Pulsweiten-Modulation (PWM) - Teil 2
Im Teil 2 unserer PWM-Betrachtung wird ein PWM Signalgenerator Modul zusammen mit einem Ard-Board benutzt. Programmiert wird ausschließlich mit der Software VISUINO.
Der PWM-Signalgenerator wird als Rechteckwellengenerator zur Durchführung von Experimenten, Tests und zur Steuerung verschiedener Objekte verwendet.
Das Modul ist mit einem Display, einer einfachen Schnittstelle und vier Drucktastern ausgestattet, über die sich die Frequenz und das Tastverhältnis (Duty Cycle) verändern lassen.
Über zwei PWM-Ausgangstreiber lassen sich Motoren, LEDs, Servos u.v.a.m. ansteuern.
1 - PWM Signalgenerator Modul
Abb. 1
PWM Signalgenerator Module der Fa. Angeek.
Die Spannungsversorgung erfolgt über das Ard-Board.
Über die serielle Schnittstelle (Tx, Rx am PWM-Modul) lassen sich Frequenz und Duty Cycle vorgeben.
Leistungsdaten des PWM-Moduls (laut Herstellerangaben)
- Versorgungsspannung: 3,3 bis 30 Volt
- Frequenzbereich: 1 Hz bis 150 kHz
- Duty Cycle: 0-100%
- Frequenzgenauigkeit: ca. 2% in jedem Bereich
- Signallast: max. 30 mA
- Ausgangsspannung: PWM-Amplitude entspricht Versorgungsspannung
- Schnittstelle: 9600 bps, Datenbits: 8
2 - Material für alle Übungen in diesem Kapitel
- 1x Ard-Board
- 1x PWM Signalgenerator Modul (z.B. ANGEEK XF0291)
- 1x LED
- 1x Widerstand, 220 Ohm
- 1x Oszilloskop (optional: z.B. : PicoScope 2000 Series)
- diverser Steckdraht (M-M)
- Software VISUINO (akt. Version)
Übung 1 - Frequenz und Dutycycle über Terminalfenster einstellen
Aufgabe
Über das Terminalfenster in VISUINO werden nacheinander die Größen DutyCycle und Frequenz am PWM-Signal Generator Modul eingestellt und anschließend mit Hilfe eines Oszilloskops überprüft, ob die eingestellten Werte am PWM-Ausgang anliegen..
Schaltungsaufbau
Abb. 1 - Schaltungsaufbau
Die Modulanschlüsse Tx und Rx sind mit D7 und D8 auf dem Ard-Board verbunden.
Schritt 1 - Komponentenauswahl
Nach dem Start des Programms VISUINO und der Festlegung des benutzten Ard-Boards (hier: Arduino UNO WiFi Rev2) wird die folgende Komponente benötigt:
- Software Serial
Damit läßt sich jeder digitale Eingang eines Ard-Boards als serieller Port nutzen.
Gib in der Filtersuche Software Serial ein und ziehe die Komponente SoftwareSerialPort anschließend in den Arbeitsbereich (s. Abb. 2).
Die Übertragungsrate mit 9600 Baud bleibt in der Voreinstellung, lässt sich aber jederzeit über das Eigenschaften-Fenster der Komponente Software Serial ändern.
Abb. 2
Komponente Software Serial Port
Komponenten Anordnung und Verbindungen
Verbinde (s. Abb. 3)
- ArdBoard Serial[0] 9600 Out -> In SoftwareSerial1
- SoftwareSerial1 Out -> ArdBoard Serial[0] 9600 In
- SoftwareSerial1 Rx -> D8 ArdBoard
- SoftwareSerial1 Tx -> D7 ArdBoard
Abb. 3
Komponentenanordnung
Programm kompilieren und hochladen, Datenformate
- Nachdem das Programm hochgeladen wurde, öffne das Terminalfenster über das Register Serial und aktiviere den Button Connect.
- Frequenzen werden über die Terminaleingabe in den Formaten
- Fxxx mit xxx aus {000 Hz ... 999 Hz}
- Fx.xx mit x.xx aus {1.00 kHz ... 9.99 kHz},
(kleinster darstellbarer Wert: 0.01 kHz)
- Fxx.x mit xx.x aus {10.0 kHz ... 99.9 kHz}
(kleinster darstellbarer Wert: 0.1 kHz ) - - Fx.x.x mit x.x.x aus {1 kHz ... 150 kHz (s. Leistungsdaten)}
(kleinster darstellbarer Wert: 1 kHz)
übertragen. - DutyCycle haben das Format
- Dxxx mit xxx aus {000 - 100}
Frequenz und Dutycycle im Terminalfenster eingeben
Mit der Eingabe von F150 im Terminalfenster wird die Frequenz des PWM Signal Generator Moduls auf 150 Hz gesetzt und der Wert im Display des Moduls angezeigt (s. Abb. 4a, 4b).
