Arduino系列教程之 – PWM 的祕密（上）

由  動力老男孩 發表於 2011/03/08 21:56:02

今天是3.8婦女節，我也沾了點光，提早開溜了（公司的mm們都放假了，你們工做沒動力啊）。呵呵，在此祝福全部的美女們節日快樂！

前幾天在微博上看到了flamingoeda小盆友提到了PWM，畢竟微博只能有一百多字，無法詳細的介紹清楚，特此補充一下。

PWM是啥玩意兒？
PWM是「怕玩命」的縮寫，英文寫法是「Pulse-width modulation」，也有些外行人士把它翻譯成「脈衝寬度調製」。Arduino有不少種版本，這篇文章裏是以ATmega168爲例，有用過其餘型號的兄弟請補充。
對於沒有據說過PWM的同窗，請先參考一下個人另外一篇博客Arduino的模擬輸入和輸出 。

PWM是用佔空比不一樣的方波，來模擬「模擬輸出」的一種方式。靠，這個太拗口了，簡而言之就是電腦只會輸出0和1，那麼想輸出0.5怎麼辦呢？因而輸出01010101….，平均以後的效果就是0.5了。早這麼說就瞭然了嘛。

PWM有神馬做用？
舉幾個例子說明：
1.經過簡單的濾波電路，就能夠生成真正的模擬輸出量；
2.控制燈光亮度，調節電機轉速；請注意這和1不是重複的，由於不須要濾波就能夠實現
3.控制舵機角度，這個請參考 Arduino開發板實驗三：舵機控制 
4.輸出信號，例如接喇叭的時候能夠發聲

如何產生PWM？
Arduino有三種方式能夠產生PWM。第一種：

用analogWrite(pin, val)命令
其中pin是腿的編號，傳說中只能用3,5,6,9,10,11這幾條；val是0~255的整數值，對應電壓從0到+5V。注意，那幾個腳的編號，指的是ATmega168的pin編號，Arduino的板子會用這幾個管腳支持更多路的PWM輸出，例如個人Arduino Mega168就支持0~13共14個PWM輸出。
具體的使用能夠看下面的示例代碼：

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);
}

這種方式產生的方波週期大概是20ms左右（50Hz），不須要佔用額外的cpu命令時間。聽說99%的同窗看到這裏就能夠下課了，技術宅請繼續看第二種方式：

手動用代碼實現PWM

1. int pin = 38;  //這個能夠隨意點  
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;  //這個能夠隨意點

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

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

上面這段代碼會產生一個PWM=0.1的，週期爲1ms的方波（1000Hz），這種方式的優缺點很明顯：
1，PWM的比例能夠更精確；
2，週期和頻率可控制；
3，全部的pin腳均可以輸出，不侷限於那幾個腳；
4，缺點：CPU幹不了其餘事情了；
好吧，缺點只有一個，卻很是致命，以致於上面這些基本都是廢話。可是對於週期比較大的PWM，能夠用算法模擬CPU的多任務系統，從而在輸出PWM的同時作點兼職。

那麼能不能既調節PWM的頻率和週期，又不要佔用額外的CPU時間呢？請看第三種方式：

使用PWM寄存器

ATmega168有三個時鐘，名字分別叫Timer0, Timer1和Timer2。每一個時鐘都使用了兩個寄存器，其中一個是設定值例如128，另外一個則從0開始不斷遞增，到1024以後溢出回到0。那麼當兩個值相同的時候，Timer就會把某個管腳反相。不一樣的Timer之間頻率是相同的，佔空比則根據設置值不一樣。
佔空比有了，那麼週期怎麼控制呢？有一種叫作時鐘控制器的東東，這個控制器能夠設置週期爲CPU週期的某個倍數，例如1,8,64,256,1024等等，Timer0和Timer1共用一個控制器，Timer2和它們是獨立的。

今天先寫這些，明天繼續…..
本文內容基本都是參考自Arduino官網教程，心急的同窗請看英文原版：
http://arduino.cc/en/Tutorial/SecretsOfArduinoPWM