PWM是什么?
脉冲宽度调制PWM（Pulse-width modulation）是一种模拟信号电平数字编码方法。脉冲宽度调制PWM是通过将有效的电信号分散成离散形式从而来降低电信号所传递的平均功率的一种方式；所以根据面积等效法则，可以通过对改变脉冲的时间宽度，来等效的获得所需要合成的相应幅值和频率的波形。
PWM信号是通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化。
PWM信号是模拟信号还是数字信号？
脉冲宽度调制 PWM 是一种模拟信号电平数字编码方法。实现模拟电路的数字化控制可显著降低系统成本和功耗。许多微控制器和数字信号处理器 (DSP) 已包括了 PWM 控制器芯片，因此可以更轻松地实施数字化控制。
从应用角度来讲，方波是一种适用于许多应用的独特功能，例如脉冲宽度调制 (PWM)。它能够通过简单的方法实现数字控制逻辑，以生成模拟等值。目前来看，一些数微控制器内置 PWM 功能，用于简化控制实现过程。由于数字信号更稳定并且不易受到噪声的影响，所以 PWM 在通信系统中的使用教普遍。
图 1. 使用 PWM 控制 LED亮度的简易电路
图 1 显示了一个由电池、开关和 LED 组成的电路。该电路使用开关控制 LED 亮一秒，灭 一秒。一个周期内，LED 50% 的时间亮 (ON)，50% 的时间灭 (OFF)。周期指完成一次循环 (从 灭 (OFF) 到亮 (ON)，再从亮到灭 (OFF) 状态)的总时间。
通过占空比可以进一步表征该信号，占空比是“亮 (ON)”时间与周期的比值。高占空比意味着 LED 非常明亮，而低占空比意味着 LED 较为暗淡。图 1 为占空比为 50% 的实例。使用高分辨率计数器调制方波占空比，可以对特定模拟信号电平进行编码。PWM信号仍旧是数字信号，因为直流电源要么接通，要么断开。通过重复 ON (接通) 和 OFF (断开) 脉冲序列，电压源或电流源可以给模拟负载加电。ON (接通) 时，直流电源给负载供电; OFF (断开) 时，直流电源关闭。
图 2. 具有相同占空比的两个脉冲
在图 2 中，两个不同频率的波形产生了相同的光量。注: 光量与频率无关，与占空比成 正比。用于控制电路的频率范围受限于电路响应时长。
在图 1 的实例中，低频率可能导致 LED 出现明显闪烁。反之，高频率可能导致电感负载饱和。例如，变压器具有限定的频率范 围，以便高效地传输能量。对于有些设计，PWM 频率的谐波 (或差频) 能够耦合到模拟电路中，导致多余噪声。如 果频率选择正确，受控制的负载可以作为稳定器使用，使灯能够连续发光，动力可支持转子顺畅旋转。
PWM脉宽调制的基本原理
1.控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲。
2.用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形，也就是说在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。
3.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
PWM脉宽调制可以从处理器到被控系统信号为数字形式，无需进行数模转换，这是因为让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。
那么如何生成 PWM信号？
将正弦波作为输入信号之一，使用比较器 能够轻松生成 PWM信号。
图 3. 模拟 PWM发生器方框图
图 3 显示了模 拟 PWM 发生器的方框图实例。
图 4. 正弦波与 +0.5 VDC 输入信号的比较, 该比较可生成 PWM波形
图 4v显示了比较器使用两个输入信号所 生成的 PWM输出波形 (红线): 正弦波 (黑 线) 和输入信号 (灰线)。0.5 VDC 输入信 号是电压基准，通过与正弦波比较生成 PWM 波形。使用 0.5 VDC 稳态基准电压， 可生成 50% 占空比的 PWM波形。
图 5. 正弦波与 +0.25 VDC 输入信号的比较, 该比较可生成 PWM 波形
如图 5 所示，如果基准电压降至 0.25 VDC， 那么将生成更高占空比的 PWM 波形。
脉冲宽度调制PWM频率和占空比
占空比是什么?
