PWM- 脉宽调制

PWM 原理和常见用法PWMPulse Width Modulation简称脉宽调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术广泛应用在测量、通信、工控等方面。PWM 的频率是指在 1 秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数也就是说一秒钟 PWM 有多少个周期单位 Hz。PWM 的周期单位是时间是指信号从高电平到低电平再到高电平的时间长度周期 T1/ff 是频率。如果频率为 50Hz 也就是说一个周期是 20ms那么一秒钟就有 50 次 PWM 周期。脉冲宽度是指一个周期里高电平持续的时间单位是时间。占空比是指一个脉冲周期内高电平的时间与整个周期时间的比例单位是% (0%-100%)。示意图如下上图中T 表示周期W 表示脉宽ton 是高电平阶段toff 是低电平阶段则 Ttontoff频率 f1/T占空比W/T。例如 T 是 10msW 时间是 8ms那么占空比是 8/10 80%这就是占空比为 80%的脉冲信号。在合适的信号频率下可以通过改变占空比的方式来改变输出的有效电压。假设 IO 口高电平为 5V、低电平则为 0V通过改变 IO 口输出的方波的占空比获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号。在一定的频率下占空比为 50%可以得到模拟的 2.5V 输出电压占空比为 75%就可以得到模拟的 3.75V 输出电压占空比为 25%就可以得到模拟的 1.25V 输出电压。如下图所示PWM 的应用范围很广常见应用于电机控制、舵机控制、呼吸灯、屏幕背光控制等。各平台 PWM 说明平台支持路数频率范围EC600N41Hz~1MHzEC600M41Hz~1MHzEC800N41Hz~1MHzEC600U1100Hz~1MHzEC200U1100Hz~1MHzEC200A31Hz~1MHzEG915U1100Hz~1MHzEC800M41Hz~1MHzEG912N41Hz~1MHzEC600E15不可同时使用1Hz~1MHzEC800E15不可同时使用1Hz~1MHzBG952293Hz-600kHzPWM API 说明PWM 创建对象和初始化from misc import PWM_V2 PWM_V2(PWM_V2.PWMn,frequency,duty)使用 PWM 首先需要创建 PWM 对象。PWMn 表示支持的 PWM 号frequency 表示输出频率单位 Hz格式为浮点形式100.0 表示 100Hzduty 表示占空比输入范围 0~10050 表示占空比 50%。根据 PWM 时钟源与目标频率和占空比算出时钟分频系数、周期寄存器值和占空比寄存器值。分频系数的选择标准是从小到大选择分频系数当时钟源被 n 分频后周期寄存器装载最大值时输出的频率不大于目标输出频率那么就采用 n 分频假设 PWM 的时钟源频率为 f则 n 分频后的时钟频率为 f/n则周期寄存器的值(f/n)/frequency占空比寄存器的值周期寄存器的值*占空比。PWM 时钟源通常为 13M 或 26M当输出频率接近时钟源频率时波形会误差较大建议频率在 1MHz 以内。开启 PWM 输出PWM_V2.open([frequency], [duty])当需要使能 PWM 输出时调用此接口。 frequencyduty 为可选参数不传入参数时按照创建对象时设置的参数输出传入参数时需两个参数都传入按照传入的参数输出。示例from misc import PWM_V2 PWM PWM_V2(PWM_V2.PWM0,2000.0,20) #set pwm frequency:2000Hz,duty20% PWM.open() #enable output PWM.open(100.0,50)#set pwm frequency:100Hz,duty50% and enable output关闭 PWM 输出PWM_V2.close()当需要停止 PWM 输出时调用此接口。应用场景1.驱动马达准备材料EC600U 模组、马达和控制板原理以 24V 直流电机为例在电机两端接上 24V 的直流电源电机会以满速转动如果将 24V 电压降至 2/3 即 16V那么电机就会以满速的 2/3 转速运转。可见想要调节电机的转速只需要控制电机两端的电压即可电压越大电机转速越快。对于直流电机来讲当给电机提供电源时电机会转动但是是一点一点的提速在突然停止供电给电机供电时电机由于电感有防止电流突变的作用是不会停止的会保持这原有的转速以此往复电机的转速就是周期内输出的平均电压值所以实质上我们调速是将电机处于一种似停非停似全速转动又非全速转动的状态那么在一个周期的平均速度就是我们占空比调出来的速度了。综上所述PWM 输出一定频率的脉冲占空比越大提供给电机的平均电压越大电机转速就高。反之占空比越低提供给电机的平均电压越小电机转速就低。正常的 PWM 频率在 6~16kHz 为好。连接硬件根据具体马达的接口设计电路。示例代码控制马达速度从最小到最大以此反复from misc import PWM_V2 import utime DUTY 1 pwm PWM_V2(PWM_V2.PWM0,10000.0,DUTY)#set pwm frequency:10KHz pwm.open() while True: DUTY DUTY 1 pwm.open(10000.0, DUTY) if DUTY 100: DUTY 0 utime.sleep_ms(100)2.调节屏幕亮度准备材料EC600U 模组,LCD 显示屏原理PWM 调光方式背光的亮度实际上是固定的它是通过控制周期性开启和关闭背光的时间长短从而调节屏幕亮度例如显示 75%的亮度那就是每个很短的时间周期内75%的时间开启背光25%的时间背光关闭由于人眼具有视觉暂留效应屏幕呈现给肉眼的感觉就会是一直以 75%的亮度亮着但实际上它是以 100%的亮度快速“亮 → 灭 → 亮 → 灭”闪烁的。通过调节占空比来控制单位周期中屏幕亮和暗的时间比例来控制屏幕的亮度控制屏幕的发光量从而控制屏幕的亮度。连接硬件根据具体 LCD 的背光的接口进行电路设计。示例代码控制屏幕亮度从暗到亮再到暗周期变化from misc import PWM_V2 import utime DUTY 1 flag 0 pwm PWM_V2(PWM_V2.PWM0,10000.0,DUTY)#set pwm frequency:10KHz pwm.open() while True: if flag 0: DUTY DUTY 1 else: DUTY DUTY - 1 pwm.open(10000.0,DUTY) if DUTY 100: flag 1 elif DUTY 0: flag 0 utime.sleep_ms(100)常见问题1.如何动态调整占空比?在创建 PWM 对象后可以通过 PWM.open() 接口动态调整占空比而不用每次都重新创建对象如通过 PWM.open(100.0,50) 设置占空比为 50%通过 PWM.open(100.0,25) 设置占空比为 25%。2.PWM 输出频率范围EC200A/EC600N/EC800N/EG912N/EC600E/EC800E 支持 1Hz-1MHzEC200U/EC600U/EG915U 支持 100Hz-1MHzBG95支持293Hz-600kHz。