펄스 폭 변조(PWM),
아날로그 출력
아두이노는 디지털 장치이므로 아날로그 신호를 입력받으면 그대로 처리하지 못한다. 따라서 ADC로 아날로그 입력값을 디지털 신호로 변환하여 처리한다.
출력값으로 아날로그 신호를 보낼 때 사용하는 방법이 PWM이다. PWM을 사용하면 입력받은 디지털 신호를 아날로그 신호처럼 변환하여 출력할 수 있다. 즉, PWM을 사용하면 디지털 핀을 아날로그 출력 핀으로 사용할 수 있게 된다.
펄스 폭 변조 (PWM)
펄스 폭 변조 (Pulse Width Modulation, PWM)는 디지털 신호를 사용하여 아날로그 장치를 제어하는 기술입니다. 핵심 아이디어는 일정한 주파수로 펄스 신호를 생성하고, 펄스의 지속 시간 (폭)을 변경하여 전달되는 전력량을 조절하는 것입니다.
즉, 펄스의 폭을 조절하여 전달되는 전력량을 제어하며, 모터 제어, LED 밝기 조절, 오디오 증폭 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
PWM 비유
PWM을 이해하는 쉬운 방법은 수도꼭지를 생각하는 것입니다. 수도꼭지를 완전히 열면 물이 많이 나오고, 조금만 열면 물이 적게 나옵니다. PWM도 마찬가지로 펄스의 폭을 넓게 하면 전력이 많이 전달되고, 폭을 좁게 하면 전력이 적게 전달됩니다.
PWM의 구성 요소
PWM 신호는 다음과 같은 세 가지 요소로 구성됩니다.
- 주파수 (Frequency): 펄스가 발생하는 빈도입니다. 주파수가 높을수록 펄스가 빠르게 반복됩니다.
- 듀티 사이클 (Duty Cycle): 한 주기에서 펄스가 High 상태를 유지하는 시간의 비율(HIGH 신호의 비율)입니다. 듀티 사이클이 높을수록 펄스의 폭이 넓어지고, 전력이 많이 전달됩니다. 듀티 사이클이 100%이면 항상 HIGH인 디지털 신호이며, 0%이면 항상 LOW인 디지털 신호입니다.
- 펄스 폭 (Pulse Width): 펄스가 High 상태를 유지하는 시간입니다. 듀티 사이클과 주파수에 따라 결정됩니다.
PWM의 장점
- 효율적인 전력 제어: PWM은 디지털 신호를 사용하여 아날로그 장치를 제어하기 때문에, 전력 손실을 최소화하고 효율성을 높일 수 있습니다.
- 간단한 구현: PWM은 마이크로컨트롤러나 디지털 회로를 사용하여 간단하게 구현할 수 있습니다.
- 다양한 응용: 모터 제어, LED 밝기 조절, 오디오 증폭, 통신 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
PWM의 활용 예시
- 모터 제어: PWM을 사용하여 모터의 속도를 제어할 수 있습니다. 듀티 사이클을 높이면 모터에 전달되는 전력이 증가하여 속도가 빨라지고, 듀티 사이클을 낮추면 속도가 느려집니다.
- LED 밝기 조절: PWM을 사용하여 LED의 밝기를 조절할 수 있습니다. 듀티 사이클을 높이면 LED에 전달되는 전력이 증가하여 밝아지고, 듀티 사이클을 낮추면 어두워집니다.
- 오디오 증폭: PWM을 사용하여 오디오 신호를 증폭할 수 있습니다. 펄스의 폭을 오디오 신호의 크기에 따라 조절하여 아날로그 신호를 생성합니다.
PWM의 단점
- 주파수 제한: PWM은 펄스 신호를 사용하기 때문에, 제어할 수 있는 주파수에 제한이 있습니다.
- 노이즈: PWM 신호는 고주파 노이즈를 발생시킬 수 있습니다. 이러한 노이즈는 다른 전자 장치에 영향을 미칠 수 있으므로, 필터를 사용하여 노이즈를 제거해야 합니다.
