MOHAMMAD ALDHIMAS ARIANTO

PULSE WIDTH MODULATION

MOHAMMAD ALDHIMAS ARIANTO

aldhi.sasaji21@gmail.com

JTD1F/ 15/1941160115

ampak teknik yang kuat untuk mengendalikan sirkuit analog dengan output digital mikroprosesor.

Pulse width modulation (PWM) adalah teknik yang ampuh untuk mengendalikan sirkuit analog dengan output digital mikroprosesor. PWM digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari pengukuran dan komunikasi hingga kontrol daya dan konversi.

Sirkuit analog

Sinyal analog memiliki nilai yang terus berubah, dengan resolusi tak terbatas baik dalam waktu maupun besarannya. Baterai sembilan volt adalah contoh perangkat analog, karena tegangan outputnya tidak tepat 9V, berubah seiring waktu, dan dapat mengambil nilai bilangan real apa pun. Demikian pula, jumlah arus yang diambil dari baterai tidak terbatas pada nilai yang terbatas. Sinyal analog dapat dibedakan dari sinyal digital karena yang terakhir selalu mengambil nilai hanya dari himpunan terbatas kemungkinan yang telah ditentukan, seperti himpunan {0V, 5V}.

Tegangan dan arus analog dapat digunakan untuk mengontrol berbagai hal secara langsung, seperti volume radio mobil. Dalam radio analog sederhana, kenop terhubung ke resistor variabel. Saat Anda memutar kenop, resistensi naik atau turun. Ketika itu terjadi, arus yang mengalir melalui resistor bertambah atau berkurang. Ini mengubah jumlah arus yang menggerakkan speaker, sehingga menambah atau mengurangi volume. Sirkuit analog adalah sirkuit, seperti radio, yang outputnya berbanding lurus dengan inputnya.

Meskipun intuitif dan sesederhana kontrol analog mungkin tampak, itu tidak selalu menarik secara ekonomi atau praktis. Untuk satu hal, sirkuit analog cenderung melayang dari waktu ke waktu dan karenanya, sangat sulit untuk disetel. Sirkuit analog presisi, yang mengatasi masalah itu, bisa sangat besar, berat (hanya memikirkan peralatan stereo rumah yang lebih tua), dan mahal. Sirkuit analog juga bisa menjadi sangat panas; daya yang dihamburkan sebanding dengan tegangan pada elemen aktif yang dikalikan dengan arus yang melewatinya. Sirkuit analog juga bisa peka terhadap kebisingan. Karena resolusinya yang tak terbatas, setiap gangguan atau noise pada sinyal analog tentu mengubah nilai saat ini.

Kontrol digital

Dengan mengendalikan sirkuit analog secara digital, biaya sistem dan konsumsi daya dapat dikurangi secara drastis. Terlebih lagi, banyak mikrokontroler dan DSP sudah menyertakan pengontrol PWM on-chip, membuat implementasi menjadi mudah.

Singkatnya, PWM adalah cara pengkodean level sinyal analog secara digital. Melalui penggunaan penghitung resolusi tinggi, siklus kerja gelombang persegi dimodulasi untuk mengkodekan level sinyal analog tertentu. Sinyal PWM masih digital karena, pada waktu tertentu, suplai DC penuh dalam keadaan hidup atau mati sepenuhnya. Sumber tegangan atau arus disuplai ke beban analog melalui serangkaian pulsa on dan off berulang. Tepat waktu adalah waktu selama suplai DC diterapkan pada beban, dan waktu tidak aktif adalah periode selama suplai dimatikan. Dengan bandwidth yang memadai, nilai analog apa pun dapat dikodekan dengan PWM.

