一、PWM是什么？有什么用？

PWM指的是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對(duì)脈沖寬度的調(diào)節(jié)可以達(dá)到通信（如控制舵機(jī)）、模擬“模擬輸出”（如調(diào)節(jié)燈的亮度），前者在以后再結(jié)合舵機(jī)來講，本文側(cè)重講后者。

首先，我們來了解幾個(gè)概念：

1、PWM頻率、PWM周期

這是一個(gè)約為50Hz的PWM輸出波形

這個(gè)PWM的周期約為20ms

PWM頻率指1秒的時(shí)間里PWM運(yùn)行的次數(shù)；

PWM周期指一次完整的PWM輸出所使用的時(shí)間。

2、占空比

從上往下，占空比分別為25%、50%、75%

占空比指在一個(gè)周期內(nèi)接通的時(shí)間占這一周期的比例。

明白這些后，恭喜你已經(jīng)基本掌握PWM的原理了！

我們知道單片機(jī)的IO口只有0和1兩種輸出狀態(tài)，只能控制LED的亮與滅，如果我們想要得到下面這樣的輸出效果，思考一下，結(jié)合PWM我們可以怎么做？

你可能已經(jīng)想到了，IO口保持高電平（1）時(shí)LED最亮，此時(shí)電壓為5V（以5V電壓工作的單片機(jī)為例），如果在里面插入低電平，輸出10101010...不就相當(dāng)于輸出2.5V了嗎？

不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，這樣使用PWM確實(shí)能達(dá)到“模擬輸出”的效果，但如果真的需要模擬輸出，單單這樣是不夠的（所以前面標(biāo)了引號(hào)），在此不進(jìn)行細(xì)說。

二、怎樣設(shè)計(jì)PWM程序？

我們先來構(gòu)造這么一個(gè)框架：

1、確定一個(gè)單位時(shí)間t，每個(gè)t內(nèi)固定地輸出0或1；

2、過了n個(gè)t完成一個(gè)PWM周期；

3、使用程序控制一個(gè)周期內(nèi)輸出1的數(shù)量為m，輸出0的數(shù)量為(n-m)。

有了上面的框架，設(shè)計(jì)程序就不難了：

我們可以使用定時(shí)器，每隔一定的時(shí)間進(jìn)入一次中斷，并記錄進(jìn)入中斷的次數(shù)x，直到完成一次PWM周期，將x歸零；

設(shè)我們所需要的PWM輸出占空比為y，當(dāng)x<=y時(shí)輸出高電平，x>y時(shí)輸出低電平。

這樣，我們的程序基本就設(shè)計(jì)出來了，是不是很簡(jiǎn)單？(〃'▽'〃)

在正式編寫程序前，我們還需要考慮一些小問題：

因?yàn)?a target="_blank">51單片機(jī)的運(yùn)行頻率不高，PWM的頻率也不能設(shè)計(jì)得太高，過于頻繁地進(jìn)入中斷也會(huì)影響程序的正常運(yùn)行。

在下面的例程中，我所設(shè)置的定時(shí)器中斷的間隔為0.1ms，每20ms完成一次PWM周期。

在這一小節(jié)的最后，我們整理一下思路，可以得到下面的流程圖：

三、寫個(gè)程序試試看！

按上面的流程圖，我們就可以寫一個(gè)控制LED亮度的程序了：

#include < reg52.h >


#define PWM_T 200                      //產(chǎn)生中斷的時(shí)間，因?yàn)槭?4MHz，200即100微秒（0.1毫秒）
#define LED P1


int PWM_count0 = 0;                    //進(jìn)入中斷的次數(shù)
int PWM0 = 100;                        //控制PWM的占空比，下同
int PWM1 = 170;
int PWM2 = 188;
int PWM3 = 198;


sbit LED0 = P1^0;                      //LED引腳定義，下同
sbit LED1 = P1^1;
sbit LED2 = P1^2;
sbit LED3 = P1^3;


void PWM_Start()                      //PWM初始化函數(shù)，打開了定時(shí)器0
{
  EA = 1;
  ET0 = 1;
  TMOD = 0x09;
  TR0 = 1;


