PWM(脉宽调制)的基本原理是通过改变信号的脉冲宽度来实现对信号的控制。它由一个固定频率的周期性方波和一个可调节的占空比组成。占空比表示高电平脉冲的时间与一个周期的比例。通过调整占空比,可以控制输出信号的平均功率或电压。
以STM32单片机为例,其IO口只能输出高电平和低电平。假设高电平为5V、低电平则为0V,那么要输出不同的模拟电压就要用到PWM。通过改变IO口输出的方波的占空比,从而获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号。电压是以一种脉冲序列被加到模拟负载上去的,接通时是高电平1,断开时是低电平0。接通时直流供电输出,断开时直流供电断开。通过对接通和断开时间的控制,理论上来讲,可以输出任意不大于最大电压值5V的模拟电压。
比如,占空比为50%那就是高电平时间一半,低电平时间一半。在一定的频率下,就可以得到模拟的2.5V输出电压。那么75%的占空比,得到的电压就是3.75V。也就是说,在一定的频率下,通过不同的占空比即可得到不同大小的输出模拟电压,PWM就是通过这种原理实现数字模拟信号转换的。
PWM的应用领域主要包括:功率控制:PWM可以用于控制电机的速度、扭矩、亮度等。例如,在电灯调光电路中,可以使用PWM来控制电灯的亮度。
电机控制:PWM可以用于控制直流电机、交流电机、步进电机等。例如,在电动车中,可以使用PWM来控制电机的速度。
逆变电路:PWM可以用于逆变电路中,将直流电转换成交流电。例如,在太阳能发电系统中,可以使用PWM来将太阳能电池产生的直流电转换成交流电。
通信:PWM可以用于通信领域,例如在光纤通信中,可以使用PWM来调制光信号。
测量:PWM可以用于测量电压、电流、频率等。例如,在数字示波器中,可以使用PWM来测量电压波形。
PWM的具体应用实例使用PWM制作呼吸灯:呼吸灯是一种常见的LED灯,其亮度可以随着时间变化而变化。可以使用PWM来控制呼吸灯的亮度,从而实现呼吸灯的效果。
使用PWM对LED调光:可以使用PWM来控制LED的亮度,从而实现LED调光的效果。
使用PWM制作电子琴:电子琴是一种电子乐器,其声音是由电子电路产生的。可以使用PWM来控制电子琴的声音,从而实现不同的音色。
使用PWM驱动舵机:舵机是一种小型电机,可以用于控制物体的旋转角度。可以使用PWM来控制舵机的旋转角度,从而实现物体的旋转控制。
使用PWM驱动步进电机:步进电机是一种可以精确控制旋转角度的电机。可以使用PWM来控制步进电机的旋转角度,从而实现物体的精确控制。
使用PWM驱动直流减速电机:直流减速电机是一种常见的电机,其转速可以通过改变电压来控制。可以使用PWM来改变直流减速电机的电压,从而实现电机转速的控制。
使用PWM实现DAC的功能:DAC(数字-模拟转换器)是一种可以将数字信号转换成模拟信号的器件。可以使用PWM来实现DAC的功能,从而将数字信号转换成模拟信号。
使用PWM实现直流稳压:直流稳压是一种可以将交流电转换成直流电并保持直流电压稳定的电路。可以使用PWM来控制直流稳压电路的输出电压,从而实现直流稳压的效果。
PWM的优势效率高:PWM可以有效地利用电能,提高电路的效率。
控制精度高:PWM可以精确地控制模拟信号的平均值。
抗噪声能力强:PWM具有较强的抗噪声能力,可以减少噪声对电路的影响。
PWM的不足成本高:PWM电路的成本通常比模拟电路高。
复杂度高:PWM电路的设计和实现通常比模拟电路复杂。