Gambar 1 menunjukkan tiga sinyal PWM yang berbeda. Gambar 1a menunjukkan output PWM pada siklus tugas 10%. Artinya, sinyal aktif selama 10% dari periode dan off 90% lainnya. Gambar 1b dan 1c menunjukkan output PWM masing-masing pada siklus tugas 50% dan 90%. Ketiga output PWM ini mengkodekan tiga nilai sinyal analog yang berbeda, yaitu 10%, 50%, dan 90% dari kekuatan penuh. Misalnya, jika pasokannya 9V dan siklus kerja 10%, hasil sinyal analog 0,9V.
Gambar 1: Sinyal PWM dari berbagai siklus tugas

Gambar 2 menunjukkan rangkaian sederhana yang dapat didorong menggunakan PWM. Dalam gambar, baterai 9V memberi daya pada bola lampu pijar. Jika kita menutup sakelar yang menghubungkan baterai dan lampu selama 50 ms, bola lampu akan menerima 9V selama interval itu. Jika kita membuka saklar untuk 50 ms berikutnya, bola lampu akan menerima 0V. Jika kita mengulangi siklus ini 10 kali per detik, bola lampu akan menyala seolah-olah terhubung ke baterai 4,5V (50% dari 9V). Kami mengatakan bahwa siklus kerja adalah 50% dan frekuensi modulasi adalah 10Hz.

Gambar 2: Sirkuit sederhana

Sebagian besar beban, baik yang induktif maupun kapasitif, memerlukan frekuensi modulasi yang jauh lebih tinggi dari 10Hz. Bayangkan lampu kita dinyalakan selama lima detik, lalu mati selama lima detik, lalu hidupkan lagi. Siklus tugas masih 50%, tetapi bohlam akan tampak terang selama lima detik pertama dan mati untuk yang berikutnya. Agar bohlam melihat tegangan 4,5 volt, periode siklus harus relatif singkat terhadap waktu respons beban terhadap perubahan status sakelar. Untuk mencapai efek yang diinginkan dari lampu dimmer (tetapi selalu menyala), perlu untuk meningkatkan frekuensi modulasi. Hal yang sama berlaku di aplikasi PWM lainnya. Frekuensi modulasi umum berkisar dari 1kHz hingga 200kHz.

Pengontrol perangkat keras

Banyak mikrokontroler termasuk pengontrol PWM. Sebagai contoh, PIC16C67 Microchip mencakup dua, masing-masing memiliki waktu dan periode yang dapat dipilih. Siklus tugas adalah rasio tepat waktu terhadap periode; frekuensi modulasi adalah kebalikan dari periode. Untuk memulai operasi PWM, lembar data menyarankan perangkat lunak harus:

• Atur periode pada penghitung / penghitung waktu chip yang menyediakan gelombang persegi modulasi.

• Atur tepat waktu dalam register kontrol PWM.

• Atur arah output PWM, yang merupakan salah satu pin I / O tujuan umum.

• Mulai timer.

• Mengaktifkan pengontrol PWM.

Meskipun pengontrol PWM tertentu berbeda dalam detail programnya, ide dasarnya umumnya sama.

Komunikasi dan kontrol

Salah satu kelebihan PWM adalah bahwa sinyal tetap digital sepanjang jalan dari prosesor ke sistem yang dikendalikan; tidak diperlukan konversi digital-ke-analog. Dengan menjaga sinyal digital, efek noise diminimalkan. Noise hanya dapat mempengaruhi sinyal digital jika cukup kuat untuk mengubah logis-1 menjadi logis-0, atau sebaliknya.

Kekebalan suara yang meningkat adalah manfaat lain dari memilih PWM daripada kontrol analog, dan merupakan alasan utama PWM kadang-kadang digunakan untuk komunikasi. Beralih dari sinyal analog ke PWM dapat meningkatkan panjang saluran komunikasi secara dramatis. Pada sisi penerima, jaringan RC (resistor-kapasitor) atau LC (induktor-kapasitor) yang sesuai dapat menghilangkan gelombang persegi frekuensi tinggi yang memodulasi dan mengembalikan sinyal ke bentuk analog.

