PWM原理

脉冲宽度调制(PWM),是英文“Pulse Width Modulation”的缩写,简称脉宽调制,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法,由于计算机不能输出模拟电压,只能输出0 或5V 的的数字电压值,我们就通过使用高分辨率计数器,利用方波的占空比被调制的方法来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么是5V(ON),要么是0V(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。输出的电压值是通过通和断的时间进行计算的。
占空比变宽,输出的能量就会提高,通过阻容变换电路所得到的有效电压也会上升,占空比变窄,输出的电压信号的有效电压值就会降低。

占空比:一个脉冲周期内,高电平的时间与整个周期时间的比例
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周期: 一个脉冲信号的时间 1s内测周期次数等于频率
脉宽时间: 高电平时间
上图中 脉宽时间占总周期时间的比例,就是占空比

输出电压=(接通时间/脉冲时间)× 最大电压值
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PWM 应用

PWM输出呼吸灯

我们以经常使用的呼吸灯举例:一般人眼睛对于80Hz 以上刷新频率则完全没有闪烁感,频率太小的话 看起来就会闪烁。那么我们平时见到的LED灯,当它的频率大于50Hz的时候,人眼就会产生视觉暂留效果,基本就看不到闪烁了,而是一个常亮的LED灯。你在1秒内,高电平0.5秒,低电平0.5秒,(频率1Hz)如此反复,那么你看到的电灯就会闪烁。但是如果是10毫秒内,5毫秒打开,5毫秒关闭,(频率100Hz) 这时候灯光的亮灭速度赶不上开关速度(LED灯还没完全亮就又熄灭了),由于视觉暂留作用,人眼不感觉电灯在闪烁,而是感觉灯的亮度少了 因为高电平时间(占空比)为50%,亮度也就为之前的50% ,
频率很高时,看不到闪烁,占空比越大,LED越亮;
频率很低时,可看到闪烁,占空比越大,LED越亮。
所以,在频率一定下,可以用不同占空比改变LED灯的亮度。 使其达到一个呼吸灯的效果
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PWM对电机转速的控制

占空比可以实现对电机转速的调节,我们知道,占空比是高电平在一个周期之中的比值,高电平的所占的比值越大,占空比就越大,对于直流电机来讲,电机输出端引脚是高电平电机就可以转动,当输出端高电平时,电机会转动,但是是一点一点的提速,在高电平突然转向低电平时,电机由于电感有防止电流突变的作用是不会停止的,会保持这原有的转速,以此往复,电机的转速就是周期内输出的平均电压值,所以实质上我们调速是将电机处于一种,似停非停,似全速转动又非全速转动的状态,那么在一个周期的平均速度就是我们占空比调出来的速度了,
在电机控制中,电压越大,电机转速越快,而通过PWM输出不同的模拟电压,便可以使电机达到不同的输出转速。
当然,在电机控制中,不同的电机都有其适应的频率 频率太低会导致运动不稳定,如果频率刚好在人耳听觉范围,有时还会听到呼啸声。频率太高的电机可能反应不过来。

正常的电机频率在 6-16kHZ之间为好

PWM对舵机的控制

舵机的控制就是通过一个固定的频率,给其不同的占空比的,来控制舵机不同的转角。舵机的频率一般为频率为50HZ,也就是一个20ms左右的时基脉冲,而脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围。来控制舵机不同的转角

500-2500us的PWM高电平部分对应控制180度舵机的0-180度
以180度角度伺服为例,那么对应的控制关系是这样的:
0.5ms———————0度;
1.0ms——————45度;
1.5ms——————90度;
2.0ms—————-135度;
2.5ms—————-180度;
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