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2.3 LED-Dimmen mit PWM

In dieser Lektion lernen wir, wie man mit Pulsweitenmodulation (PWM) die Helligkeit einer LED auf dem Raspberry Pi Pico 2 W steuert. Diese Technik ist eine grundlegende Methode in der Elektronik, die es ermöglicht, Geräte wie LEDs und Motoren mit variabler Intensität zu steuern.

Was ist PWM?

Pulsweitenmodulation (PWM) ist ein Verfahren zur Steuerung der Leistung, die einem elektronischen Gerät zugeführt wird, indem das Signal mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet wird. Die „Breite“ des Impulses (die Dauer, in der das Signal eingeschaltet ist) bestimmt, wie viel Energie das Gerät erhält.

• Tastverhältnis (Duty Cycle): Der prozentuale Anteil einer Periode, in der das Signal aktiv ist. Ein Tastverhältnis von 100 % bedeutet, dass das Signal durchgehend eingeschaltet ist, während 0 % bedeutet, dass es immer aus ist.

• Frequenz: Gibt an, wie oft das Signal pro Sekunde ein- und ausgeschaltet wird.

Durch die Anpassung des Tastverhältnisses kann ein analoges Verhalten mit digitalen Signalen simuliert werden. Wenn eine LED beispielsweise sehr schnell ein- und ausgeschaltet wird, nehmen unsere Augen eine kontinuierliche Helligkeitsänderung wahr.

Warum PWM verwenden?

• Helligkeitsregelung für LEDs: Sanftes Dimmen von LEDs.

• Drehzahlsteuerung von Motoren: Kontrolle der Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren.

• Hohe Effizienz: PWM ist energieeffizienter als variable Widerstände, da es weniger Energie in Form von Wärme verliert.

PWM auf dem Raspberry Pi Pico 2 W verstehen

Der Raspberry Pi Pico 2 W unterstützt PWM auf allen GPIO-Pins. Er verfügt jedoch über 8 PWM-Blöcke (PWM0 bis PWM7), wobei jeder Block über zwei Kanäle (A und B) verfügt, sodass insgesamt 16 unabhängige PWM-Ausgänge verfügbar sind.

Bemerkung

Pins, die denselben PWM-Block teilen (z. B. GP0 und GP16), können nicht unterschiedliche Frequenzen haben, wohl aber unterschiedliche Tastverhältnisse.

• LED

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten.

Ein vollständiges Kit ist sehr praktisch, hier ist der Link:

Name	ENTHALTENE TEILE	KAUFLINK
Pico 2 W Starter Kit	450+	Pico 2 W Kit

Alternativ kannst du die Komponenten auch einzeln kaufen:

SN	KOMPONENTENBESCHREIBUNG	MENGE	KAUFLINK
1	Einführung in den Pico 2 W	1
2	Micro-USB-Kabel	1
3	Breadboard	1	KAUFEN
4	Jumper-Kabel	Mehrere	KAUFEN
5	Widerstand	1 (220Ω)	KAUFEN
6	LED	1	KAUFEN

Schaltplan

Verdrahtung

Den Code schreiben

Bemerkung

• Öffne die Datei 2.3_fading_led.ino im Pfad pico-2w-kit-main/arduino/2.3_fading_led.

• Oder kopiere den Code in die Arduino IDE.

• Wähle das Board (Raspberry Pi Pico) und den richtigen Port aus, bevor du auf Hochladen klickst.

const int ledPin = 15; // GPIO-Pin, der mit der LED verbunden ist

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT); // GPIO-Pin als Ausgang festlegen
}

void loop() {
  // Helligkeit erhöhen
  for (int value = 0; value <= 255; value += 5) {
    analogWrite(ledPin, value); // Helligkeit setzen
    delay(30);                  // 30 Millisekunden warten
  }
  // Helligkeit verringern
  for (int value = 255; value >= 0; value -= 5) {
    analogWrite(ledPin, value);
    delay(30);
  }
}

Nach dem Hochladen des Codes sollte die LED allmählich heller werden und dann wieder dunkler, wodurch ein sanfter Pulsierungseffekt entsteht.

Den Code verstehen

1. Deklaration des LED-Pins:

   Ein konstanter Integer ledPin wird mit dem Wert 15 deklariert, der dem GPIO-Pin 15 entspricht, an den die LED angeschlossen ist.

   const int ledPin = 15;
   

2. Einrichtung des Pins:

   Die Funktion setup() wird einmal ausgeführt, sobald das Board eingeschaltet wird. Dabei initialisieren wir ledPin als Ausgang mit pinMode().

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

3. Die Loop-Funktion:

   Die loop()-Funktion wird kontinuierlich ausgeführt und enthält zwei for-Schleifen:

   • Helligkeit erhöhen: Beginnt mit value = 0 und erhöht den Wert in Schritten von 5 bis 255.

   • Helligkeit verringern: Beginnt mit value = 255 und reduziert den Wert schrittweise auf 0.

   • analogWrite() sendet ein PWM-Signal an den angegebenen Pin. Der Wert reicht von 0 (immer aus) bis 255 (immer an) und ermöglicht 256 Helligkeitsstufen.

   • delay(30); verlangsamt die Schleife, damit die Helligkeitsänderung für das menschliche Auge sichtbar wird.

   void loop() {
     // Helligkeit erhöhen
     for (int value = 0; value <= 255; value += 5) {
       analogWrite(ledPin, value);
       delay(30);
     }
     // Helligkeit verringern
     for (int value = 255; value >= 0; value -= 5) {
       analogWrite(ledPin, value);
       delay(30);
     }
   }
   

Zusätzliche Tipps

• Experimentiere: Ändere die Werte für die Inkremente oder die Verzögerung, um den Effekt zu variieren.

• PWM-Einschränkungen verstehen: Während alle GPIO-Pins des Pico PWM unterstützen, können Pins desselben PWM-Blocks nicht unterschiedliche Frequenzen haben, wohl aber verschiedene Tastverhältnisse.

• Sicherheit beachten: Verwende stets einen Vorwiderstand für die LED, um zu verhindern, dass sie zu viel Strom zieht und beschädigt wird.

Fazit

Du hast erfolgreich einen sanften Dimm-Effekt für eine LED mit PWM auf dem Raspberry Pi Pico 2 W erstellt. Dieses Projekt demonstriert, wie PWM zur Simulation analoger Steuerungen mit digitalen Signalen eingesetzt werden kann – ein grundlegendes Konzept in der Mikrocontroller-Programmierung und Elektronik.