การเรียนรู้ครั้งที่ 4 [Basic ESP32] การใช้งาน PWM

[admin]

   การควบคุมพลังงานที่จ่ายให้กับโหลดให้ลดการทำงานลงจากการทำงานปกติ เช่น การลดความสว่างของ LED การลดความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง หากใช้วิธีการลดค่าแรงดันที่จ่ายให้ก็สามารถทำได้แต่ผลที่เกิดขึ้นคือจะเกิดกำลังงานสูญเสียไปที่วงจรลดค่าแรงดันนั้น ๆ ซึ่งถ้าหากโหลดใช้กระแสสูงวงจรจะเกิดความเสียหายได้งาน วิธีการแก้ไขคือการเปลี่ยนแปลงจังหวะการส่งกำลังงานให้กับโหลดแทนซึ่งตามจินนาการตามทฤษฎีแล้วจะไม่มีกำลังงานสูญเสียที่วงจรควบคุมเลย การควบคุมลักษณะนี้เป็นการผสมคลื่นทางความกว้างที่เรียกว่า PWM (Pulse Width Modulation) โดยความกว้างของคลื่นจะเปลี่ยนแปลงแต่ความถี่ยังคงเดิม อัตราส่วนระหว่างช่วงคลื่นที่มีแรงดันต่อคาบเวลาคลื่นเรียกว่า Duty cycle ดังรูป


   แต่เนื่องจาก ESP32 ขาพอร์ตไม่มีวงจร PWM โดยตรงมาให้ดังนั้นคำสั่ง analogWrite(); จึงใช้ไม่ได้กับ ESP32 ณ ปัจจุบันนี้ (มกราคม 2019)
  การใช้งานจึงต้องใช้วงจร Timer มาช่วยการทำงานแทนการใช้งาน PWM ใช้การทำงานของ Timer มีฟังก์ชั่นการใช้งานอยู่ 3 ฟังก์ชั่นคือ
   1. ledcSetup(Channel, freq, resolution);   กำหนดค่าการทำงานของวงจรไทเมอร์
   2. ledcAttachPin(GPIO, Channel);            กำหนดขาพอร์ตที่ใช้เชื่อมต่อกับวงจรไทเมอร์
   3. ledcWrite(Channel, dutyCycle);           กำหนดค่า Duty cycle กับวงจรไทเมอร์

วงจรที่ใช้ในการทดลอง
   การเรียนรู้ครั้งนี้เป็นตัวอย่างการใช้งาน PWM ส่งออกขาพอร์ตซึ่งต่อใช้งานให้เป็นตัวอย่างเพียง 4 ขาเท่านั้น การเชื่อมต่อเป็นดังรูป

[admin]

ฟังก์ชั่นที่ใช้งานในการทดลองนี้

รูปแบบ	คำอธิบาย
pinMode(pin, mode);	pin: หมายเลขขาที่ต้องการเซตโหมด mode: INPUT, OUTPUT, INPUT_PULLUP
digitalWrite(pin,value);	pin: หมายเลข ขาที่ต้องการเขียนลอจิกออกพอร์ต value: ค่าลอจิกที่ต้องการส่งออก HIGH or LOW
delay(ms);	ms: ตัวเลขที่หยุดค้างของเวลาหน่วยมิลลิวินาที (unsigned long)