PWM menemukan aplikasi dalam berbagai sistem. Sebagai contoh nyata, pertimbangkan rem yang dikendalikan PWM. Sederhananya, rem adalah perangkat yang menjepit sesuatu dengan keras. Pada banyak rem, jumlah tekanan penjepit (atau daya henti) dikendalikan dengan sinyal input analog. Semakin banyak tegangan atau arus yang diterapkan pada rem, semakin besar tekanan yang akan diberikan rem.

Output dari pengontrol PWM dapat dihubungkan ke sakelar antara pasokan dan rem. Untuk menghasilkan lebih banyak daya henti, perangkat lunak hanya perlu meningkatkan siklus tugas output PWM. Jika diinginkan jumlah tekanan pengereman tertentu, pengukuran perlu dilakukan untuk menentukan hubungan matematis antara siklus kerja dan tekanan. (Dan rumus yang dihasilkan atau tabel pencarian akan disesuaikan untuk suhu operasi, keausan permukaan, dan sebagainya.)

Untuk mengatur tekanan pada rem, katakanlah, 100psi, perangkat lunak akan melakukan pencarian terbalik untuk menentukan siklus tugas yang harus menghasilkan jumlah kekuatan. Kemudian akan mengatur siklus tugas PWM ke nilai baru dan rem akan merespons sesuai. Jika sensor tersedia dalam sistem, siklus kerja dapat diubah, di bawah kontrol loop tertutup, hingga tekanan yang diinginkan tercapai dengan tepat.
Gambar 1: Sinyal PWM dari berbagai siklus tugas

Gambar 2 menunjukkan rangkaian sederhana yang dapat didorong menggunakan PWM. Dalam gambar, baterai 9V memberi daya pada bola lampu pijar. Jika kita menutup sakelar yang menghubungkan baterai dan lampu selama 50 ms, bola lampu akan menerima 9V selama interval itu. Jika kita membuka saklar untuk 50 ms berikutnya, bola lampu akan menerima 0V. Jika kita mengulangi siklus ini 10 kali per detik, bola lampu akan menyala seolah-olah terhubung ke baterai 4,5V (50% dari 9V). Kami mengatakan bahwa siklus kerja adalah 50% dan frekuensi modulasi adalah 10Hz.

Gambar 2: Sirkuit sederhana

Sebagian besar beban, baik yang induktif maupun kapasitif, memerlukan frekuensi modulasi yang jauh lebih tinggi dari 10Hz. Bayangkan lampu kita dinyalakan selama lima detik, lalu mati selama lima detik, lalu hidupkan lagi. Siklus tugas masih 50%, tetapi bohlam akan tampak terang selama lima detik pertama dan mati untuk yang berikutnya. Agar bohlam melihat tegangan 4,5 volt, periode siklus harus relatif singkat terhadap waktu respons beban terhadap perubahan status sakelar. Untuk mencapai efek yang diinginkan dari lampu dimmer (tetapi selalu menyala), perlu untuk meningkatkan frekuensi modulasi. Hal yang sama berlaku di aplikasi PWM lainnya. Frekuensi modulasi umum berkisar dari 1kHz hingga 200kHz.

Pengontrol perangkat keras

Banyak mikrokontroler termasuk pengontrol PWM. Sebagai contoh, PIC16C67 Microchip mencakup dua, masing-masing memiliki waktu dan periode yang dapat dipilih. Siklus tugas adalah rasio tepat waktu terhadap periode; frekuensi modulasi adalah kebalikan dari periode. Untuk memulai operasi PWM, lembar data menyarankan perangkat lunak harus:

• Atur periode pada penghitung / penghitung waktu chip yang menyediakan gelombang persegi modulasi.

• Atur tepat waktu dalam register kontrol PWM.

• Atur arah output PWM, yang merupakan salah satu pin I / O tujuan umum.

• Mulai timer.

