2021-08-16

PWM技术的原理和应用——基于89C52/89C51演示
一、技术概念
PWM，中文名称为“脉冲宽度调制”，该技术是用于在数字电路对模拟电路的控制。在数字电路中，只存在0和1信号，即“电压为0V”和“电压为5V”，而在模拟电路中，不同的电压值会对器件的工作状态会有不同的效果。例如：一颗LED的工作电压为1.7V-3.6V不等，不同的电压值，影响着LED的亮度。那么如何通过数字电路的“0”、“1”来控制LED两端出现不同的电压？
二、技术原理
在日常时候中，我们用的生活电压为220V，这个是用直流电压表测试的。如果用交流电压，那么示数会在±340V之间振荡。因为220V是其有效值，±340V是其峰峰值。如果单片机的I/O口也会输出一个从“5V”到“0V”的振荡信号，会不会也在I/O口存在一个“0”到“5V”之间的有效值。
既然是一个振荡的信号，那么就要考虑两个指标：“周期/频率”、“高电平的持续时间/低电平的持续时间”。
频率一定大，既周期时间要短，因为LED有余晖作用，在短时间内电压为0时，灯光并不会立刻消失。我们假设频率为100Hz，也就是说1S之内有100个波形（1个高电平和1个低电平为一个波形）。T=0.01s
先设置高电平持续时间为0.005s，占周期的50%=（0.005/0.01）×100%，而这个50%被称为PWM的占空比。
那么我们可以根据这些数据通过公式来推出其等效的直流电压（直流电压表的示数），是计算其有效值还是其平均值？
是有效值，因为交流电的有效值在相同时间内消耗的能量是一样的，公式推导如下：

※U是有效值，u(t)是交流电的对t的函数，T为周期
平均值：仅仅是电压在时间上的平均值，是不能等效成元件两端的电压。

通过公式计算出占空比50%时，其有效值为U=2.5*1.414=3.54V
不同的占空比，对应着不同的有效值：

三，流程图
从原理可以得知一个51系列的单片机通过控制I/O口的输出信号的占空比就可以控制LED的亮度。
那么我们设定4种占空比（10%、30%、50%、90%）的情况，并且通过摁键可以互相改变。
信号的周期可以通过单片机的定时器来控制，一个周期为0.01s=10ms，当定时器工作在方式1，单片机晶振为12MHz时，一次定时器中断最大时间为65.536ms。我们设定一次定时器中断时间为100μs，这样一个波形的周期需要经过100次的定时器中断，设置一个变量count，用来判断是否到达100，从而重新开始一个周期。
可以先设置I/O口的初始为高电平，定义一个标志变量FLAG，FLAG的作用是用来和count做比较从而单片机判断是否达到了占空比的要求，例如，占空比设定为50%，当count=50的时候，将高电平变为低电平，就会出现占空比为50%的波形。