รูปแบบ	คำอธิบาย
ledcSetup(channel,freq,resolution);	ฟังก์ชั่นกำหนดค่าใน Timer -channel หมายเลขช่องของ Timer ใช้งานได้ 16 ช่องค่า 0-15 -freq ค่าความถี่ที่ใช้สร้างสัญญาณ PWM -resolution ค่าความละเอียดของ Duty cycle 1-16 bit เช่นถ้าใช้ 8 bit ค่า Duty cycle ที่กำหนดจะมีค่า 0-255 หมายถึง 0-100%
ledcAttachPin(GPIO, channel);	ฟังก์ชั่นกำหนดขาพอร์ตที่ใช้งานกับช่องของ Timer -GPIO หมายเลขขาพอร์ตที่ใช้งาน -channel หมายเลขช่องของ Timer ที่เลือกใช้งานกับขาพอร์ตที่ระบุ
ledcWrite(channel, dutycycle)	ฟังก์ชั่นสั่งการให้ Timer สร้างสัญญาณ PWM -channel หมายเลขช่องของ Timer ที่ต้องการสั่งการ -dutycycle ค่า Duty cycle ที่ต้องการให้ Timer สร้างขึ้น

หมายเหตุ
   1. หมายเลข pin สามารถใช้ตัวเลข GPIO ได้โดยตรง
   2. ขาพอร์ต GPIO34, GPIO35, GPIO36, GPIO39 ใช้งานได้เฉพาะอินพุทเท่านั้น

[admin]

ตัวอย่างโปรแกรม [1]
   เป็นโปรแกรมที่ควบคุมความสว่างของ LED จำนวน 1 ตัวที่ต่ออยู่ที่ขา GPIO21 โดยให้ LED ค่อย ๆ สว่างขึ้นจนสว่างสูงสุดแล้วค่อย ๆ หรี่ลงจนดับสนิท

โค๊ด: [Select]

#define LED1 21
/* setting PWM properties */
const int freq = 5000;
const byte ledChannel = 0;
const byte resolution = 8;
void setup(){
  ledcSetup(ledChannel, freq, resolution);
  ledcAttachPin(LED1, ledChannel);
}
void loop(){
  for(int duty = 0; duty <= 255; duty++){   
    ledcWrite(ledChannel, duty);
    delay(15);
  }
  for(int duty = 255; duty >=0; duty--){   
    ledcWrite(ledChannel, duty);
    delay(15);
  }  
}

ตัวอย่างโปรแกรม [2]
   โปรแกรมไฟวิ่งลักษณะฝนดาวตก โดยเป็นไฟวิ่งที่มีความสว่างต่างกัน การกำหนดความสว่างในโปรแกรมนี้ใช้ resolution ขนาด 8 บิตดังนั้นค่าที่กำหนดความสว่าง (Duty cycle) จะมีค่าระหว่าง 0-255 จะทำให้ LED ดับสนิทจนถึงสว่างสูงสุด การกำหนดความสว่างใช้วิธีสร้างเก็บไว้ในตัวแปรอาเรย์ที่ชื่อว่า fade ดังรูป


เมื่อส่งค่าออกไปยังขาพอร์ตให้ส่งไปที่ละจังหวะเรียงกันไปดังรูป

โค๊ด: [Select]

#define LED1 21
#define LED2 19
#define LED3 18
#define LED4 5
byte fade[] = {0,0,0,0,200,255, 200, 150, 100, 50, 10, 0, 0, 0,0};
void setup() {
  ledcSetup(0, 5000, 8);          /*ledcSetup(Channel,Freq,Resolution)  */
  ledcSetup(1, 5000, 8);
  ledcSetup(2, 5000, 8);
  ledcSetup(3, 5000, 8);
  ledcAttachPin(LED1, 0);         /*ledcAttachPin(Pin,Channel)          */
  ledcAttachPin(LED2, 1);
  ledcAttachPin(LED3, 2);
  ledcAttachPin(LED4, 3);
}
void loop() {
  for (int i = 0; i < 11; i++) {
    ledcWrite(0, fade[i]);
    ledcWrite(1, fade[i + 1]);
    ledcWrite(2, fade[i + 2]);
    ledcWrite(3, fade[i + 3]);
    delay(75);
  }
}

<a href="https://www.youtube.com/v/wXS1C54mV4k" target="_blank" class="new_win">https://www.youtube.com/v/wXS1C54mV4k</a>

[admin]

...

[admin]

...