01

什么是PWM

脈沖寬度調制(PWM)，簡稱脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。

**PWM的頻率：**是指1秒鐘內信號從高電平到低電平再回到高電平的次數，也就是說一秒鐘PWM有多少個周期。

單位：Hz

表示方式：50Hz、100Hz

**PWM的周期：**T=1/f

周期=1/頻率

50Hz = 20ms 一個周期

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。

**占空比：**是一個脈沖周期內，高電平的時間與整個周期時間的比例。

單位：% (0%-100%)

表示方式：20%

**周期：**一個脈沖信號的時間，1s內測周期次數等于頻率。

**脈寬時間：**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那么低電平時間就是2ms總的占空比 8/8+2= 80%，這就是占空比為80%的脈沖信號。

而我們知道PWM就是脈沖寬度調制通過調節占空比，就可以調節脈沖寬度(脈寬時間) ，而頻率，就是單位時間內脈沖信號的次數。

以20Hz，占空比為80%舉例，就是1秒鐘之內輸出了20次脈沖信號，每次的高電平時間為40ms。

我們換更詳細點的圖：

上圖中，周期為T，T1為高電平時間，T2 為低電平時間，假設周期T為1s，那么頻率就是1Hz那么高電平時間0.5s，低電平時間0.5s總的占空比就是0.5 /1 =50%。

02

PWM原理

以單片機為例，我們知道，單片機的IO口輸出的是數字信號，IO口只能輸出高電平和低電平，假設高電平為5V，低電平則為0V，那么我們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字信號模擬成的模擬電壓信號。

我們知道，電壓是以一種連接1或斷開0的重復脈沖序列被夾到模擬負載上去的（例如LED燈，直流電機等），連接即是直流供電輸出，斷開即是直流供電斷開。

通過對連接和斷開時間的控制，理論上來講，可以輸出任意不大于最大電壓值（即0~5V之間任意大小）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。

PWM的調節作用來源于對“占周期”的寬度控制，“占周期”變寬，輸出的能量就會提高，通過阻容變換電路所得到的平均電壓值也會上升，“占周期”變窄，輸出的電壓信號的電壓平均值就會降低，通過阻容變換電路所得到的平均電壓值也會下降。

也就是在一定的頻率下，通過不同的占空比，即可得到不同的輸出模擬電壓，pwm就是通過這種原理實現D/A轉換的。

**總結：**PWM就是在合適的信號頻率下，通過一個周期里改變占空比的方式來改變輸出的有效電壓。

PWM頻率越大，響應越快，那么，PWM信號的實際作用是什么呢？

我們以經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。

頻率太小的話看起來就會閃爍，那么我們平時見到的LED燈，當它的頻率大于50Hz的時候，人眼就會產生視覺暫留效果，基本就看不到閃爍了，而是一個常亮的LED燈，你在1秒內，高電平0.5秒，低電平0.5秒，(頻率1Hz)如此反復，那么你看到的電燈就會閃爍，但是如果是10毫秒內，5毫秒打開，5毫秒關閉，(頻率100Hz) 這時候燈光的亮滅速度趕不上開關速度(LED燈還沒完全亮就又熄滅了)。

由于視覺暫留作用，人眼不感覺電燈在閃爍，而是感覺燈的亮度少了，因為高電平時間(占空比)為50%，亮度也就為之前的50% ，頻率很高時，看不到閃爍，占空比越大，LED越亮；頻率很低時，可看到閃爍，占空比越大，LED越亮。

所以，在頻率一定下，可以用不同占空比改變LED燈的亮度，使其達到一個呼吸燈的效果。

03

PWM對電機轉速的控制

占空比可以實現對電機轉速的調節，我們知道，占空比是高電平在一個周期之中的比值，高電平的所占的比值越大，占空比就越大，對于直流電機來講，電機輸出端引腳是高電平電機就可以轉動，當輸出端高電平時，電機會轉動，但是是一點一點的提速，在高電平突然轉向低電平時，電機由于電感有防止電流突變的作用是不會停止的，會保持這原有的轉速。

以此往復，電機的轉速就是周期內輸出的平均電壓值，所以實質上我們調速是將電機處于一種，似停非停，似全速轉動又非全速轉動的狀態，那么在一個周期的平均速度就是我們占空比調出來的速度了，在電機控制中，電壓越大電機轉速越快，而通過PWM輸出不同的模擬電壓，便可以使電機達到不同的輸出轉速。

當然，在電機控制中，不同的電機都有其適應的頻率，頻率太低會導致運動不穩定，如果頻率剛好在人耳聽覺范圍，有時還會聽到呼嘯聲，頻率太高的電機可能反應不過來。

正常的電機頻率在 6-16kHZ之間為好。

04

PWM對舵機的控制

舵機的控制就是通過一個固定的頻率，給其不同的占空比的，來控制舵機不同的轉角，舵機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的范圍來控制舵機不同的轉角，500-2500us的PWM高電平部分對應控制180度舵機的0-180度，以180度角度伺服為例，那么對應的控制關系是這樣的：