PWM mit Arduino meistern: Umfassender Leitfaden & wichtige Funktionen

Arduino PWM-Programmierung & Funktionen

Was ist PWM?

PWM = Pulsweitenmodulation. Eine Gleichspannung wird in ein Rechtecksignal mit variabler Pulsbreite umgewandelt. Das Verhältnis von Einschaltdauer (T_on) zur Periodendauer (T) heißt Tastverhältnis (Duty Cycle). Auch als Pulsdauermodulation (PDM) bekannt. Moderne Leistungsschalter (MOSFETs, Transistoren) setzen PWM um; bei hohen Lasten sind oft aufwendige Treiberstufen nötig.

Warum PWM?

Hauptanwendung: Leistungssteuerung durch Variation des Tastverhältnisses. Warum nicht einfach Vorwiderstand? Widerstand wandelt überschüssige Energie in Wärme → sehr ineffizient, bei hoher Leistung teuer & groß. PWM schaltet den Verbraucher verlustarm (idealer Schalter) ein/aus – hoher Wirkungsgrad. Zweite Anwendung: Informationsübertragung im Tastverhältnis (z. B. Servosteuerung, Farbmischung).

Typische PWM-Anwendungen

1. Servomotoren: Winkel proportional zum Tastverhältnis
2. RGB-LEDs: Farbmischung aus Rot, Grün, Blau per PWM
3. DC-DC-Wandler: Effiziente Spannungswandlung
4. Motordrehzahlregelung: Gleichstrommotoren, Lüfter
5. Sinussignale/Leistungselektronik: Spannungspegelsteuerung (z. B. Inverters)

PWM-Frequenz – Worauf achten?

PWM ist ein pulsierendes Signal. Zu niedrige Frequenz → Motor ruckelt (zwischen Pulsen bremst er ab). Frequenz muss zur mechanischen Zeitkonstante des geregelten Systems passen (Motorenträgheit, Filterzeitkonstante). Faustregel: Mind. 10×–100× schneller als Systemzeitkonstante.

PWM bei Arduino – Hardware & Funktion

Arduino UNO: 6 PWM-Pins (3, 5, 6, 9, 10, 11), markiert mit ~. Standardfrequenz: 490 Hz (Pins 9,10,11) bzw. 980 Hz (Pins 3,5,6). Keine komplexe Programmierung nötig – nur analogWrite(pin, wert) mit Wert 0–255 (8 Bit Auflösung).

Unterschied: digitalWrite → nur HIGH/LOW. analogWrite → PWM (emuliert analoges Signal).

Arduino PWM-Programmierbeispiel: LED-Helligkeit stufenlos dimmen

int ledPin = 9;        // PWM-Pin
int brightness = 0;    // Start-Helligkeit
int fadeAmount = 5;    // Schrittweite

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  analogWrite(ledPin, brightness);  // PWM setzen
  brightness += fadeAmount;         // Helligkeit ändern
  
  // Richtung umkehren an Grenzen
  if (brightness <= 0 || brightness >= 255) {
    fadeAmount = -fadeAmount;
  }
  delay(30);  // Geschwindigkeit des Fadens
}

Die Variable brightness läuft 0→255→0… Die LED fadet sanft ein & aus. Wichtig: Richtigen PWM-Pin (~) nutzen & analogWrite() verwenden.

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