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[基础知识] Arduino系列教程之一——PWM的秘密(上)

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PWM是啥玩意儿?

PWM是“怕玩命”的缩写,英文写法是“Pulse-width modulation”,也有些外行人士把它翻译成“脉冲宽度调制”。Arduino有很多种版本,这篇文章里是以ATmega168为例,有用过其他型号的兄弟请补充。
对于没有听说过PWM的同学,请先参考一下我的另一篇博客Arduino的模拟输入和输出

PWM是用占空比不同的方波,来模拟“模拟输出”的一种方式。靠,这个太拗口了,简而言之就是电脑只会输出0和1,那么想输出0.5怎么办呢?于是输出01010101….,平均之后的效果就是0.5了。早这么说就了然了嘛。



PWM有神马作用?

举几个例子说明:
1.通过简单的滤波电路,就可以生成真正的模拟输出量;
2.控制灯光亮度,调节电机转速;请注意这和1不是重复的,因为不需要滤波就可以实现
3.控制舵机角度,这个请参考 Arduino开发板实验三:舵机控制
4.输出信号,例如接喇叭的时候可以发声


如何产生PWM?

Arduino有三种方式可以产生PWM。第一种:


用analogWrite(pin, val)命令

其中pin是腿的编号,传说中只能用3,5,6,9,10,11这几条;val是0~255的整数值,对应电压从0到+5V。注意,那几个脚的编号,指的是ATmega168的pin编号,Arduino的板子会用这几个管脚支持更多路的PWM输出,例如我的Arduino Mega168就支持0~13共14个PWM输出。
具体的使用可以看下面的示例代码:  

  1. void setup()  
  2. {  
  3.     pinMode(pin, OUTPUT);  
  4. }     
  5.   
  6. void loop()  
  7. {  
  8.     analogWrite(pin, 128);  
  9.     delay(500);  
  10. }
复制代码


这种方式产生的方波周期大概是20ms左右(50Hz),不需要占用额外的cpu命令时间。据说99%的同学看到这里就可以下课了,技术宅请继续看第二种方式:

手动用代码实现PWM


  1. void setup()  
  2. {  
  3.     pinMode(pin, OUTPUT);  
  4. }   
  5.   
  6. void loop()  
  7. {  
  8.   digitalWrite(pin, HIGH);  
  9.   delayMicroseconds(100);  
  10.   digitalWrite(pin, LOW);  
  11.   delayMicroseconds(1000 - 100);  
  12. }
复制代码

上面这段代码会产生一个PWM=0.1的,周期为1ms的方波(1000Hz),这种方式的优缺点很明显:
1,PWM的比例可以更精确;
2,周期和频率可控制;
3,所有的pin脚都可以输出,不局限于那几个脚;
4,缺点:CPU干不了其他事情了;
好吧,缺点只有一个,却非常致命,以至于上面这些基本都是废话。但是对于周期比较大的PWM,可以用算法模拟CPU的多任务系统,从而在输出PWM的同时做点兼职。

那么能不能既调节PWM的频率和周期,又不要占用额外的CPU时间呢?请看第三种方式:


使用PWM寄存器

ATmega168有三个时钟,名字分别叫Timer0, Timer1和Timer2。每个时钟都使用了两个寄存器,其中一个是设定值例如128,另一个则从0开始不断递增,到1024之后溢出回到0。那么当两个值相同的时候,Timer就会把某个管脚反相。不同的Timer之间频率是相同的,占空比则根据设置值不同。
占空比有了,那么周期怎么控制呢?有一种叫做时钟控制器的东东,这个控制器可以设置周期为CPU周期的某个倍数,例如1,8,64,256,1024等等,Timer0和Timer1共用一个控制器,Timer2和它们是独立的。


原文链接:http://www.diy-robots.com/?p=814

Arduino官方教程:http://arduino.cc/en/Tutorial/SecretsOfArduinoPWM



大连林海  初级技神

发表于 2015-2-8 15:35:22

今天看到群里有提到这个知识的 不愧是最大社区 什么知识都有
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丄帝De咗臂  版主

发表于 2015-4-15 20:08:02

作为技术小白,我表示只看懂了第一种,后面两种需要慢慢消化了
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visionsl  高级技师

发表于 2015-9-20 22:01:15

表示看不懂第三种
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