PWM技術的原理和應用—基于89C52/89C51單片機演示程序

ID:816824 · 發表于 2021-3-30 00:10

一、技術概念

PWM，中文名稱為“脈沖寬度調制”，該技術是用于在數字電路對模擬電路的控制。在數字電路中，只存在0和1信號，即“電壓為0V”和“電壓為5V”，而在模擬電路中，不同的電壓值會對器件的工作狀態會有不同的效果。例如：一顆LED的工作電壓為1.7V-3.6V不等，不同的電壓值，影響著LED的亮度。那么如何通過數字電路的“0”、“1”來控制LED兩端出現不同的電壓？

二、技術原理

在日常時候中，我們用的生活電壓為220V，這個是用直流電壓表測試的。如果用交流電壓，那么示數會在±340V之間振蕩。因為220V是其有效值，±340V是其峰峰值。如果單片機的I/O口也會輸出一個從“5V”到“0V”的振蕩信號，會不會也在I/O口存在一個“0”到“5V”之間的有效值。

既然是一個振蕩的信號，那么就要考慮兩個指標：“周期/頻率”、“高電平的持續時間/低電平的持續時間”。

頻率一定大，既周期時間要短，因為LED有余暉作用，在短時間內電壓為0時，燈光并不會立刻消失。我們假設頻率為100Hz，也就是說1S之內有100個波形（1個高電平和1個低電平為一個波形）。T=0.01s

先設置高電平持續時間為0.005s，占周期的50%=（0.005/0.01）×100%，而這個50%被稱為PWM的占空比。

那么我們可以根據這些數據通過公式來推出其等效的直流電壓（直流電壓表的示數），是計算其有效值還是其平均值？

是有效值，因為交流電的有效值在相同時間內消耗的能量是一樣的，公式推導如下：

※U是有效值，u(t)是交流電的對t的函數，T為周期

平均值：僅僅是電壓在時間上的平均值，是不能等效成元件兩端的電壓。

通過公式計算出占空比50%時，其有效值為U=2.5*1.414=3.54V

不同的占空比，對應著不同的有效值：

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三，流程圖

從原理可以得知一個51系列的單片機通過控制I/O口的輸出信號的占空比就可以控制LED的亮度。

那么我們設定4種占空比（10%、30%、50%、90%）的情況，并且通過摁鍵可以互相改變。

信號的周期可以通過單片機的定時器來控制，一個周期為0.01s=10ms，當定時器工作在方式1，單片機晶振為12MHz時，一次定時器中斷最大時間為65.536ms。我們設定一次定時器中斷時間為100μs，這樣一個波形的周期需要經過100次的定時器中斷，設置一個變量count，用來判斷是否到達100，從而重新開始一個周期。

可以先設置I/O口的初始為高電平，定義一個標志變量FLAG，FLAG的作用是用來和count做比較從而單片機判斷是否達到了占空比的要求，例如，占空比設定為50%，當count=50的時候，將高電平變為低電平，就會出現占空比為50%的波形。