Arduino系列教程之 – PWM 的秘密（上）

由  动力老男孩 发表于 2011/03/08 21:56:02

今天是3.8妇女节，我也沾了点光，提早开溜了（公司的mm们都放假了，你们工做没动力啊）。呵呵，在此祝福全部的美女们节日快乐！

前几天在微博上看到了flamingoeda小盆友提到了PWM，毕竟微博只能有一百多字，无法详细的介绍清楚，特此补充一下。

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有不少种版本，这篇文章里是以ATmega168为例，有用过其余型号的兄弟请补充。
对于没有据说过PWM的同窗，请先参考一下个人另外一篇博客Arduino的模拟输入和输出 。

PWM是用占空比不一样的方波，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？因而输出01010101….，平均以后的效果就是0.5了。早这么说就了然了嘛。

PWM有神马做用？
举几个例子说明：
1.经过简单的滤波电路，就能够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，由于不须要滤波就能够实现
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，例如接喇叭的时候能够发声

如何产生PWM？
Arduino有三种方式能够产生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，例如个人Arduino Mega168就支持0~13共14个PWM输出。
具体的使用能够看下面的示例代码：

1. int pin = 8; //0~13  
2. void setup()  
3.     pinMode(pin, OUTPUT);  
4. void loop()  
5.     analogWrite(pin, 128);  
6.     delay(500);  

int pin = 8; //0~13

void setup()
{
    pinMode(pin, OUTPUT);
}   

void loop()
{
    analogWrite(pin, 128);
    delay(500);
}

这种方式产生的方波周期大概是20ms左右（50Hz），不须要占用额外的cpu命令时间。听说99%的同窗看到这里就能够下课了，技术宅请继续看第二种方式：

手动用代码实现PWM

1. int pin = 38;  //这个能够随意点  
2. void setup()  
3.     pinMode(pin, OUTPUT);  
4. void loop()  
5.   digitalWrite(pin, HIGH);  
6.   delayMicroseconds(100);  
7.   digitalWrite(pin, LOW);  
8.   delayMicroseconds(1000 - 100);  

int pin = 38;  //这个能够随意点

void setup()
{
    pinMode(pin, OUTPUT);
} 

void loop()
{
  digitalWrite(pin, HIGH);
  delayMicroseconds(100);
  digitalWrite(pin, LOW);
  delayMicroseconds(1000 - 100);
}

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的比例能够更精确；
2，周期和频率可控制；
3，全部的pin脚均可以输出，不局限于那几个脚；
4，缺点：CPU干不了其余事情了；
好吧，缺点只有一个，却很是致命，以致于上面这些基本都是废话。可是对于周期比较大的PWM，能够用算法模拟CPU的多任务系统，从而在输出PWM的同时作点兼职。

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。每一个时钟都使用了两个寄存器，其中一个是设定值例如128，另外一个则从0开始不断递增，到1024以后溢出回到0。那么当两个值相同的时候，Timer就会把某个管脚反相。不一样的Timer之间频率是相同的，占空比则根据设置值不一样。
占空比有了，那么周期怎么控制呢？有一种叫作时钟控制器的东东，这个控制器能够设置周期为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。

今天先写这些，明天继续…..
本文内容基本都是参考自Arduino官网教程，心急的同窗请看英文原版：
http://arduino.cc/en/Tutorial/SecretsOfArduinoPWM