Jede erfolgreiche Übertragung eines Eingabewertes wird im Terminalfenster angezeigt (grün) und mit DOWN#0 quittiert.
Abb. 4a
Terminaleingabe
Abb. 4b
Nach erfolgreicher Datenübertragung eines Eingabewertes wird dies im Terminalfenster mit DOWN#0 quittiert.
Im Display des Moduls werden die übertragenen Werte angezeigt.
Abb. 4c
Auf dem Display des PWM Signal Generator Moduls werden die über das Terminalfenster übertragenen Werte angezeigt.
Mit Hilfe eines Oszilloskops lassen sich anschließend die eingestellten Werte überprüfen.
Übung 2 - Frequenz und Dutycycle über Terminalfenster auslesen
Aufgabe
Am PWM Signal Generator Modul werden Frequenz und Dutycycle mit Hilfe der Taster eingestellt und anschließend über das Terminalfenster in VISUINO ausgelesen.
Mit einem Oszilloskop wird überprüft, ob die eingestellten Werte am PWM-Ausgang anliegen..
Schaltungsaufbau
- wie in Übung 1
Schritt 1 - Frequenz und Dutycycle am PWM Generator Modul einstellen
Über die vier Taster des Moduls werden die Frequenz f auf 284 Hz und der Dutycycle auf 67 % eingestellt.
Abb. 5a
Über die Taster am PWM Signal Generator Modul werden Frequenz und Dutycycle eingestellt.
Schritt 2 - Frequenz und Dutycycle auslesen
Mit der Eingabe von READ im Terminalfenster lassen sich die Einstellungswerte des PWM Signal Generator Moduls auslesen (s. Abb. 5b).
Die Überprüfung mit Hilfe eines Oszilloskops zeigen die Abb. 5c und 5d.
Abb. 5b
Mit der Eingabe von READ im Terminalfenster werden die Daten Frequenz und Dutycycle des PWM Signal Generator Moduls ausgelesen und im vorgegebenen Format angezeigt.
Schritt 3 - Überprüfung der Einstellungswerte auf Genauigkeit
Abb. 5c
Die Periodendauer liegt bei T=3,532 ms, die gemessene Frequenz liegt bei 283,1 Hz.
Die gemessene Frequenz und der Dutycycle liegen im angegebenen Fehlerbereich des Herstellers.
Abb. 5d
Die Impulsdauer liegt bei tup=2,37 ms.
Der Dutycycle errechnet sich damit zu: 0,671 oder 67,1 %.
Übung 3 - Frequenz und Dutycycle über Steuerbefehle eingeben
Aufgabe
Über Steuerbefehle des Ard-Boards werden am PWM Signal Generator Modul Frequenz und Dutycycle über einen Zufallsgenerator eingestellt.
- Der Dutycycle-Bereich liefert Werte von 1 bis 50 (wahlweise: 1 - 100),
- der Frequenz-Bereich Werte zwischen 1 und 100.en
Optional: mit einem Oszilloskop wird überprüft, ob die eingestellten Werte am PWM-Ausgang anliegen..
Schaltungsaufbau
- wie in Übung 1
Schritt 1 - Komponentenauswahl
Nach dem Start des Programms VISUINO und der Festlegung des benutzten Ard-Boards (hier: Arduino UNO WiFi Rev2) werden folgende Komponenten benötigt:
- 2x Clock Generator
- 2x Random Integer Generator
- 2x Integer to Text Komponente
- 2x Formatted Text Komponente
- 1x Software Serial Komponente (bekannt aus Übung 1)
Abb. 6a
Komponente Clock Generator
Abb. 6b
Komponente Random Integer Generator
Abb. 6c
Komponente Integer To Text
Abb. 6d
Komponente Formatted Text
Alle neun Komponenten werden mit der Maustaste in das Arbeitsfeld gezogen und anschließend verbunden (s. Abb. 7).
Komponentenanordnungen und Verbindungen
Abb. 7 - Komponentenanordnungen und Verbindungen
Eigenschaften/Elemente festlegen
- ClockGenerator1 - Properties - Frequenz: 0,07 Hz
- ClockGenerator2 - Properties - Frequenz: 0,21 Hz
- RandomIntegerGenerator1 - Properties - Max: 50 Min: 1 (Frequenzwerte)
- RandomIntegerGenerator2 - Properties - Max: 100 Min: 1 (DutyCycle-Werte)
- FormattedText1 - Elements - TextElement1
- FormattedText2 - Elements - TextElement1
- FormattedText1 - Properties - Elements - Text - F%0
- FormattedText2 - Properties - Elements - Text - D%0
Programm kompilieren und hochladen, Datenformate
- Nachdem das Programm hochgeladen wurde, werden auf dem Display des PWM-Moduls die von den beiden Zufallsgeneratoren erzeugten Werte für die Frequenz und den Dutycycle ausgegeben.
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