本文將帶你了解PWM。我們將學(xué)習(xí)PWM的基本原理與分類，PWM如何實(shí)現(xiàn)，以及程序?qū)崿F(xiàn)。如果覺得不錯(cuò)，歡迎關(guān)注、分享、收藏、點(diǎn)贊。希望能幫助到大家，如有錯(cuò)誤敬請(qǐng)指出，謝謝！
目錄
- 基本原理
- PWM是如何實(shí)現(xiàn)？
- 分類
- 程序?qū)崿F(xiàn)
- 總結(jié)
一、基本原理
PWM的全稱是脈沖寬度調(diào)制（Pulse-width modulation），是通過(guò)將有效的電信號(hào)分散成離散形式從而來(lái)降低電信號(hào)所傳遞的平均功率的一種方式。
所以根據(jù)面積等效法則，可以通過(guò)對(duì)改變脈沖的時(shí)間寬度，來(lái)等效的獲得所需要合成的相應(yīng)幅值和頻率的波形。
具體如下圖所示：
由上圖可知，脈沖寬度調(diào)制使用一個(gè)脈沖寬度會(huì)被調(diào)制的方波，并且波型的平均值會(huì)有所變化。
因?yàn)椴恢С肿詣?dòng)解析latex公式，又不想重新敲公式，下面文字我直接復(fù)制為圖片了；
占空比：
圖中存在三種占空比狀態(tài)，25%，50%和75%占空比狀態(tài)，不難發(fā)現(xiàn)，假設(shè)占空比為D，則滿足：
其中是PWM的周期，通常和載波的周期相同；
二、PWM是如何實(shí)現(xiàn)？
PWM實(shí)現(xiàn)的原理是通過(guò)鋸齒波/三角波（載波）所需要合成的波形（調(diào)制波）進(jìn)行比較，然后確定PWM所需要輸出的極性，通常是ON或者是OFF，因?yàn)橐话愣际亲饔玫介_關(guān)元器件上；如下圖所示；
振蕩器和比較器
振蕩器輸出的鋸齒波和參考值 進(jìn)行比較，然后就可以輸出PWM波形了；
在matlab的simulink中搭建了一下仿真，具體如下圖所示；
simulink
最終輸出波形如下：
50%占空比
這里簡(jiǎn)單說(shuō)明一下：
- 鋸齒波（圖中橙色波形）最大為
10，然后我希望輸出平均為5的波形（圖1中紅色的水平直線）； - 那么通過(guò)比較，當(dāng)鋸齒波小于
5時(shí)；PWM輸出低電平，即為OFF； - 當(dāng)鋸齒波大于
5時(shí)，PWM輸出高電平，即為ON；
所以再換一個(gè)思路，如果我希望輸出一個(gè)電壓逐漸升高的波形呢，該如何設(shè)計(jì)呢？
其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要把需要調(diào)制的波形設(shè)置為斜坡輸出的波形就可以了，具體如下圖所示；
占空比逐漸增大
可以看到，最終占空比逐漸從0%增大到100%；
然后我們繼續(xù)想，能不能調(diào)制出其他的波形，比如調(diào)制一個(gè)正弦波sin wave，那也就是我們常說(shuō)的SPWM，其實(shí)是可以的，具體如下圖所示；
SPWM
三、分類
參考STM32中PWM的配置，根據(jù)載波波形的形狀，假設(shè)三角波最大值是10，那么它的變化過(guò)程可能存在以下兩種情況：
- 完整周期包括兩個(gè)過(guò)程，先遞增，再遞減：增加增加減少減少，這種也叫中央對(duì)齊PWM；
- 完整周期只有遞增過(guò)程：增加增加；
中央對(duì)齊PWM
脈沖波的中心將會(huì)被固定在時(shí)間窗格的中心，同時(shí)脈沖波的兩邊可以移動(dòng)，使得波的寬度被延伸或壓縮，具體如下圖所示；
中央對(duì)齊PWM
另一種類型的PWM脈沖波形如下圖所示；
四、程序?qū)崿F(xiàn)
現(xiàn)在的MCU大部分都自帶硬件PWM發(fā)生器，即配置好相應(yīng)的寄存器，就能直接產(chǎn)生PWM，下面的例子基于NUCLEO-F767ZI，通過(guò)cubemx配置了三路PWM輸出，然后實(shí)現(xiàn)了呼吸燈的效果；
int main(void)
{
HAL_Init();
MX_GPIO_Init();
MX_TIM4_Init();
MX_TIM3_Init();
MX_TIM12_Init();
int32_t time_stamp = 0;
int32_t time_stamp_old = 0;
int32_t ccr_val = 0;
uint8_t add_flag = 1;
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_2);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim12, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_3);
while (1)
{
time_stamp = HAL_GetTick();
if(time_stamp - time_stamp_old > 5){
time_stamp_old = time_stamp;
if(add_flag){
ccr_val+=25;
if(ccr_val >= 0xFFFF){
ccr_val = 0xFFFF;
add_flag = 0;
}
}else{
ccr_val-=25;
if(ccr_val <= 0){
add_flag = 1;
ccr_val = 0;
}
}
TIM4->CCR2 = ccr_val;
TIM12->CCR1 = ccr_val;
TIM3->CCR3 = ccr_val;
}
}
}整體效果如下：
呼吸燈
通過(guò)示波器看其中的一路PWM輸出的占空比也是隨時(shí)間變化；
PWM變化情況
五、總結(jié)
本文簡(jiǎn)單介紹了PWM的原理，以及如何產(chǎn)生PWM，可以通過(guò)鋸齒波作為載波和調(diào)制波經(jīng)過(guò)比較強(qiáng)，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM輸出波形，最后結(jié)合STM32實(shí)現(xiàn)了一個(gè)呼吸燈的簡(jiǎn)單程序。
