Skip to content

PWM_Technischer_Ueberblick.md

Latest commit

 

History

History
95 lines (58 loc) · 3.48 KB

PWM_Technischer_Ueberblick.md

File metadata and controls

95 lines (58 loc) · 3.48 KB
Raw

PWM und Analoge Ausgabe am Arduino – Technischer Überblick

Was ist PWM (Pulsweitenmodulation)?

PWM (Pulsweitenmodulation) ist eine Technik, um analoge Spannungswerte mithilfe eines digitalen Ausgangs zu simulieren.
Anstatt die Spannung kontinuierlich zu verändern, schaltet PWM das Signal mit einer festen Frequenz sehr schnell EIN und AUS.

Der Tastgrad (Duty Cycle) bestimmt dabei die effektive Ausgangsspannung:

  • 0 % Tastgrad → immer AUS → 0 V im Mittel
  • 50 % Tastgrad → halb EIN, halb AUS → ca. 2,5 V im Mittel
  • 100 % Tastgrad → immer EIN → 5 V im Mittel (bei typischem Arduino)

Obwohl die Spannung nur zwischen HIGH (5 V) und LOW (0 V) wechselt, erzeugt das schnelle Umschalten für angeschlossene Komponenten den Eindruck einer geglätteten Durchschnittsspannung.

Was passiert elektrisch?

Beispiel: Eine LED ist an einem PWM-Ausgang angeschlossen:

  • Ist der Pin 25 % der Zeit HIGH und 75 % LOW → LED leuchtet schwach
  • Ist der Pin 75 % der Zeit HIGH → LED leuchtet deutlich heller

Das liegt daran, dass bei höherem Tastgrad mehr Leistung an die LED geliefert wird.

PWM-Signale sind im Grunde Rechtecksignale, aber für träge Lasten wie LEDs erscheint das Leuchten dem Auge als kontinuierlich.

Visuelle Darstellung (Tastverhältnisse)

Tastgrad Beschreibung Ø Spannung (bei 5 V)
0 % Immer AUS 0 V
25 % Schwach ca. 1,25 V
50 % Mittelhell ca. 2,5 V
75 % Hell ca. 3,75 V
100 % Voll EIN 5 V

PWM glätten – nahezu echte Analogspannung

In manchen Anwendungen (z. B. Audio) kann das PWM-Signal durch einen Tiefpassfilter (Kondensator + Widerstand) geglättet werden.
Das Ergebnis ist eine nahezu konstante Gleichspannung, entsprechend dem Tastgrad.

PWM am Arduino – Was passiert im Hintergrund?

Die Arduino-Funktion analogWrite(pin, wert) setzt den PWM-Tastgrad:

  • wert liegt zwischen 0 und 255
  • Die Standardfrequenz für PWM-Pins beträgt ca. 490 Hz
  • Auf den Pins 5 und 6 liegt sie oft bei ca. 980 Hz (bei Uno)

Beispiel:

analogWrite(9, 128);  // ca. 50 % Tastgrad auf Pin 9

Hinweis: Obwohl die Funktion analogWrite() heißt, erzeugt sie keine echte Analogspannung, sondern ein digitales PWM-Signal.

Welche Pins unterstützen PWM beim Arduino Uno?

Am Arduino Uno unterstützen folgende Pins PWM:

  • 3, 5, 6, 9, 10, 11

Sie sind meist mit einem ~ Symbol auf der Platine gekennzeichnet.

Wie funktioniert es intern?

PWM wird intern mit Hardware-Timern im Mikrocontroller erzeugt.
Diese erzeugen präzise Rechtecksignale unabhängig von deinem Programmlauf – zuverlässig und zeitgenau.

Zusammenfassung

  • PWM ist eine digitale Methode zur Simulation analoger Spannungen
  • Anwendung z. B. in LED-Dimmung, Motorsteuerung, Audio, Kommunikation
  • Arduino macht PWM mit analogWrite() einfach zugänglich
  • Mit Filterung kann PWM in echte Gleichspannung überführt werden

PWM verbindet digitale Steuerung mit analogem Verhalten – ein fundamentales Werkzeug in der Embedded-Entwicklung.

Documentation written by: Jose Luis Ocana (GitHub: 0xZorro)
Last updated: April 2025