什么是PWM
脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）是一种常见的信号处理技术，用于在数字系统中模拟模拟系统的调制方式。PWM信号的特点是通过调整信号的脉冲宽度来改变信号的平均能量，从而实现控制输出功率、电压或频率的目的。
PWM信号由一个高电平部分（On时间）和一个低电平部分（Off时间）组成，通过改变高电平和低电平的时间比例来控制信号的平均电压或功率。因为微控制器输出的数字信号只能取0或1两个值，所以可以通过设置输出引脚的电平和延迟时间来模拟PWM信号。
PWM的原理
PWM的原理是通过改变高电平和低电平的持续时间来控制平均电压或功率。假设PWM周期为T（T=高电平时间 + 低电平时间），高电平时间为Ton，低电平时间为Toff，那么PWM的占空比（Duty Cycle）可以表示为：
D = Ton / T * 100%
占空比决定了PWM信号中高电平时间和低电平时间的比例，占空比为0%时，输出信号为低电平；占空比为100%时，输出信号为高电平；占空比为50%时，输出信号为等高电平和低电平的时间。
通过改变占空比，可以控制PWM信号的平均电压或功率。例如，在电机控制中，可以通过改变PWM信号的占空比来控制电机的转速。
PWM的应用
PWM在单片机系统中有广泛的应用。以下是几个常见的应用领域：
1. 电机控制
PWM被广泛用于电机控制。通过控制PWM信号的占空比，可以实现精确的电机速度控制。对于直流电机，占空比的改变会影响电机的转速；对于步进电机，占空比的改变会影响电机的角度步进。
2. LED调光
PWM也常用于LED灯的调光控制。通过改变PWM信号的占空比来控制LED灯的亮度，实现调光效果。因为LED是以微秒级别的时间尺度响应的，所以PWM控制非常适合用于LED调光。
3. 温度控制
在温度控制系统中，PWM也被广泛应用。通过控制加热元件的工作周期（占空比），可以实现精确的温度调节。通过不断调整PWM信号的占空比，可以使加热元件工作一段时间后停止一段时间，从而控制温度在设定范围内波动。
PWM编程实例
以下为一个基于单片机的PWM编程实例，通过改变占空比控制LED灯的亮度：
#include <reg52.h>
void delay_ms(unsigned int ms){
unsigned int i, j;
for (i = 0; i < ms; i++)
for (j = 0; j < 120; j++);
}
void pwm_set(unsigned char duty_cycle){
TH0 = 0x00;
TL0 = 0x00;
TMOD = 0x01;
TR0 = 1;
while (TF0 == 0){
P1 = 0xFF;
delay_ms(duty_cycle);
P1 = 0x00;
delay_ms(100 - duty_cycle);
}
TR0 = 0;
TF0 = 0;
}
void main(){
unsigned char duty_cycle = 50; // 初始占空比为50%
while (1){
pwm_set(duty_cycle);
duty_cycle++; // 每次循环增加占空比
if (duty_cycle > 100)
duty_cycle = 0;
}
}
上述实例使用51系列单片机的定时器0来实现PWM的产生。在pwm_set()函数中，利用定时器0和delay_ms()函数来实现占空比的控制。通过不断改变占空比，LED灯会在亮和灭之间不断切换，实现亮度调节的效果。
总结
PWM是一种通过改变脉冲宽度来控制平均电压或功率的信号处理技术。在单片机系统中，PWM被广泛用于电机控制、LED调光和温度控制等领域。通过编程实现PWM，可以实现精确的控制和调节效果，丰富了单片机应用的功能。
本文来自极简博客，作者：柠檬味的夏天，转载请注明原文链接：单片机中的PWM原理及应用
