目錄

• 基本原理

• PWM是如何實(shí)現(xiàn)？

• 分類(lèi)

• 程序?qū)崿F(xiàn)

• 總結(jié)

基本原理

PWM的全稱是脈沖寬度調(diào)制（Pulse-width modulation），是通過(guò)將有效的電信號(hào)分散成離散形式從而來(lái)降低電信號(hào)所傳遞的平均功率的一種方式；

所以根據(jù)面積等效法則，可以通過(guò)對(duì)改變脈沖的時(shí)間寬度，來(lái)等效的獲得所需要合成的相應(yīng)幅值和頻率的波形；

具體如下圖所示；

由上圖可知，脈沖寬度調(diào)制使用一個(gè)脈沖寬度會(huì)被調(diào)制的方波，并且波型的平均值會(huì)有所變化。

如果我們考慮一個(gè)周期為的脈沖波，低值，高值為，跟占空比(duty cycle)，此波的平均值為：

當(dāng)是一個(gè)脈沖波，它的值在是而在是

上式的描述可以變?yōu)椋?/p>

以上公式可以在很多狀況下被簡(jiǎn)化，當(dāng)及。

從這里可以看出，波型的平均值非常明顯地直接與占空比有關(guān)。

占空比：

圖中存在三種占空比狀態(tài)，25%，50%和75%占空比狀態(tài)，不難發(fā)現(xiàn)，假設(shè)占空比為D，則滿足：

其中是PWM的周期，通常和載波的周期相同；

PWM是如何實(shí)現(xiàn)？

PWM實(shí)現(xiàn)的原理是通過(guò)鋸齒波/三角波（載波）所需要合成的波形（調(diào)制波）進(jìn)行比較，然后確定PWM所需要輸出的極性，通常是ON或者是OFF，因?yàn)橐话愣际亲饔玫介_(kāi)關(guān)元器件上；如下圖所示；

振蕩器輸出的鋸齒波和參考值進(jìn)行比較，然后就可以輸出PWM波形了；

在matlab的simulink中搭建了一下仿真，具體如下圖所示；

最終輸出波形如下：

這里簡(jiǎn)單說(shuō)明一下：

• 鋸齒波（圖中橙色波形）最大為10，然后我希望輸出平均為5的波形（圖1中紅色的水平直線）；
• 那么通過(guò)比較，當(dāng)鋸齒波小于5時(shí)；PWM輸出低電平，即為OFF；
• 當(dāng)鋸齒波大于5時(shí)，PWM輸出高電平，即為ON；

所以再換一個(gè)思路，如果我希望輸出一個(gè)電壓逐漸升高的波形呢，該如何設(shè)計(jì)呢？

其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要把需要調(diào)制的波形設(shè)置為斜坡輸出的波形就可以了，具體如下圖所示；

可以看到，最終占空比逐漸從0%增大到100%；

然后我們繼續(xù)想，能不能調(diào)制出其他的波形，比如調(diào)制一個(gè)正弦波sin wave，那也就是我們常說(shuō)的SPWM，其實(shí)是可以的，具體如下圖所示；

分類(lèi)

參考STM32中PWM的配置，根據(jù)載波波形的形狀，假設(shè)三角波最大值是10，那么它的變化過(guò)程可能存在以下兩種情況：

• 完整周期包括兩個(gè)過(guò)程，先遞增，再遞減：增加增加減少減少，這種也叫中央對(duì)齊PWM；
• 完整周期只有遞增過(guò)程：增加增加；

中央對(duì)齊PWM

脈沖波的中心將會(huì)被固定在時(shí)間窗格的中心，同時(shí)脈沖波的兩邊可以移動(dòng)，使得波的寬度被延伸或壓縮，具體如下圖所示；

另一種類(lèi)型的PWM脈沖波形如下圖所示；

程序?qū)崿F(xiàn)

現(xiàn)在的MCU大部分都自帶硬件PWM發(fā)生器，即配置好相應(yīng)的寄存器，就能直接產(chǎn)生PWM，下面的例子基于NUCLEO-F767ZI，通過(guò)cubemx配置了三路PWM輸出，然后實(shí)現(xiàn)了呼吸燈的效果；

intmain(void)
{

HAL_Init();

MX_GPIO_Init();
MX_TIM4_Init();
MX_TIM3_Init();
MX_TIM12_Init();

int32_ttime_stamp=0;
int32_ttime_stamp_old=0;
int32_tccr_val=0;
uint8_tadd_flag=1;
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_2);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim12,TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_3);
while(1)
{
time_stamp=HAL_GetTick();
 if(time_stamp-time_stamp_old>5){
   time_stamp_old=time_stamp;
   if(add_flag){
    ccr_val+=25;
    if(ccr_val>=0xFFFF){
      ccr_val=0xFFFF;
      add_flag=0;
     }
   }else{
    ccr_val-=25;
    if(ccr_val<=?0){
     add_flag=1;
     ccr_val=0;
    }
   }
   TIM4->CCR2=ccr_val;
   TIM12->CCR1=ccr_val;
   TIM3->CCR3=ccr_val;
 }
}
}

整體效果如下：

通過(guò)示波器看其中的一路PWM輸出的占空比也是隨時(shí)間變化；

總結(jié)

本文簡(jiǎn)單介紹了PWM的原理，以及如何產(chǎn)生PWM，可以通過(guò)鋸齒波作為載波和調(diào)制波經(jīng)過(guò)比較強(qiáng)，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM輸出波形，最后結(jié)合STM32實(shí)現(xiàn)了一個(gè)呼吸燈的簡(jiǎn)單程序。