотор включен — tвкл к времени когда он выключен — tвыкл.
Так, для передачи мотору 50% мощности, tвкл будет равно tвыкл. Такой случай как раз изображен на графике. Чтобы мотор вращался еще медленнее, скажем с мощностью 25% от номинальной, придется время включения мотора уменьшить до этих самых 25% от общего периода управления T.
Таким образом, имея возможность менять ширину импульсов, мы можем достаточно точно управлять скоростью вращения мотора.
Собственно, рассмотренный способ управления мощностью и называется широтно-импульсной модуляцией сигнала, а сокращённо — ШИМ. Теперь рассмотрим параметры которые характеризуют ШИМ сигнал и которые следует учитывать при написании программ для микроконтроллеров.
Коэффициент заполнения (duty cycle)
Начнем с самого главного параметра — коэффициента заполнения D (он же duty cycle). Этот коэффициент равен отношению периода ШИМ сигнала к ширине импульса:
Пример ШИМ сигнала для разных значений D:
Чем больше D, тем больше мощности мы передаем управляемому устройству, например, двигателю. Так, при D = 1 двигатель работает на 100% мощности, при D = 0,5 — наполовину мощности, при D = 0 — двигатель полностью отключен.
Кстати, кроме коэффициента заполнения для характеризации ШИМ применяют и другой параметр — скважность S. Эти два параметра связаны выражением:
Скважность, как и коэффициент заполнения — величина безразмерная. В отличие от D, она может принимать значения от 1 до бесконечности. Но чаще всего, особенно в англоязычных источниках, используют именно D.
Частота ШИМ
Частота ШИМ определяет период импульса — T (см картинку выше). Требования к этой частоте диктуются несколькими факторами, в зависимости от типа управляемого устройства.
В случае управления светодиодами одним из главных факторов становится видимость мерцания. Чем выше частота, тем менее заметно мерцание излучаемого света. Высокая частота также помогает снизить влияние температурных скачков, которые светодиоды не любят. На практике для светодиодов достаточно иметь частоту ШИМ в пределах 100-300 Гц.
С моторами постоянного тока дела обстоят немного иначе. С одной стороны, чем больше частота, тем более плавно и менее шумно работает мотор. С другой — на высоких частотах падает крутящий момент. Нужен баланс. Более подробно о моторах мы поговорим в одной из будущих статей, а пока рекомендуем для большинства DIY задач использовать частоту ШИМ 2кГц.
Плюс, общая проблема для всех случаев управления силовой нагрузкой — потери в цепях силовой коммутации (в транзисторах, и не только), которые увеличиваются с ростом частоты ШИМ. Чем больше частота, тем большее время транзисторы находятся в переходных состояниях, активно выделяя тепло и снижая эффективность системы.
Разрешение ШИМ
Ещё один важный параметр — разрешение ШИМ сигнала. Этот параметр показывает, с какой точностью мы можем менять коэффициент заполнения. Чем больше разрешение, тем плавнее будет меняться мощность на управляемом устройстве.
Например, у платы Ардуино с базовыми настройками, разрешение ШИМ — 256. То есть мы можем изменять сигнал от 0 до 255 — не густо, но для большинства DIY задач хватает.
ШИМ и микроконтроллеры
Простейший генератор ШИМ можно собрать и без всяких микроконтроллеров, только лишь с микросхемой таймера 555. Разумеется, любой микроконтроллер тоже умеет работать с ШИМ сигналом.
Например, у платы Ардуино имеется 6 контактов: 3, 5, 6, 9, 10 и 11, которые можно настроить для генерации аппаратного ШИМ. По-умолчанию, на контактах 5 и 6 частота сигнала будет 1кГц, на остальных — скромные 500Гц. Как ими пользоваться ШИМ на Ардуино подробно рассказывается на уроке «Ардуино: ШИМ» (скоро будет).
STM32F103 — гораздо более серьёзный микроконтроллер. У него целых 20 контактов имеют возможность генерации ШИМ. Частота этого микроконтроллера — 72МГц, что делает возможным плавное и точное управление моторами постоянного тока, не говоря уже о светодиодах. Узнаём подробности в уроке про STM32 и ШИМ.
Кстати, микроконтроллеры умеют не только генерировать ШИМ, но и детектировать подобные сигналы. Про это можно почитать в соответствующей статье на нашем портале (скоро будет).