PWM脉宽调制

PWM(pulse width modulation) .由微处理器输出一系列占空比不同的矩形脉冲（单个周期相同），应用在测量，通信，功率控制与变换的许多领域。优点是从微处理器到被控系统的信号都是数字形式，无需进行数模转换。

脉冲宽度调制原理，在不改变脉冲方波周期的前提下，通过调整其每个脉冲方波的占空比，从而达到等效模拟电压输出的目的

上图，第一个脉冲占空比为4ms/10ms*100%=40%，第二个为70%,第三个为90%，相同周期的脉冲，占空比不同，它所具有的能量是不一样的。占空比越大，高电平持续时间越长，所带的能量就越大。

理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。

PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。

PWM利用占空比来调节单位时间内能量输出的密度.狭义上的PWM只有一种算法，通过线性函数与常量的比较来判定这个位是输出高电平还是低电平。输出的比特流类似于“1110000000”这是一个占空比为3/10的PWM比特流，它以10个位为一个PWM周期，其中高电平占3个位，所以占空比为 3/10。这种算法的特点是简单直观，所有的1都集中在一起，所有的0也集中在一起，不仅可以使用单片机实现，还可以使用数字电路和模拟电路实现。它的缺点是具有固定的基波频率，有时会引起共振。

广义上的PWM可以将一个PWM周期的1和0打乱。只要一个PWM周期内的1和0数量正确，输出电压和狭义的算法是一样的。    广义PWM算法有周期算法和非周期算法。    非周期算法较为简单，使用随机数发生器和比较器生成无序但同样具有占空比的脉冲。它的特点是没有基波频率，不会引起系统共振，但是需要随机数发生器，在单片机上不容易实现。可以使用硬件随机数发生器，或者使用高性能CPU来编制PWM比特流。在单片机上建议使用伪随机数表。    周期算法我推荐使用龟兔赛跑算法，本文重点介绍此算法。比如需要输出3/7的占空比，那么乌龟的速度为3，兔子的速度为7。开始比赛，第一回合乌龟跑到3，兔子休息，此回合的比特为0；第二回合乌龟跑到6，兔子还是休息，此回合比特为0；第三回合，乌龟跑到9，兔子感到压力，跑到7，此回合的比特为1，重新以兔子为起点，兔子的位置变成0，乌龟的位置变成2；……。 用程序来表达，就变成：一个计数器每次循环加上乌龟的速度，若乌龟的位置大于兔子的速度，则乌龟位置减兔子的速度作为新 位置，返回1，如果乌龟的位置没有大于兔子的速度，则返回0。按照这样的方法，将得到这个比特流：“0010101”。如果是7/16的占空比，将得到：“0010101001010101”。它的好处是基波频率比扫描频率更高，更高的基波频率将带来更稳定的电压；对于互质的占空比系数，每个扫描周期都会发生若干次移相，不断地移相能够有效抑制共振。这个算法可以很容易由单片机和数字电路实现。
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模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法,通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的

大多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz。设想一下如果灯泡先接通5秒再断开5秒，然后再接通、再断开……。占空比仍然是50%，但灯泡在头5秒钟内将点亮，在下一个5秒钟内将熄灭。要让灯泡取得4.5V电压的供电效果，通断循环周期与负载对开关状态变化的响应时间相比必须足够短。要想取得调光灯(但保持点亮)的效果，必须提高调制频率。在其他PWM应用场合也有同样的要求。通常调制频率为1kHz到200kHz之间