PWM জেনারেশন ও অ্যাপ্লিকেশন

১ · PWM কী এবং কেন

মাইক্রোকন্ট্রোলারের ডিজিটাল আউটপুট পিন সরাসরি শুধু দুটো অবস্থায় থাকতে পারে — সম্পূর্ণ HIGH অথবা সম্পূর্ণ LOW, মাঝামাঝি কোনো ভোল্টেজ দিতে পারে না (একটি প্রকৃত অ্যানালগ আউটপুটের জন্য L21-এর DAC লাগে)। কিন্তু বাস্তবে প্রায়ই আমাদের "মাঝারি" পাওয়ার লাগে — যেমন একটি LED-কে অর্ধেক উজ্জ্বলতায় জ্বালানো। এর সমাধান হলো PWMPulse Width Modulationপিনকে খুব দ্রুত বারবার HIGH ও LOW-এর মধ্যে সুইচ করানো, যেখানে HIGH থাকার সময়ের অনুপাতই নিয়ন্ত্রণ করে গড় আউটপুট কতটুকু। — পিনকে এত দ্রুত বারবার সুইচ করানো যে লোড (LED, মোটর, মানুষের চোখ) শুধু গড় মানটাই অনুভব করে, প্রতিটি আলাদা টগল নয়।

L18-এর টাইমার হার্ডওয়্যারই এটি করে — একই ফ্রি-রানিং কাউন্টার ব্যবহার করা হয়, কিন্তু এবার দুটো রেজিস্টার লাগে: একটি period রেজিস্টার (পুরো একটি PWM চক্র কত tick-এ শেষ হবে) এবং একটি compare রেজিস্টার (চক্রের কত tick পর্যন্ত পিন HIGH থাকবে)। কাউন্টার যখন compare-এর নিচে থাকে, পিন HIGH; compare ছাড়িয়ে গেলে পিন LOW; period-এ পৌঁছালে কাউন্টার আবার ০ থেকে শুরু হয়।

২ · ডিউটি সাইকেলের সূত্র

$$ D_{\%} = \dfrac{N_{compare}}{N_{period}} \times 100 $$

এখানে $N_{compare}$ হলো কতগুলো tick পর্যন্ত পিন HIGH থাকবে, আর $N_{period}$ হলো পুরো একটি চক্রে মোট tick সংখ্যা। PWM-এর ফ্রিকোয়েন্সি নির্ভর করে L18-এর সূত্র অনুযায়ী — $f_{PWM} = f_{clock} / (N_{prescaler} \times N_{period})$ — একই ক্লক/প্রিস্কেলার/period গণনা এখানেও প্রযোজ্য, শুধু এবার "reload" ভ্যালুর নাম হয়ে যায় "period"।

৩ · সিমুলেশন — সত্যিকারের tick-by-tick ওয়েভফর্ম

নিচের কোড সেলে একটি PwmTimer ক্লাস প্রতিটি tick-এর জন্য পিনের অবস্থা (HIGH=1, LOW=0) সত্যিই গণনা করে একটি তালিকায় রাখছে — তারপর সেই তালিকা থেকে কতগুলো tick HIGH ছিল তা গুনে, সেই সংখ্যা থেকে ডিউটি সাইকেল বের করে সূত্রের ফলাফলের সাথে মিলিয়ে দেখা হচ্ছে।

class PwmTimer:
    def __init__(self, period_ticks, compare_ticks):
        self.period_ticks = period_ticks
        self.compare_ticks = compare_ticks

    def formula_duty_pct(self):
        return 100 * self.compare_ticks / self.period_ticks

    def simulate_waveform(self):
        # প্রতিটি tick-এ পিনের অবস্থা সত্যিই গণনা করা হচ্ছে
        waveform = []
        for tick in range(self.period_ticks):
            level = 1 if tick < self.compare_ticks else 0
            waveform.append(level)
        return waveform


test_configs = [
    ("২৫% ডিউটি", PwmTimer(period_ticks=100, compare_ticks=25)),
    ("৬০% ডিউটি", PwmTimer(period_ticks=100, compare_ticks=60)),
    ("১০% ডিউটি", PwmTimer(period_ticks=200, compare_ticks=20)),
]

for name, pwm in test_configs:
    waveform = pwm.simulate_waveform()
    high_ticks = sum(waveform)
    total_ticks = len(waveform)
    measured_duty_pct = 100 * high_ticks / total_ticks

    print(f"--- {name} (period={pwm.period_ticks}, compare={pwm.compare_ticks}) ---")
    print(f"  সূত্র থেকে ডিউটি সাইকেল   = {pwm.formula_duty_pct():.2f}%")
    print(f"  সিমুলেশনে HIGH ticks     = {high_ticks} / {total_ticks}")
    print(f"  সিমুলেশন থেকে ডিউটি      = {measured_duty_pct:.2f}%")
    print(f"  দুটো মেলে?                = {abs(pwm.formula_duty_pct() - measured_duty_pct) < 1e-9}")

৪ · PWM-এর বাস্তব অ্যাপ্লিকেশন