Comprendre le PWM

Depuis tes premières leçons, tu sais qu'une broche GPIO en sortie ne connaît que deux états : niveau haut (5 V) ou niveau bas (0 V). Il n'existe aucun réglage intermédiaire : la broche ne sait pas produire 2,5 V. Et pourtant un robot a besoin de nuances — rouler doucement, accélérer franchement, tamiser une lumière.

La solution ne joue pas sur la tension, elle joue sur le temps : allumer, éteindre, allumer, éteindre — des centaines de fois par seconde. Ce hachage s'appelle PWM, modulation de largeur d'impulsion. Vu de loin, le signal n'est plus « tout ou rien » : c'est une MOYENNE, réglable finement entre 0 et 100 % de la puissance.

Le signal PWM se décrit avec deux nombres. La fréquence dit combien de fois par seconde le cycle recommence : à 200 Hz, chaque période dure 1 ÷ 200 = 5 ms. Le rapport cyclique dit quelle PART de chaque période est passée au niveau haut : 2 ms allumé puis 3 ms éteint, c'est 2 ÷ 5 = 40 %. À 0 % la sortie est toujours basse, à 100 % toujours haute.

En pratique, le rapport cyclique se code souvent sur un octet, de 0 à 255 : 0 pour toujours éteint, 255 pour toujours allumé, 128 pour 128 ÷ 255 ≈ 50 %. Et la moyenne suit une règle limpide : tension moyenne = rapport cyclique × tension d'alimentation. Sur du 5 V, un rapport de 40 % donne 2 V de moyenne — sans jamais avoir produit autre chose que du 5 V et du 0 V.

Le moteur lisse le hachage pour deux raisons physiques. L'inertie, d'abord : son rotor et les roues qu'il entraîne sont lancés — impossible de s'arrêter puis repartir en 3 ms, le mouvement traverse les trous du signal comme un volant d'inertie. L'inductance, ensuite : les bobinages du moteur s'opposent aux variations brutales de courant, qui baisse à peine pendant les instants éteints. À 200 Hz, les poussées se fondent en une poussée continue.

Un rappel qui n'est pas un détail : la broche ne pilote JAMAIS le moteur en direct. Elle ne sait fournir que quelques milliampères, quand le moteur en réclame des centaines. Depuis ta toute première leçon, un transistor — ou un driver complet — s'intercale : la broche envoie le signal PWM minuscule, l'étage de puissance recopie ce hachage sur le gros courant de la batterie. Le PWM commande, le transistor exécute.

La LED, elle, ne lisse rien : elle s'allume et s'éteint en une fraction de microseconde et suit fidèlement chaque créneau. Si tu vois pourtant une lumière stable et tamisée, c'est que le lissage se fait… dans ton œil. La rétine conserve chaque image environ un cinquantième de seconde : au-delà de 50 éclats par seconde, elle fusionne tout en une luminosité continue, proportionnelle au rapport cyclique.

C'est la grande leçon du PWM : il ne fabrique aucune valeur intermédiaire — il compte sur un élément LENT placé en bout de chaîne pour faire la moyenne. Moteur : l'inertie et l'inductance. LED : la persistance de l'œil. Chauffage : la lenteur thermique. Tout ce qui est lent devant la période de hachage se pilote en PWM ; c'est pourquoi ce même signal servira partout dans ton robot.