• Mengaktifkan pengontrol PWM.

Meskipun pengontrol PWM tertentu berbeda dalam detail programnya, ide dasarnya umumnya sama.

Komunikasi dan kontrol

Salah satu kelebihan PWM adalah bahwa sinyal tetap digital sepanjang jalan dari prosesor ke sistem yang dikendalikan; tidak diperlukan konversi digital-ke-analog. Dengan menjaga sinyal digital, efek noise diminimalkan. Noise hanya dapat mempengaruhi sinyal digital jika cukup kuat untuk mengubah logis-1 menjadi logis-0, atau sebaliknya.

Kekebalan suara yang meningkat adalah manfaat lain dari memilih PWM daripada kontrol analog, dan merupakan alasan utama PWM kadang-kadang digunakan untuk komunikasi. Beralih dari sinyal analog ke PWM dapat meningkatkan panjang saluran komunikasi secara dramatis. Pada sisi penerima, jaringan RC (resistor-kapasitor) atau LC (induktor-kapasitor) yang sesuai dapat menghilangkan gelombang persegi frekuensi tinggi yang memodulasi dan mengembalikan sinyal ke bentuk analog.

PWM menemukan aplikasi dalam berbagai sistem. Sebagai contoh nyata, pertimbangkan rem yang dikendalikan PWM. Sederhananya, rem adalah perangkat yang menjepit sesuatu dengan keras. Pada banyak rem, jumlah tekanan penjepit (atau daya henti) dikendalikan dengan sinyal input analog. Semakin banyak tegangan atau arus yang diterapkan pada rem, semakin besar tekanan yang akan diberikan rem.

Output dari pengontrol PWM dapat dihubungkan ke sakelar antara pasokan dan rem. Untuk menghasilkan lebih banyak daya henti, perangkat lunak hanya perlu meningkatkan siklus tugas output PWM. Jika diinginkan jumlah tekanan pengereman tertentu, pengukuran perlu dilakukan untuk menentukan hubungan matematis antara siklus kerja dan tekanan. (Dan rumus yang dihasilkan atau tabel pencarian akan disesuaikan untuk suhu operasi, keausan permukaan, dan sebagainya.)

Untuk mengatur tekanan pada rem, katakanlah, 100psi, perangkat lunak akan melakukan pencarian terbalik untuk menentukan siklus tugas yang harus menghasilkan jumlah kekuatan. Kemudian akan mengatur siklus tugas PWM ke nilai baru dan rem akan merespons sesuai. Jika sensor tersedia dalam sistem, siklus kerja dapat diubah, di bawah kontrol loop tertutup, hingga tekanan yang diinginkan tercapai dengan tepat.Gambar 1: Sinyal PWM dari berbagai siklus tugas

Gambar 2 menunjukkan rangkaian sederhana yang dapat didorong menggunakan PWM. Dalam gambar, baterai 9V memberi daya pada bola lampu pijar. Jika kita menutup sakelar yang menghubungkan baterai dan lampu selama 50 ms, bola lampu akan menerima 9V selama interval itu. Jika kita membuka saklar untuk 50 ms berikutnya, bola lampu akan menerima 0V. Jika kita mengulangi siklus ini 10 kali per detik, bola lampu akan menyala seolah-olah terhubung ke baterai 4,5V (50% dari 9V). Kami mengatakan bahwa siklus kerja adalah 50% dan frekuensi modulasi adalah 10Hz.

Gambar 2: Sirkuit sederhana

Sebagian besar beban, baik yang induktif maupun kapasitif, memerlukan frekuensi modulasi yang jauh lebih tinggi dari 10Hz. Bayangkan lampu kita dinyalakan selama lima detik, lalu mati selama lima detik, lalu hidupkan lagi. Siklus tugas masih 50%, tetapi bohlam akan tampak terang selama lima detik pertama dan mati untuk yang berikutnya. Agar bohlam melihat tegangan 4,5 volt, periode siklus harus relatif singkat terhadap waktu respons beban terhadap perubahan status sakelar. Untuk mencapai efek yang diinginkan dari lampu dimmer (tetapi selalu menyala), perlu untuk meningkatkan frekuensi modulasi. Hal yang sama berlaku di aplikasi PWM lainnya. Frekuensi modulasi umum berkisar dari 1kHz hingga 200kHz.

