
什么是PWM?
脉宽调制(PWM)是英文“脉冲宽度调制”的缩写。利用微处理器的数字输出来控制模拟电路是一种非常有效的技术,广泛应用于从测量和通信到功率控制和转换的许多领域。
pwm的频率:
指信号在一秒钟(一个周期)内从高电平到低电平再回到高电平的次数;
也就是说PWM一秒钟有几个周期?
单位:赫兹
表达式:50Hz 100Hz
pwm的周期:
T=1/f
周期=1/频率
一个周期50Hz=20ms毫秒。
如果频率是50Hz,也就是说一个周期是20ms,那么一秒钟就有50个PWM周期。
占空比:
是一个脉冲周期内高电平时间与整个周期时间的比值。
单位:%(0%-100%)
表情:20%
周期:一个脉冲信号在1s内的周期数等于频率。
脉冲宽度时间:高电平时间
上图中脉冲宽度时间与总周期时间的比值就是占空比。
比如周期时间为10ms,脉宽时间为8ms,那么低电平时间为2ms,总占空比为8/8 ^ 2=80%。
这是占空比为80%的脉冲信号。
我们知道PWM是脉冲宽度调制。通过调整占空比,可以调整脉冲宽度(脉冲宽度时间),频率就是单位时间内脉冲信号的个数。频率越大,频率越大。
比如20Hz的占空比为80%,一秒钟输出20次脉冲信号,每次的高电平时间为40 ms。
我们换一张更详细的图。
上图中,周期为t。
T1是高电平时间。
T2是低水平时间。
假设周期T为1s,频率为1Hz,高电平时间为0.5s,低电平时间的总占空比为0.5 /1=50%。
PWM原理
以单片机为例,我们知道单片机的IO口输出数字信号,IO口只能输出高电平和低电平。
假设高电平为5V,低电平为0V,如果要输出不同的模拟电压,就需要使用PWM。通过改变io口输出方波的占空比,可以得到用数字信号模拟的模拟电压信号。
我们知道,电压被箝位到模拟负载(如LED灯、DC电机等)上。)在连接1或断开0的重复脉冲序列中。连接是DC电源输出,断开是DC电源断开。通过控制连接和断开时间,理论上可以输出任何不大于最大电压的模拟电压(即0-5v之间的任何大小)。
例如,如果占空比为50%,即高电平时间为一半,低电平时间为一半。在某一频率下,可以得到模拟的2.5V输出电压,所以75%占空比得到的电压为3.75V
pwm的调节功能来自于控制占空比的宽度。占空比越宽,输出能量越高,阻容转换电路获得的平均电压值越高,占空比越窄,输出电压信号的平均电压值越低,阻容转换电路获得的平均电压值越低。
即在某一频率下,不同的占空比可以得到不同的输出模拟电压。
Pwm就是通过这个原理实现D/A转换的。
总结:
PWM是通过在一个周期内以合适的信号频率改变占空比来改变有效输出电压。
PWM频率越大,速度越快。
PWM输出呼吸灯
那么,PWM信号的实际作用是什么呢?
我们以常用的呼吸灯为例:
一般人的眼睛对于80Hz以上的刷新频率完全没有闪烁。
如果频率太小,看起来会闪烁。
那么当我们平时看到的LED灯的频率大于50Hz时,人眼会产生视觉暂留效应,基本看不到闪烁,而是一直亮着的LED灯。
你在高电平重复这个动作0.5秒,在低电平(频率1Hz)重复0.5秒,1秒钟,然后你看到的电灯就会闪烁。
但如果在10毫秒以内,则开启5毫秒,关闭5毫秒(频率为100Hz)。这时候照明速度跟不上开关速度(LED灯还没完全打开就关了)。由于视觉的持续性,人眼感觉不到灯在闪烁,而是感觉到灯的亮度变少了,因为高电平时间(占空比)是50%,亮度是之前的50%。
频率很高时,看不到闪烁,占空比越大,LED越亮;
当频率非常低时,可以看到闪烁,占空比越高,LED越亮。
因此,在一定的频率下,可以用不同的占空比来改变LED灯的亮度。使其达到呼吸灯效果。
电机速度的PWM控制
占空比可以调节电机速度。我们知道,占空比是一个周期中高电平的比值。高电平的比率越大,占空比越大。对于DC电机,当输出引脚为高电平时,电机可以旋转。当输出端为高电平时,电机会转动,但会一点一点加快速度。当高电平突然变为低电平时,由于电感具有防止电流突然变化的功能,电机不会停止。会维持这个原来的速度,从而往复运动,电机的速度就是周期内输出的平均电压,所以本质上我们的调速就是让电机处于停、不停、全速旋转、不全速旋转的状态,那么一个周期内的平均速度就是我们占空比调整后的速度。
在电机控制中,电压越大,电机转速越快,通过PWM可以输出不同的模拟电压,使电机达到不同的输出转速。
当然,在电机控制中,不同的电机有各自的适应频率。如果频率太低,会导致运动不稳定。如果频率刚好在人耳的听觉范围内,有时会听到口哨声。频率过高的电机可能无法响应。
正常的电机频率是6-16kHZ。
转向器的脉宽调制控制
转向机的控制是通过在固定频率下给它不同的占空比来控制转向机的不同转角。
舵机的频率一般为50HZ,即20ms左右的时基脉冲,脉冲的高电平部分一般在0.5 ms-2.5 ms范围内.来控制转向器的不同角度。
500-2500us PWM高电平部分对应控制180度转向器0-180度。
以180度角度伺服为例,对应的控制关系如下:
0.5毫秒-0度;
1.0毫秒-45度;
1.5毫秒-90度;
2.0毫秒-135度;
2.5毫秒-180度;
原标题:详细讲解PWM原理,频率,占空比。
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