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PWM et lecture analogique

Pourquoi ce rappel?

Les notions couvertes dans cette leçon (PWM, lecture analogue, map()) seront réutilisées tout au long de la session.

Modulation de largeur d’impulsion (PWM)

  • Nous avons vu la fonction digitalWrite qui permet de mettre ou non du voltage à une broche
  • La tension est appliquée à 100% ou 0% du temps

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  • Disons que l’on utilise un délai de 50 ms pour faire clignoter un LED, on aura un clignotement assez rapide
  • Si l’on réduit passablement la durée du délai, que se passera-t-il?
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void loop() {
  digitalWrite(ledPin, 1);
  delay(5);
  digitalWrite(ledPin, 0);
  delay(5);
}
  • Il se passera principalement 2 choses :
    • L’œil humain voit généralement un scintillement maximal de 50 à 90 hz, donc on ne verra pas le clignotement
    • Étant donné que la lumière est éteinte à 50% du temps, elle sera à 50% de sa luminosité maximale
  • Avec l’exemple présenté précédemment, on doit gérer les délais manuellement
  • On aurait pu mettre allumé 1ms et éteint 9ms pour simuler une luminosité de 10%
  • On peut gérer le mécanisme manuellement, mais Arduino offre une fonctionnalité qui permet d’effectuer cette gestion
  • Il utilise le concept de modulation de largeur d’impulsion (PWM : Pulse width modulation)

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  • La fonction analogWrite() permet de gérer le PWM
  • Elle nécessite 2 paramètres soit la broche et la valeur
  • La valeur doit être entre 0 et 255
  • Le résultat sera un prorata sur 255
  • L’avantage, c’est que l’on n’a pas à gérer les délais
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void loop() {
  analogWrite(ledPin, 127);
}

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  • Attention! Le PWM ne fonctionne pas nécessairement sur toutes les broches
    • Sur le Mega, les broches 2 à 13 et 44 à 46 sont compatibles
  • Prenons 2 minutes pour lire la documentation officielle sur la fonction analogWrite()
  • On constate que :
    • les broches dépendent du microcontrôleur utilisé
    • Il y a des fréquences différentes
    • Il y a beaucoup plus de types d’Arduino que vous vous imaginiez!

Exercice

À l’aide du kit, expérimentez en changeant la luminosité du DEL en utilisant la fonction analogWrite

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void loop() {
  analogWrite(ledPin, 127);
}

Luminosité d’une DEL

  • Avec analogWrite, on pourra modifier la valeur selon des conditions précises ou encore faire varier celle-ci
  • Dans quelle situation où l’on peut voir des variations de luminosité?

Exercice

  • Complétez et expérimentez avec l’exemple suivant
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int fadeDelay = 20;
int fadePrevious = 0;
int pwm = 5;
int dir = 10;
unsigned long cT; // Variable pour stocker le temps actuel

void loop() {
  cT = millis();
  if (cT - fadePrevious >= fadeDelay) {
    fadePrevious = cT;
    analogWrite(ledPin, pwm); 
    if (pwm <= 0 || pwm >= 255) {
      dir = -dir;
    }
    pwm += dir;
  }  
}

Question

Pourquoi après une certaine période, le code cesse de fonctionner comme prévu?

Lecture analogue

  • La fonction analogRead permet de lire le voltage sur les broches qui acceptent la lecture analogue
  • Les broches qui peuvent lire les valeurs analogues sont marquées « Ax » où A tient pour analogue et x le numéro de la broche
    • Sur le Mega A0-A15, sur le Uno A0-A5
  • Pour lire des valeurs analogues, il faut ce que l’on appelle un ADC soit un Convertisseur Analogue à Digitale.
    • Le ADC permet de lire des valeurs de 0v à 5v
    • Il a une résolution de 10 bit. Ainsi \(2^{10} - 1 = 1023\)
  • Les valeurs retournées sont entre 0 (0v) et 1023 (5v)
  • La fonction principale des broches analogues est de lire des capteurs analogue.
    • Par exemple, un potentiomètre, une sonde à température, un microphone, une cellule photo-électrique, etc.
  • Pour lire sur une broche analogue, on doit préalablement l’avoir configuré en tant qu’entrée
    • Exemple : pinMode(A0, INPUT);
  • Exemple de lecture
    • valeur = analogRead(A0)

Attention!

Les fonctions analogRead et analogWrite n’ont aucun lien entre elles.

Lecture d’une photorésistance

  • Une photorésistance (LDR : Light Dependent Resistor) est un composant simple dont la résistance varie selon la quantité de lumière qu’elle reçoit
  • Plus elle reçoit de lumière, plus sa résistance diminue (et inversement dans le noir)
  • On retrouve les photorésistances dans plusieurs situations, par exemple pour allumer automatiquement un lampadaire à la tombée du jour ou pour ajuster la luminosité d’un écran
  • Contrairement au potentiomètre, la photorésistance n’a que 2 broches : elle ne fait que faire varier sa résistance, elle ne fournit pas un voltage variable directement
  • Pour obtenir une tension qui varie avec la lumière, on doit la brancher en diviseur de tension avec une résistance fixe (ex. 10k Ω)
    • Une des broches de la photorésistance est branchée au 5v, l’autre est branchée à la fois sur la broche analogue et sur une résistance fixe reliée à la masse (GND)
    • C’est le point entre la photorésistance et la résistance fixe que l’on lit avec analogRead (Dans le schéma ci-bas où c'est inscrit ANALOG.)

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Exemple

Voici un exemple de code simple

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void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // Lire la valeur sur A0
  int sensorValue = analogRead(A0);

  // Afficher sur le moniteur
  Serial.println(sensorValue);
  delay(10);
}

Dans le kit

  • Dans le kit, vous retrouverez des photorésistances ainsi que des résistances fixes (ex. 10k Ω) pour former le diviseur de tension

La fonction map()

  • La fonction map() permet de convertir d’une plage de valeurs vers une autre
  • Par exemple, si je reçois des valeurs de 0 à 1023 et j’aimerais les convertir vers une plage de 0 à 255, je peux utiliser map()
  • Cette fonction prend 5 paramètres soit:
    • Value : Valeur source à convertir
    • fromLow : Valeur source la plus basse
    • fromHigh : Valeur source la plus haute
    • toLow : Valeur destination la plus basse
    • toHigh : Valeur destination la plus haute

Exemple

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  /* Map une valeur analogue vers 8 bits (0 to 255) */
void setup() {}

void loop() {
  int val = analogRead(A0);
  val = map(val, 0, 1023, 0, 255);
  analogWrite(9, val);
}

Exercices

Testez chacun des sujets vus dans la leçon

  • Faire changer l’intensité d’une DEL automatiquement
  • Faire changer l’intensité d’une DEL à l’aide d’une photorésistance
  • Afficher la valeur lue sur une photorésistance dans le moniteur série
  • Utiliser map() pour convertir la valeur d’une photorésistance en une intensité PWM (0-255)

Exercice de rappel

Faites un branchement avec 2 DEL et une photorésistance.

  • Utilisez map() pour convertir la valeur lue sur la photorésistance en une intensité PWM pour les DELs
  • Lorsqu’il fait sombre, les DELs doivent s’allumer à pleine intensité; lorsqu’il fait clair, elles doivent être éteintes
  • Une DEL doit être à l’inverse de l’autre, i.e. si une DEL est à 25% d’intensité, l’autre doit être à 75%

Références

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