PWM explicado: ciclo de trabajo, analogWrite en Arduino y LEDC en ESP32

El PWM es la forma que tienen los microcontroladores de «simular» una salida analógica usando solo dos estados: encendido y apagado. Con él regulas el brillo de un LED, la velocidad de un motor o la posición de un servo. En esta guía aprenderás qué son el ciclo de trabajo y la frecuencia, y cómo generar PWM con analogWrite en Arduino y con LEDC en ESP32.

En resumen

• PWM = una señal cuadrada que se enciende y apaga muy rápido; lo que cambia es cuánto tiempo está encendida.
• El ciclo de trabajo (duty cycle) es ese porcentaje: 50 % en un pin de 5 V equivale de media a 2,5 V.
• En Arduino Uno, analogWrite(pin, 0–255) funciona a unos 490 Hz (980 Hz en los pines 5 y 6).
• En ESP32 (core 3.x) se usa ledcAttach(pin, frecuencia, resolución) y ledcWrite(pin, valor).

Qué es el PWM

PWM significa Pulse Width Modulation, modulación por ancho de pulso. Un pin digital solo puede estar a 0 V o a la tensión de alimentación (5 V o 3,3 V). Pero si lo enciendes y apagas cientos o miles de veces por segundo, la carga «ve» un valor medio.

Dos parámetros definen la señal:

• Frecuencia: cuántos ciclos completos hay por segundo (Hz).
• Ciclo de trabajo: qué porcentaje de cada ciclo está la señal en alto.

Ciclo de trabajo y tensión media

La tensión media es proporcional al ciclo de trabajo:

V media = ciclo de trabajo × V alimentación

Importante: no es una tensión analógica real. Si mides con un multímetro verás el valor medio, pero un osciloscopio mostrará la señal cuadrada. Para una tensión analógica de verdad necesitas un filtro RC o un DAC.

Qué frecuencia usar

PWM en Arduino: analogWrite

En las placas Arduino clásicas, analogWrite() genera PWM con una resolución de 8 bits (0–255).

analogWrite(pin, valor);  // valor de 0 (apagado) a 255 (siempre encendido)

No hace falta configurar el pin con pinMode() antes de usarla.

Pines y frecuencias según la referencia oficial

En la placa, los pines PWM suelen estar marcados con el símbolo ~.

Ejemplo: LED que se enciende y apaga suavemente

LED con su resistencia (220 Ω) en el pin 9. Si dudas del valor, usa la calculadora de resistencia para LED.

const int LED = 9;

void setup() {
  // analogWrite no necesita pinMode
}

void loop() {
  for (int brillo = 0; brillo <= 255; brillo++) {
    analogWrite(LED, brillo);
    delay(5);
  }
  for (int brillo = 255; brillo >= 0; brillo--) {
    analogWrite(LED, brillo);
    delay(5);
  }
}

El brillo no es lineal

El ojo humano percibe el brillo de forma logarítmica: pasar de 0 a 25 se nota mucho, pasar de 200 a 255 apenas. Para un fundido que parezca uniforme se aplica una corrección gamma, por ejemplo elevando el valor normalizado al cuadrado o al cubo antes de escribirlo.

PWM en ESP32: LEDC

El ESP32 genera PWM con su periférico LEDC (LED Control). A diferencia del Arduino Uno, permite elegir frecuencia y resolución en casi cualquier pin de salida.

API del core 3.x de Arduino-ESP32

Desde la versión 3.0 del core, ledcSetup() y ledcAttachPin() se eliminaron y se sustituyeron por una sola función. Los canales se asignan automáticamente.

ledcAttach(pin, frecuencia, resolucion);  // resolución en bits
ledcWrite(pin, ciclo);                    // ciclo de 0 a (2^resolucion - 1)
ledcDetach(pin);                          // liberar el pin

Según la documentación de Espressif, la resolución admite de 1 a 14 bits en general, y hasta 20 bits en el ESP32 original. Cuanto mayor es la frecuencia, menor es la resolución máxima disponible.

Ejemplo: fundido de LED en ESP32

const int LED = 2;
const int FRECUENCIA = 5000;  // 5 kHz
const int RESOLUCION = 8;     // 0–255

void setup() {
  ledcAttach(LED, FRECUENCIA, RESOLUCION);
}

void loop() {
  for (int ciclo = 0; ciclo <= 255; ciclo++) {
    ledcWrite(LED, ciclo);
    delay(5);
  }
  for (int ciclo = 255; ciclo >= 0; ciclo--) {
    ledcWrite(LED, ciclo);
    delay(5);
  }
}

Si copias un ejemplo antiguo con ledcSetup(canal, ...) y no compila, es por este cambio de API: adáptalo a ledcAttach o instala la versión 2.0.17 del core para mantener el código antiguo.

Resolución y valores máximos

Usos prácticos del PWM

Brillo de LED y tiras LED

Un LED suelto se conecta al pin con su resistencia. Para una tira LED de 12 V necesitas un MOSFET de nivel lógico entre la tira y GND, controlado por el pin PWM. Lo explicamos en el transistor como interruptor.

Velocidad de motores DC

El motor nunca se conecta directo al pin. Usa:

• Un MOSFET más diodo flyback si solo necesitas un sentido de giro.
• Un puente H (L298N, TB6612FNG, DRV8833) si necesitas cambiar de sentido.

El PWM regula la velocidad: con un ciclo bajo, puede que el motor no arranque por el rozamiento. Suele hacer falta un mínimo (por ejemplo, 30–40 %) para que empiece a girar.

Servos

Un servo de modelismo no se controla con el ciclo de trabajo en porcentaje, sino con el ancho del pulso dentro de una señal de 50 Hz:

Los márgenes exactos varían según el modelo. Lo más cómodo es usar la librería Servo:

#include <Servo.h>

Servo servo;

void setup() {
  servo.attach(9);
}

void loop() {
  servo.write(0);
  delay(1000);
  servo.write(90);
  delay(1000);
  servo.write(180);
  delay(1000);
}

En el Arduino Uno, la librería Servo usa un temporizador que desactiva analogWrite() en los pines 9 y 10. En ESP32 se usa una librería específica, como ESP32Servo.

Errores habituales

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