Tout ou rien, et le PWM

Le tout-ou-rien¶

Avec digitalWrite, une broche n'a que deux états : HIGH (3,3 V, allumé) ou LOW (0 V, éteint). C'est du numérique : pas de demi-mesure. Parfait pour faire clignoter, mais comment faire une LED qui s'allume doucement, ou un moteur qui tourne lentement ?

L'astuce : allumer-éteindre très vite¶

Le PWM (Pulse Width Modulation, « modulation de largeur d'impulsion ») allume et éteint la broche mille fois par seconde. Beaucoup trop vite pour l'œil, qui ne voit que la moyenne : allumé 10 % du temps, la LED paraît faible ; 90 % du temps, presque à fond.

Plus en profondeur¶

Deux réglages : la fréquence et le rapport cyclique¶

La période, c'est la durée d'un cycle : période = 1 ÷ fréquence. À 1 000 Hz : 1 ÷ 1 000 = 0,001 s = 1 ms.

Pourquoi de 0 à 255 ?¶

Le PWM de l'ESP32 est réglé par défaut sur 8 bits : 8 chiffres binaires (des 0 et des 1) donnent 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 256 valeurs, de 0 à 255. On retrouve ce même 255 dans les couleurs du ruban et de la barre lumineuse : c'est le nombre préféré des électroniciens !

La tension « moyenne »¶

Le multimètre et les moteurs, comme l'œil, ne suivent pas 1 000 changements par seconde : ils voient la moyenne.

tension moyenne = (valeur ÷ 255) × 3,3 V

L'œil n'est pas une règle¶

Curiosité : notre œil est bien plus sensible aux faibles lumières qu'aux fortes. Passer de 0 à 25 se voit énormément, passer de 230 à 255 presque pas. C'est pour ça qu'une « respiration » faite en ligne droite paraît rester longtemps allumée à fond. Les bibliothèques comme FastLED corrigent cet effet avec une courbe appelée correction gamma.

Les moteurs et les servos¶

• Moteur : il a de l'inertie (il ne s'arrête pas en 1 ms), donc il lisse lui-même les impulsions et tourne à une vitesse moyenne. Mais une broche ne fournit pas assez de courant : le PWM commande un driver, qui commute la grosse alimentation au même rythme.
• Servo : il attend un signal différent, une impulsion répétée 50 fois par seconde (toutes les 20 ms). C'est la durée de l'impulsion qui donne l'angle : environ 1 ms pour une extrémité, 1,5 ms pour le milieu, 2 ms pour l'autre extrémité (la plage exacte varie selon les servos). La bibliothèque ESP32Servo calcule tout ça avec write().

Dans le code : analogWrite¶

analogWrite(2, 0);     // éteint (0 %)
analogWrite(2, 128);   // à moitié (50 %)
analogWrite(2, 255);   // à fond (100 %)

La valeur va de 0 à 255. Sur l'ESP32, n'importe quelle broche de sortie sait faire du PWM.

Exemples de calculs¶

Mise en pratique¶

La LED qui respire, version simple : sur la LED bleue intégrée, deux boucles for font monter puis descendre la luminosité.

#define LED 2

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

void loop() {
  for (int v = 0; v <= 255; v++) {   // la lumière monte…
    analogWrite(LED, v);
    delay(4);
  }
  for (int v = 255; v >= 0; v--) {   // … puis redescend
    analogWrite(LED, v);
    delay(4);
  }
}

Une montée dure 256 × 4 ms ≈ 1 seconde. Change le delay(4) pour respirer plus vite ou plus lentement. (La boucle for est expliquée dans tableaux, boucles et fonctions.)

Mesurer la moyenne : avec la LED de test sur D2 et analogWrite(2, 128) dans setup(), mets le multimètre en V⎓ entre D2 et GND. Il affiche environ 1,65 V : la moitié de 3,3 V. Essaie 64 (≈ 0,8 V) et 192 (≈ 2,5 V).

Les pièges¶

Exercices¶

Où ça sert dans l'atelier¶

• Mission 1 · Qui fait quoi : la respiration (□) et le mode pilote (L1) de la LED bleue.
• Mission 3 · Dagoservo : le signal du servo.
• Mission 4 · Naboucle : un radar à balayage, piloté en microsecondes.
• Mission 5 · Le driver DRV8833 : la vitesse du moteur aux gâchettes.

Pour aller plus loin¶

• 🇫🇷 Et les sorties « analogiques », enfin… presque !, cours Arduino d'Eskimon : le PWM avec analogWrite.
• 🇫🇷 Modulation de largeur d'impulsion, sur Wikipédia.
• 🇬🇧 ESP32 PWM with Arduino IDE, Random Nerd Tutorials : le PWM spécialement sur l'ESP32.
• 🇬🇧 Pulse Width Modulation, SparkFun.
• 🇬🇧 analogWrite(), la référence officielle Arduino.