Arduino - 脉冲宽度调制

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脉冲宽度调制或 PWM 是一种常用的技术，用于改变脉冲序列中脉冲的宽度。PWM 有许多应用，例如控制伺服电机和速度控制器、限制电机和 LED 的有效功率。

PWM 的基本原理

脉冲宽度调制基本上是一种具有变化的高低时间的方波。下图显示了一个基本的 PWM 信号。

与 PWM 相关的各种术语 -

• 导通时间 - 信号为高电平的持续时间。

• 关断时间 - 信号为低电平的持续时间。

• 周期 - 它表示 PWM 信号的导通时间和关断时间的总和。

• 占空比 - 它表示 PWM 信号周期内信号保持导通的时间百分比。

周期

如图所示，T_on 表示信号的导通时间，T_off 表示信号的关断时间。周期是导通时间和关断时间的总和，计算方法如下 -

$$T_{total} = T_{on}+T_{off}$$

占空比

占空比计算为周期时间的导通时间。使用上面计算出的周期，占空比计算如下 -

$$D = \frac{T_{on}}{T_{on}+T_{off}} = \frac{T_{on}}{T_{total}}$$

analogWrite() 函数

analogWrite() 函数将模拟值（PWM 波形）写入引脚。它可以用于以不同的亮度点亮 LED 或以不同的速度驱动电机。在调用 analogWrite() 函数后，引脚将生成指定占空比的稳定方波，直到下次调用 analogWrite() 或在同一引脚上调用 digitalRead() 或 digitalWrite()。大多数引脚上的 PWM 信号频率约为 490 Hz。在 Uno 和类似的板上，引脚 5 和 6 的频率约为 980 Hz。Leonardo 上的引脚 3 和 11 也以 980 Hz 运行。

在大多数 Arduino 板（带有 ATmega168 或 ATmega328 的板）上，此函数适用于引脚 3、5、6、9、10 和 11。在 Arduino Mega 上，它适用于引脚 2-13 和 44-46。带有 ATmega8 的旧版 Arduino 板仅支持引脚 9、10 和 11 上的 analogWrite()。

Arduino Due 支持引脚 2 到 13 以及引脚 DAC0 和 DAC1 上的 analogWrite()。与 PWM 引脚不同，DAC0 和 DAC1 是数模转换器，充当真正的模拟输出。

在调用 analogWrite() 之前，不需要调用 pinMode() 将引脚设置为输出。

analogWrite() 函数语法

analogWrite ( pin , value ) ;

value - 占空比：介于 0（始终关闭）和 255（始终打开）之间。

示例

int ledPin = 9; // LED connected to digital pin 9
int analogPin = 3; // potentiometer connected to analog pin 3
int val = 0; // variable to store the read value

void setup() {
   pinMode(ledPin, OUTPUT); // sets the pin as output
}

void loop() {
   val = analogRead(analogPin); // read the input pin
   analogWrite(ledPin, (val / 4)); // analogRead values go from 0 to 1023, 
      // analogWrite values from 0 to 255
}