查看: 18750|回复: 5

[入门] Arduino系列教程之一——PWM的秘密（上）

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。

Arduino系列教程之一——PWM的秘密（上）图1

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：

[mw_shl_code=applescript,true]<font size="3" face="微软雅黑">void setup()
{
pinMode(pin, OUTPUT);
}

void loop()
{
analogWrite(pin, 128);
delay(500);
} </font>[/mw_shl_code]

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

[mw_shl_code=applescript,true]<font size="3" face="微软雅黑">
void setup()
{
pinMode(pin, OUTPUT);
}

void loop()
{
  digitalWrite(pin, HIGH);
  delayMicroseconds(100);
  digitalWrite(pin, LOW);
  delayMicroseconds(1000 - 100);
} </font>[/mw_shl_code]

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。

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

PWM, arduino教程