十七、PWM 原理介绍

PWM 基础知识

什么是 PWM

PWM（Pulse Width Modulation 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。PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号任然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有，要么完全无。比如我们的电压输出是 5v 的，那么经过改变 PWM 的占空比，可以达到在一定时间内输出 3.3V 或者 1.3V 的效果。

STM32 PWM 介绍

前面我们介绍了 STM32F407VET6 一共有 14 个定时器，可以分为高级定时器、通用定时器和基本定时器。而 PWM 功能就是在定时器的基础上实现的，但不是所有的定时器都支持 PWM 输出功能。从用户手册上可以了解到，高级定时器拥有 4 个 PWM 通道，通用定时器 L0 拥有 4 个 PWM 通道，通用定时器拥有 PWM 通道而基本定时器没有 PWM 通道。每一个 PWM 通道都对应单片机的一个管脚，这个引脚不是唯一固定的，可能有一个或者两个管脚都对应同一个通道，我们在使用的时候可以任选其一进行配置。

PWM 基本参数

PWM 是脉冲宽度调制，具有两个非常重要的参数：频率和占空比。

• 频率：PWM 的频率是整个周期的倒数。
• 占空比：占空比是指一个周期内高电平所占的比例。

控制方法

采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM 控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

基本原理

控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等但宽度不一致的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使个脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

PWM 优点

PWM 的一个优点是从处理器到被控制系统信号都是数字形式，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑 1 改变为逻辑 0 或将逻辑 0 改变为逻辑 1 时，才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是 PWM 相对于模拟控制的另一个优点，而且这也是在某些时候将 PWM 用于通信的主要原因。

PWM 应用

PWM 可应用于电机调速、功率调制、PID 调节、通信等，配置简单、抗干扰能力强。可以通过 PWM 来控制 LED 灯的亮暗变化，可以通过 PWM 信号来控制无源蜂鸣器发出简单的声音以及实现功率继电器的线圈节能等。PWM 用来驱动电机和调节电机转速是非常重要的内容。

PWM 实验

通过驱动 PWM 实现一个呼吸灯的效果，通过 PWM 信号占空比的变化，可以实现流过 LED 电流的不同，实现 LED 亮暗的渐变。

实验原理

一般人眼睛对于 80HZ 以上刷新频率则完全没有闪烁感，由于频率很高时看不到闪烁，占空比越大 LED 越亮，占空比越小 LED 越暗。所以在频率一定时，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。