单片机中PWM输出的原理

1. 引言

脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）是一种常用的数字信号调制技术，常见于单片机的输出控制中。通过控制信号的脉冲宽度，可以实现模拟信号的输出，广泛应用于直流电机驱动、LED亮度调节、音频合成等领域。本文将介绍单片机中PWM输出的原理和几个常见的应用实例。

PWM输出利用了单片机的定时器/计数器模块。定时器模块通常由一个计数器和若干个比较器组成，其中计数器的值会根据时钟源递增或递减。通过设置比较器的阈值，可以在计数器值达到阈值时触发某个动作。

在PWM输出中，计数器的值将会与设定的周期值进行比较。当计数器的值小于等于设定的周期值时，输出为高电平；当计数器的值大于设定的周期值时，输出为低电平。通过控制该周期值和占空比（高电平持续时间与周期时间之比），可以控制输出信号的频率和电平。

直流电机驱动是PWM输出的经典应用之一。通过PWM输出控制直流电机的电源开关时间，可以调整电机的转速和转向。

例如，如果要控制一个电机以50%的功率旋转，可以将PWM输出信号周期设为20毫秒（50Hz），占空比设为50%。当计数器值小于等于10毫秒时，输出为高电平；当计数器值大于10毫秒时，输出为低电平。通过调整占空比，可以灵活地控制电机的速度。

PWM输出还可以用于LED的亮度调节。由于人眼的视觉暂留效应，高频闪烁的LED在低亮度下仍然能够给人以连续亮度的感觉。

例如，如果要调节一个LED的亮度，可以将PWM输出信号周期设为100毫秒（10Hz），占空比设为20%。当计数器值小于等于20毫秒时，输出为高电平；当计数器值大于20毫秒时，输出为低电平。这样LED在亮度上的变化将会平滑且不产生明显的闪烁。

PWM输出还可以应用于音频合成，通过控制PWM输出的占空比和频率，可以合成各种音调的声音。

例如，若要合成一个频率为440Hz的A4音调，可以将PWM输出信号周期设为2.27毫秒（440Hz对应的周期），占空比设为50%。当计数器值小于等于1.14毫秒时，输出为高电平；当计数器值大于1.14毫秒时，输出为低电平。通过调整占空比和周期，可以合成不同音调的声音。

PWM输出是单片机中常见的数字信号调制方式，利用了定时器/计数器模块实现。通过控制信号的脉冲宽度，可以实现模拟信号的输出。本文介绍了PWM输出的原理，并给出了几个应用实例，包括直流电机驱动、LED亮度调节和音频合成。希望本文能够帮助你理解PWM输出的原理和应用。