图 6 显示了一个由电池、开关和 LED 组成的电路。该电路使用开关控制 LED 亮一秒，灭 一秒。
一个周期内，LED 50% 的时间亮 (ON)，50% 的时间灭 (OFF)。
周期指完成一次循环 (从 灭 (OFF) 到亮 (ON)，再从亮到灭 (OFF) 状态)的总时间。通过占空比可以进一步表征该信号，占空比是“亮 (ON)”时间与周期的比值。高占空比 意味着 LED 非常明亮，而低占空比意味着 LED 较为暗淡。
图 8 为占空比为 50% 的实例。使用高分辨率计数器调制方波占空比，可以对特定模拟信号电平进行编码。PWM信号仍旧是数字信号，因为直流电源要么接通，要么断开。通过重复 ON (接通) 和 OFF (断开) 脉冲序列，电压源或电流源可以给模拟负载加电。ON (接通) 时，直流电源给负载供电; OFF (断开) 时，直流电源关闭。
在图 8 中，两个不同频率的波形产生了相同的光量。
注: 光量与频率无关，与占空比成正比。用于控制电路的频率范围受限于电路响应时长。在图 1 的实例中，低频率可能导致 LED 出现明显闪烁。反之，高频率可能导致电感负载饱和。例如，变压器具有限定的频率范 围，以便高效地传输能量。对于有些设计，PWM频率的谐波 (或差频) 能够耦合到模拟电路中，导致多余噪声。如果频率选择正确，受控制的负载可以作为稳定器使用，使灯能够连续发光，动力可支持转子顺畅旋转。
脉宽时间：高电平时间
上图中脉宽时间占总周期时间的比例，就是占空比。
比方说周期的时间是10ms，脉宽时间是8ms 那么低电平时间就是2ms 总的占空比 8/8+2= 80%，这就是占空比为80%的脉冲信号。
而我们知道PWM就是脉冲宽度调制通过调节占空比，就可以调节脉冲宽度(脉宽时间) 而频率，就是单位时间内脉冲信号的次数，频率越大；以20Hz 占空比为80% 举例 就是1秒钟之内输出了20次脉冲信号 每次的高电平时间为40ms。
PWM控制的基本原理
PWM就是在合适的信号频率下，通过一个周期里改变占空比的方式来改变输出的有效电压。
以单片机为例，我们知道，单片机的IO口输出的是数字信号，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 那么我们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。
我们知道，电压是以一种连接1或断开0的重复脉冲序列被夹到模拟负载上去的（例如LED灯，直流电机等），连接即是直流供电输出，断开即是直流供电断开。通过对连接和断开时间的控制，理论上来讲，可以输出任意不大于最大电压值（即0~5V之间任意大小）的模拟电压。
比方说 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。
PWM的调节作用来源于对“占周期”的宽度控制，“占周期”变宽，输出的能量就会提高，通过阻容变换电路所得到的平均电压值也会上升，“占周期”变窄，输出的电压信号的电压平均值就会降低，通过阻容变换电路所得到的平均电压值也会下降。也就是，在一定的频率下，通过不同的占空比 即可得到不同的输出模拟电压。PWM就是通过这种原理实现D/A转换的。
PWM控制技术
PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。
PWM面积等效原理
面积等效原理冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上是，其效果基本相同；冲量即窄脉冲的面积，所说的效果基本相同是指环节的输出波形基本相同。
面积等效原理是PWM技术的重要基础理论；一种典型的PWM控制波形SPWM：脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形称为SPWM波。
在模拟电路中，模拟信号的值可以连续进行变化，在时间和值的幅度上都几乎没有限制，基本上可以取任何实数值，输入与输出也呈线性变化。所以在模拟电路中，电压和电流可直接用来进行控制对象，例如家用电器设备中的音量开关控制、采用卤素灯泡灯具的亮度控制等等。
但模拟电路有诸多的问题：例如控制信号容易随时间漂移，难以调节；功耗大；易受噪声和环境干扰等等。
与模拟电路不同，数字电路是在预先确定的范围内取值，在任何时刻，其输出只可能为ON和OFF两种状态，所以电压或电流会通/断方式的重复脉冲序列加载到模拟负载。PWM技术是一种对模拟信号电平的数字编码方法，通过使用高分辨率计数器（调制频率）调制方波的占空比，从而实现对一个模拟信号的电平进行编码。其最大的优点是从处理器到被控对象之间的所有信号都是数字形式的，无需再进行数模转换过程；而且对噪声的抗干扰能力也大大增强，这也是PWM在通讯等信号传输行业得到大量应用的主要原因。
PWM应用的优势
脉冲宽度调制PWM相比模拟控制具有多项优势。
例如，使用 PWM控制灯的亮度，灯散发的热量将低于模拟控制 (因为模拟控制会将电流转换为热量)，因此传送到负载 (光) 的功率较低， 这可以延长负载的生命周期。如果使用较高的频率，则能够像模拟控制一样顺畅地控制光 (负载) 亮度。
如果使用 PWM控制转子，则转子能够以较低的速度运转。在使用模拟电流控制转子时，低转速情况下无法生成足够的扭矩。微小电流生成的电磁场不足以转动转子。相比之下，PWM 电流能够生成一个满能量的磁通短脉冲，足以支持转子低速转动。
将接通 (ON)/断开 (OFF) (1/0) 状态与不同的电压和占空比结合，PWM能够输出预定的电压电平，并能够为许多应用充当稳压器。如果需要的电压电平高于输出电压电平，则选 用接通 (ON) (1)状态; 而如果需要的电压电平低于输出电压电平，则选用断开 (OFF) (0) 状 态。例如，当使用复杂可编程逻辑器件 (CPLD) 进行简单的电压调整，或现场可编程门 阵列 (FPGA) 使用内部数字信号处理 (DSP) 模块实施复杂控制算法时，可以应用 PWM。
此外，使用 PWM 可以实现整个控制电路的数字化，从而避免在控制电路中使用数模转换器。PWM 生成的数字控制线可降低电路对干扰的灵敏度。随着 PWM控制器在各种低成本微处理器中的部署持续增加，PWM 的使用也已经变得随处可见。微处理器可以使用简单的命令来改变 PWM 控制信号的占空比和频率。由于数字信号受噪声的影响极小，PWM在通信领域也得到了广泛应用。
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