PWM控制的原理及實際應(yīng)用

PWM（Pulse Width Modulation）簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在測量、通信、工控等方面。

是指在1秒鐘內(nèi)，信號從高電平到低電平再回到高電平的次數(shù)，也就是說一秒鐘PWM有多少個周期，單位Hz。

T=1/f，T是周期，f是頻率。如果頻率為50Hz ，也就是說一個周期是20ms，那么一秒鐘就有 50次PWM周期。

是一個脈沖周期內(nèi)，高電平的時間與整個周期時間的比例，單位是% (0%-100%)

一個周期的長度，如下圖所示。

其中，周期是一個脈沖信號的時間，1s內(nèi)的周期T次數(shù)等于頻率f，脈寬時間是指高電平時間。上圖中，脈寬時間占總周期時間的比例，就是占空比。

比方說，周期的時間是10ms，脈寬時間是8ms，那么占空比是8/10= 80%，這就是占空比為80%的脈沖信號。PWM就是脈沖寬度調(diào)制，通過調(diào)節(jié)占空比就可以調(diào)節(jié)脈沖寬度。

以STM32單片機(jī)為例，其IO口只能輸出高電平和低電平。

假設(shè)高電平為5V、低電平則為0V，那么要輸出不同的模擬電壓就要用到PWM。通過改變IO口輸出的方波的占空比，從而獲得使用數(shù)字信號模擬成的模擬電壓信號。

電壓是以一種脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的，接通時是高電平1，斷開時是低電平0。接通時直流供電輸出，斷開時直流供電斷開。通過對接通和斷開時間的控制，理論上來講，可以輸出任意不大于最大電壓值5V的模擬電壓。

比方說，占空比為50%那就是高電平時間一半，低電平時間一半。在一定的頻率下，就可以得到模擬的2.5V輸出電壓。那么75%的占空比，得到的電壓就是3.75V，如下圖所示。

1、LED呼吸燈

以經(jīng)常使用的呼吸燈舉例。

一般人眼睛對于80Hz以上刷新頻率則完全沒有閃爍感，那么我們平時見到的LED燈，當(dāng)它的頻率大于50Hz的時候，人眼就會產(chǎn)生視覺暫留效果，基本就看不到閃爍了，而是誤以為是一個常亮的LED燈。

由于頻率很高時看不到閃爍，占空比越大LED越亮，占空比越小LED越暗，相關(guān)呼吸燈實例:STM32中PWM的配置與應(yīng)用詳解。所以，在頻率一定時，可以用不同占空比改變LED燈的亮度，使其達(dá)到一個呼吸燈的效果。

2、PWM對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制

調(diào)節(jié)占空比可以實現(xiàn)不同電壓的輸出，實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

對于直流電機(jī)來講，電機(jī)輸出端引腳是高電平電機(jī)就可以轉(zhuǎn)動，當(dāng)輸出端高電平時，電機(jī)會轉(zhuǎn)動，但是是一點一點的提速，在高電平突然轉(zhuǎn)向低電平時，電機(jī)由于電感有防止電流突變的作用是不會停止的，會保持這原有的轉(zhuǎn)速，以此往復(fù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就是周期內(nèi)輸出的平均電壓值，所以實質(zhì)上我們調(diào)速是將電機(jī)處于一種，似停非停，似全速轉(zhuǎn)動又非全速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)，那么在一個周期的平均速度就是我們占空比調(diào)出來的速度了。

在電機(jī)控制中，電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，而通過PWM輸出不同的模擬電壓，便可以使電機(jī)達(dá)到不同的輸出轉(zhuǎn)速。

當(dāng)然，在電機(jī)控制中，不同的電機(jī)都有其適應(yīng)的頻率 頻率太低會導(dǎo)致運(yùn)動不穩(wěn)定，如果頻率剛好在人耳聽覺范圍，有時還會聽到呼嘯聲。頻率太高時，電機(jī)可能反應(yīng)不過來，正常的電機(jī)頻率在 6-16kHZ之間為好。

3、PWM對舵機(jī)的控制

舵機(jī)的控制就是通過一個固定的頻率，給其不同的占空比來控制舵機(jī)不同的轉(zhuǎn)角。

舵機(jī)的頻率一般為頻率為50HZ，也就是一個20ms左右的時基脈沖，而脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍，來控制舵機(jī)不同的轉(zhuǎn)角。500-2500us的PWM高電平部分對應(yīng)控制180度舵機(jī)的0-180度。

以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：

0.5ms-------------0度；

1.0ms------------45度；

1.5ms------------90度；

2.0ms-----------135度；

2.5ms-----------180度