Pengontrol perangkat keras

Banyak mikrokontroler termasuk pengontrol PWM. Sebagai contoh, PIC16C67 Microchip mencakup dua, masing-masing memiliki waktu dan periode yang dapat dipilih. Siklus tugas adalah rasio tepat waktu terhadap periode; frekuensi modulasi adalah kebalikan dari periode. Untuk memulai operasi PWM, lembar data menyarankan perangkat lunak harus:

• Atur periode pada penghitung / penghitung waktu chip yang menyediakan gelombang persegi modulasi.

• Atur tepat waktu dalam register kontrol PWM.

• Atur arah output PWM, yang merupakan salah satu pin I / O tujuan umum.

• Mulai timer.

• Mengaktifkan pengontrol PWM.

Meskipun pengontrol PWM tertentu berbeda dalam detail programnya, ide dasarnya umumnya sama.

Komunikasi dan kontrol

Salah satu kelebihan PWM adalah bahwa sinyal tetap digital sepanjang jalan dari prosesor ke sistem yang dikendalikan; tidak diperlukan konversi digital-ke-analog. Dengan menjaga sinyal digital, efek noise diminimalkan. Noise hanya dapat mempengaruhi sinyal digital jika cukup kuat untuk mengubah logis-1 menjadi logis-0, atau sebaliknya.

Kekebalan suara yang meningkat adalah manfaat lain dari memilih PWM daripada kontrol analog, dan merupakan alasan utama PWM kadang-kadang digunakan untuk komunikasi. Beralih dari sinyal analog ke PWM dapat meningkatkan panjang saluran komunikasi secara dramatis. Pada sisi penerima, jaringan RC (resistor-kapasitor) atau LC (induktor-kapasitor) yang sesuai dapat menghilangkan gelombang persegi frekuensi tinggi yang memodulasi dan mengembalikan sinyal ke bentuk analog.

PWM menemukan aplikasi dalam berbagai sistem. Sebagai contoh nyata, pertimbangkan rem yang dikendalikan PWM. Sederhananya, rem adalah perangkat yang menjepit sesuatu dengan keras. Pada banyak rem, jumlah tekanan penjepit (atau daya henti) dikendalikan dengan sinyal input analog. Semakin banyak tegangan atau arus yang diterapkan pada rem, semakin besar tekanan yang akan diberikan rem.

Output dari pengontrol PWM dapat dihubungkan ke sakelar antara pasokan dan rem. Untuk menghasilkan lebih banyak daya henti, perangkat lunak hanya perlu meningkatkan siklus tugas output PWM. Jika diinginkan jumlah tekanan pengereman tertentu, pengukuran perlu dilakukan untuk menentukan hubungan matematis antara siklus kerja dan tekanan. (Dan rumus yang dihasilkan atau tabel pencarian akan disesuaikan untuk suhu operasi, keausan permukaan, dan sebagainya.)

Untuk mengatur tekanan pada rem, katakanlah, 100psi, perangkat lunak akan melakukan pencarian terbalik untuk menentukan siklus tugas yang harus menghasilkan jumlah kekuatan. Kemudian akan mengatur siklus tugas PWM ke nilai baru dan rem akan merespons sesuai. Jika sensor tersedia dalam sistem, siklus kerja dapat diubah, di bawah kontrol loop tertutup, hingga tekanan yang diinginkan tercapai dengan tepat.

Sumber: https://www.embedded.com/introduction-to-pulse-width-modulation/