PWM原理及其应用
什么是PWM
PWM（Pulse Width Modulation）简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对vwin 电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在测量、通信、工控等方面。
PWM的频率
是指在1秒钟内，信号从高电平到低电平再回到高电平的次数，也就是说一秒钟PWM有多少个周期，单位Hz。
PWM的周期
T=1/f，T是周期，f是频率。
如果频率为50Hz ，也就是说一个周期是20ms，那么一秒钟就有 50次PWM周期。
占空比
是一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例，单位是% (0%-100%)
一个周期的长度，如下图所示。
其中，周期是一个脉冲信号的时间，1s内的周期T次数等于频率f，脉宽时间是指高电平时间。
上图中，脉宽时间占总周期时间的比例，就是占空比。
比方说，周期的时间是10ms，脉宽时间是8ms，那么占空比是8/10= 80%，这就是占空比为80%的脉冲信号。
PWM就是脉冲宽度调制，通过调节占空比就可以调节脉冲宽度。
PWM原理
假设高电平为5V、低电平则为0V，那么要输出不同的模拟电压就要用到PWM。通过改变IO口输出的方波的占空比，从而获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号。
电压是以一种脉冲序列被加到模拟负载上去的，接通时是高电平1，断开时是低电平0。接通时直流供电输出，断开时直流供电断开。通过对接通和断开时间的控制，理论上来讲，可以输出任意不大于最大电压值5V的模拟电压。
比方说，占空比为50%那就是高电平时间一半，低电平时间一半。在一定的频率下，就可以得到模拟的2.5V输出电压。那么75%的占空比，得到的电压就是3.75V，如下图所示。
也就是说，在一定的频率下，通过不同的占空比即可得到不同大小的输出模拟电压，PWM就是通过这种原理实现数字模拟信号转换的。
PWM应用
LED呼吸灯
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，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，而是误以为是一个常亮的LED灯。
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。
PWM对电机转速的控制
调节占空比可以实现不同电压的输出，实现对电机转速的调节。
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。频率太高时，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：
下图演示占空比从1ms变化到2ms时，转角的变化。
审核编辑：汤梓红
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原文标题：PWM原理及其应用
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