Emprant la placa ARDUINO UNO, a la fig. 1 s'indica la planificació del muntatge a la protoborad d'un simple circuit constituït per un LED i una resistència R limitadora del corrent. Es visualitzen les tensions v1(t) i v2(t) amb un oscil·loscopi. La placa s'alimenta pel mateix port USB de l'ordinador.
fig. 1
fig. 2
El codi emprat, mostrat a la fig. 2, indica que s'escull el pin 8 com sortida i que el LED s'alimenta amb polsos rectangulars de 100ms de durada, que es repeteixen cada 100+400 = 500 ms, és a dir, un cicle de treball del: (100/500)·100 = 20 % . Una fotografia del muntatge s'indica a la fig. 3.
fig. 3
Relació de components:
Procediment i suggeriments:
• Activeu el codi i comproveu el funcionament del circuit.
• Escolliu qualsevol altre pin del 2 al 13, feu els canvis corresponents al codi i comproveu de nou el funcionament del circuit.
• Disminuïu els temps HIGH i LOW a 10 ms i 40 ms, respectivament, amb la qual cosa es mantindrà el cicle de treball. Observeu el parpelleig del LED, observeu a l'oscil·loscopi les tensions v1(t) i v2(t) i comproveu que el cicle de treball és el que correspon.
• Disminuïu els temps HIGH i LOW a 1 ms i 4 ms, respectivament, amb la qual cosa es mantindrà el cicle de treball. Observeu que l'ull humà ja no pot apreciar el parpelleig del LED, observeu a l'oscil·loscopi les tensions v1(t) i v2(t) i comproveu que el cicle de treball és el que correspon.
• Mesureu els valors de pic de les tensions v1(t) i v2(t) i surt, per exemple, V1 = 4,5 V i V2 = 2,1 V.
• Prenent el valor nominal de la resistència, el corrent pel LED valdrà, aproximadament: (4,5-2,1) / 330 = 6,5 mA. Extraient la resistència R , mesureu el valor de pic de la tensió v1(t) i surt, per exemple: V1 = 4,75 V , llavors, la resistència interna de la font de tensió equivalent que alimenta el circuit valdrà, aproximadament: Rg = (4,75-4,5) / 6,5 = 38,5 Ω -raoneu tot això.
• Proveu amb altres valors dels temps HIGH i LOW, altres valors del cicle de treball i feu les comprovacions que cregueu pertinents.
A continuació es veurà com es pot controlar, a més, la intensitat de llum emès pel LED.
• En primer lloc, en el codi anterior fixarem els temps d'encès i apagat del LED a 30 ms , tal com s'indica a continuació:
fig. 4
• Poseu en marxa el codi i observeu a l'oscil·loscopi la forma d'ona de la tensió v1(t) per comprovar que el cicle de treball és del 50 % (fig. 5).
fig. 5
Tal com s'indica en el següent codi:
fig. 6
• Escolliu un dels pins precedits pel símbol ~ , per exemple el ~10 , i feu el canvi de connexió corresponent.
• Canvieu: digitalWrite (8, HIGH) per: analogWrite (10, 255) i digitalWrite (8, LOW) per analogWrite (10, 0) .
• Poseu en marxa el codi i observeu a l'oscil·loscopi la tensió v1(t) per comprovar que s'obté la mateixa forma d'ona de la fig. 5.
• En el codi, disminuïu el valor 255 a 128 i observeu la nova forma d'ona de la tensió i la nova intensitat de llum emesa pel LED. Observeu que els anteriors 30 ms durant els quals el LED estava permanentment encès, ara apareixen trossejats amb un cicle de treball del 50 % (fig. 7a i 7b), amb la qual cosa el valor mitjà de la tensió aplicada al LED s'ha reduït a la meitat i, en conseqüència, la intensitat de llum emesa pel LED disminueix. Comproveu que la freqüència a la qual es trosseja aquest nivell alt de tensió és de 500 Hz .
fig. 7a fig. 7b
• Disminuïu el valor de 128 a 64 i observeu la forma d'ona de la tensió i la intensitat de llum emesa pel LED. El cicle de treball del nivell trossejat es redueix al 25 % amb la consegüent disminució de la intensitat de llum emesa pel LED.
• Aneu disminuint el valor 64 a, per exemple, 32 , 16 , 8 , 4 , 2 i 1 i observeu les formes d'ona i les intensitats de llum emeses pel LED. Determineu amb l'oscil·loscopi els diferents cicles de treball del nivell trossejat, que van apareixent. Així, es veu que els canvis d'intensitat de llum s'aconsegueixen variant el valor mitjà de la tensió que s'aplica al LED, mantenint-se constant el valor de pic d'aquesta tensió.
• Fixeu ambdós valors de les línies analogWrite a 255 i interpreteu la forma d'ona de la tensió v1(t).
• Mantenint aquests dos valors iguals, aneu disminuint-los a 128 , 64 , 32 , ··· , 1 . Observeu i interpreteu les formes d'ona que van apareixent i veieu com la intensitat de llum emesa pel LED va disminuint, però ara sense parpelleig aparent -raoneu tot això.
Ara veurem com aconseguir que la intensitat de llum emès pel LED variï, aparentment, de forma contínua i periòdica des de zero fins un valor màxim. El codi és el següent:
fig. 8
Com es pot veure, s'escull un pin precedit del símbol ~ , per exemple el ~10 , on apareixerà una variable que prendrà valors enters.
Hi ha dos loops: en el primer loop, una variable entera i es fa variar des de zero a un valor màxim de 255 i en cada variació roman durant 10ms .
En el segon loop, la variable i varia des de 255 a zero, i també roman 10 ms en cada variació.
La conseqüència de tot això és que en el pin ~10 apareixerà una tensió polsant, rectangular, amb un cicle de treball modulat -Pulse With Modulation (PWM)- des de zero fins el 100 % .
Procediment i suggeriments:
• Activeu el codi i observeu la resposta del LED. Mireu el LED per la seva part superior -per la lupa- per apreciar millor els canvis de lluminositat.
• Amb una base de temps de 0,5 ms/Div , observeu a l'oscil·loscopi la variació periòdica del cicle de treball, de zero al 100 % , de la tensió v1(t). Comproveu que la freqüència del senyal polsant és de 500 Hz.
• La freqüència de variació de la lluminositat del LED és molt baixa. La variació de zero a 255 més la variació de 255 a zero, empra un temps de 2·255·10 = 5,1 segons , llavors, la freqüència valdrà 1/5,1 s = 196 mHz -raoneu-ho.
• Assageu altres valors per als delay i altres valors mínim i màxim per a la variable i , amb la qual cosa variaran la profunditat de la modulació PWM i la freqüència de la variació de la lluminositat del LED -raoneu-ho.
• Assageu LEDs de llum blanca, d'alta lluminositat -dels emprats per a petites llanternes- i augmenteu els valors de la resistència limitadora del corrent, dels delay i els valors mínim i màxim de la variable i , per aconseguir la sensació de variació contínua de la intensitat de llum que més agradi.