  TH0 = (65536-PWM_T)/256;
  TL0 = (65536-PWM_T)%256;
}


void main()
{
  PWM_Start();                        //PWM開始運(yùn)行


  while(1)
  {
    if(PWM_count0 <= PWM0)            //調(diào)節(jié)LED0的亮度
    {
      LED0 = 1;
    }
    else
    {
      LED0 = 0;
    }


    if(PWM_count0 <= PWM1)            //調(diào)節(jié)LED1的亮度
    {
      LED1 = 1;
    }
    else
    {
      LED1 = 0;
    }


    if(PWM_count0 <= PWM2)            //調(diào)節(jié)LED2的亮度
    {
      LED2 = 1;
    }
    else
    {
      LED2 = 0;
    }


    if(PWM_count0 <= PWM3)            //調(diào)節(jié)LED3的亮度
    {
      LED3 = 1;
    }
    else
    {
      LED3 = 0;
    }
  }
}


void Timer0() interrupt 1
{
  TH0 = (65536-PWM_T)/256;
  TL0 = (65536-PWM_T)%256;


  PWM_count0++;
  if(PWM_count0 == 200)                //完成了一個(gè)PWM周期，計(jì)數(shù)變量清零
  {
    PWM_count0 = 0;
  }
}

把上面的程序編譯后下載到開發(fā)板上：

小提示：人眼對(duì)亮度的感覺不是線性變化的，因此LED0與LED1雖然占空比相差較大，但肉眼感覺亮度不相上下，感興趣的可以去研究一下。

用邏輯分析儀收集一下IO口的輸出信息：

黃框里的為一個(gè)PWM周期

上面的程序還有一些需要注意的地方：

1、記得加while循環(huán)，因?yàn)镻WM輸出是持續(xù)的，沒有循環(huán)就只會(huì)進(jìn)行一個(gè)周期；

2、晶振頻率建議設(shè)置為24MHz，12MHz也可以，相應(yīng)地定時(shí)器中斷時(shí)間也要更改。

我們可以將上面的程序進(jìn)一步優(yōu)化，如果我們把if語句寫成子函數(shù)，通過參數(shù)控制占空比，返回值控制0和1的輸出，程序會(huì)簡(jiǎn)化很多：

#include < reg52.h >


#define PWM_T 200                      //產(chǎn)生中斷的時(shí)間，因?yàn)槭?4MHz，200即100微秒（0.1毫秒）
#define LED P1


int PWM_count0 = 0;                    //進(jìn)入中斷的次數(shù)
int PWM0 = 100; //去掉7~10行                       //控制PWM的占空比，下同
int PWM1 = 170;
int PWM2 = 188;
int PWM3 = 198;


sbit LED0 = P1^0;                      //LED引腳定義，下同
sbit LED1 = P1^1;
sbit LED2 = P1^2;
sbit LED3 = P1^3;


void PWM_Start()                      //PWM初始化函數(shù)，打開了定時(shí)器0
{
  EA = 1;
  ET0 = 1;
  TMOD = 0x09;
  TR0 = 1;


  TH0 = (65536-PWM_T)/256;
  TL0 = (65536-PWM_T)%256;
}


int PWM(int PWM_value)                //控制PWM輸出的子函數(shù)
{
  if(PWM_count0 <= PWM_value)
  {
    return 1;
  }
  else
  {
    return 0;
  }
}


void main()
{
  PWM_Start();                        //PWM開始運(yùn)行


  while(1)
  {
    LED0 = PWM(100);                  //調(diào)節(jié)LED0的亮度
    LED1 = PWM(170);                  //調(diào)節(jié)LED1的亮度
    LED2 = PWM(188);                  //調(diào)節(jié)LED2的亮度
    LED3 = PWM(198);                  //調(diào)節(jié)LED3的亮度
  }
}


void Timer0() interrupt 1
{
  TH0 = (65536-PWM_T)/256;
  TL0 = (65536-PWM_T)%256;


  PWM_count0++;
  if(PWM_count0 == 200)                //完成了一個(gè)PWM周期，計(jì)數(shù)變量清零
  {
    PWM_count0 = 0;
  }
}

可以看到，寫成子函數(shù)后調(diào)用PWM輸出方便了不少。