1、什么是PWM

　　什么是PWM，專(zhuān)業(yè)點(diǎn)說(shuō)脈寬調(diào)制，通俗點(diǎn)說(shuō) 就是不斷的輸出高低電平。 比如 單片機(jī) 40ms的時(shí)間 輸出高電平然后60ms的時(shí)間 輸出低電平接著一直不斷周期性的交替輸出高低電平 這就是典型的PWM波。高電平輸出的時(shí)間40ms就是傳說(shuō)中的脈寬，40ms+60ms＝100ms 便是PWM的周期。假定我們把周期定為100ms.我們可以根據(jù)我們的需要 把高電平的時(shí)間加大或者減小，比如 高電平輸出時(shí)間加大為80ms.那么低電平的時(shí)間就變?yōu)?0ms. 也可以 高電平輸出時(shí)間減小為20ms.那么低電平的時(shí)間就變?yōu)?0ms.這即是脈寬調(diào)制 調(diào)的便是這高電平的時(shí)間。 而高電平（脈寬）在周期中，所占用的時(shí)間比例 就被稱(chēng)為占空比。用數(shù)學(xué)公式表示 高電平的時(shí)間/周期的時(shí)間＝占空比。

　　2、PWM的實(shí)現(xiàn)方式

　　我們?nèi)绾巫寙纹瑱C(jī)輸出PWM波。有兩種方式 一種是直接用I/O輸出，另一種方式利用模塊。

　　2.1利用I/O口輸出PWM

　　如果你的單片機(jī)沒(méi)有帶有PWM輸出功能模塊，那么你可以自己寫(xiě)個(gè)程序輸出PWM波。因?yàn)镻WM不就是高低電平。一個(gè)I/O在加上一個(gè)定時(shí)器，對(duì)于任何單片機(jī)來(lái)說(shuō)都是很容易做到的。

　　2.2利用模塊輸出PWM

　　對(duì)于PIC單片機(jī)而言就帶有輸出PWM的功能模塊。利用模塊輸出PWM其實(shí)比利用I/O輸出PWM更加簡(jiǎn)單便捷精確。

　　3、PWM控制的基本原理

　　理論基礎(chǔ)：

　　沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。

　　圖1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖

　　面積等效原理：

　　分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L電路）上，如圖2a所示。其輸出電流i（t）對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖2b所示。從波形可以看出，在i（t）的上升段，i（t）的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i（t）響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i（t）也是周期性的。用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出，各i（t）在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。

　　圖2沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形

　　用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。

　　SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。

　　圖3用PWM波代替正弦半波

　　4、PWM工作原理分析

　　脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號(hào)的瞬時(shí)采樣值成比例。下圖所示為脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖和波形圖。該系統(tǒng)有一個(gè)比較器和一個(gè)周期為T(mén)s的鋸齒波發(fā)生器組成。語(yǔ)音信號(hào)如果大于鋸齒波信號(hào)，比較器輸出正常數(shù)A，否則輸出0。因此，從圖中可以看出，比較器輸出一列下降沿調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制波。

　　通過(guò)圖b的分析可以看出，生成的矩形脈沖的寬度取決于脈沖下降沿時(shí)刻t k時(shí)的語(yǔ)音信號(hào)幅度值。因而，采樣值之間的時(shí)間間隔是非均勻的。在系統(tǒng)的輸入端插入一個(gè)采樣保持電路可以得到均勻的采樣信號(hào)，但是對(duì)于實(shí)際中tk-kTs《 《的情況，均勻采樣和非均勻采樣差異非常小。如果假定采樣為均勻采樣，第k個(gè)矩形脈沖可以表示為：

　　其中，x{t}是離散化的語(yǔ)音信號(hào);Ts是采樣周期; 是未調(diào)制寬度;m是調(diào)制指數(shù)。

　　然而，如果對(duì)矩形脈沖作如下近似：脈沖幅度為A，中心在t = k Ts處， 在相鄰脈沖間變化緩慢，則脈沖寬度調(diào)制波xp（t）可以表示為：

　　其中， 。無(wú)需作頻譜分析，由式（2）可以看出脈沖寬度信號(hào)由語(yǔ)音信號(hào)x（t）加上一個(gè)直流成分以及相位調(diào)制波構(gòu)成。當(dāng)時(shí)，相位調(diào)制部分引起的信號(hào)交迭可以忽略，因此，脈沖寬度調(diào)制波可以直接通過(guò)低通濾波器進(jìn)行解調(diào)。

　　5、PWM的優(yōu)點(diǎn)

　　PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。

　　對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。

　　總之，PWM既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。

　　6、PWM的作用

　　PWM能用來(lái)做什么？PWM比較典型的應(yīng)用就是對(duì)LED調(diào)光和電機(jī)調(diào)速。那PWM是如何進(jìn)行調(diào)光和調(diào)速的呢，其實(shí)也很好理解。以給LED調(diào)光為例。給LED一直通電LED是最亮的。不給LED斷電LED是不亮的。那要是在極短的時(shí)間內(nèi)給LED不斷的通電斷電。那給人眼的感覺(jué)就是LED雖然是亮的，但亮度較低。

　　如果單片機(jī)高平輸出時(shí)LED是亮的。那么在PWM波中高電平輸出的時(shí)間越長(zhǎng)LED就越亮，反之則越暗。

　　7、PIC單片機(jī)學(xué)習(xí)之PWM信號(hào)輸出

　　實(shí)現(xiàn)功能：通過(guò)鍵盤(pán)（BUTTON）控制蜂鳴器發(fā)生，鍵盤(pán)按下，通過(guò)RC2/CCP1接口輸出PWM信號(hào)（頻率880Hz，脈寬50）驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。

　　實(shí)驗(yàn)環(huán)境：Proteus

　　編程語(yǔ)言：匯編

　　編程環(huán)境：MPLAB

　　單片機(jī)：PIC16F877

　　晶振：20MHz

　　Proteus仿真電路如下圖：

　　實(shí)驗(yàn)源程序：

　　LIST P=16F877

　　;設(shè)置pwm為880Hz，50%占空比 INCLUDE P16F877.INC

　　ORG

　　0000H

　　START BANKSEL TRISC;進(jìn)入TRISC所在BANK BCF

　　TRISC，2;清零TRIC的bit2，以使CCP1引腳成為輸出

　　MOVLW D‘70’

　　MOVWF PR2;將70寫(xiě)入PR2以設(shè)置PWM周期

　　BANKSEL CCPR1L

　　MOVLW D‘35’

　　MOVWF CCPR1L

　　MOVLW 0X06

　　MOVWF T2CON;bit2=1，使能Timer2，bit1-1，預(yù)分頻值為16

　　CHECKBUTTON BTFSC PORTA，4

　　GOTO

　　BUTTONOFF

　　BUTTONON MOVLW H‘0C’

　　MOVWF CCP1CON;設(shè)置CCP1為PWM模式

　　GOTO

　　CHECKBUTTON

　　BUTTONOFF

　　CLRF CCP1CON

　　GOTO CHECKBUTTON

　　END