什么是脉宽调制？

脉宽调制（PWM） 是描述一种数字信号的花哨术语。脉宽调制用于各种应用，包括复杂的控制电路。我们在 SparkFun 使用它们的一种常见方法是控制RGB LED的调光或控制舵机的方向。我们可以在这两种应用中实现一系列结果，因为脉宽调制允许我们以模拟方式改变信号处于高电平的时间。虽然信号在任何时候都只能为高电平（通常为5V）或低电平（接地），但我们可以在一致的时间间隔内改变信号为高电平与低电平时相比的时间比例。

由伺服电机控制的机器人爪，采用脉宽调制

占空比

当信号为高电平时，我们称之为“准时”。为了描述“准时”的数量，我们使用占空比的概念。占空比以百分比为单位。占空比百分比具体描述了数字信号在间隔或时间段内开启的时间百分比。该周期是波形频率的倒数。

如果数字信号有一半时间打开，另一半时间关闭，我们会说数字信号的占空比为 50%，类似于理想的方波。如果百分比高于 50%，则数字信号在高电平状态下花费的时间比在低电平状态下花费的时间长，反之亦然，如果占空比小于 50%。下图说明了这三种情况：

50%、75% 和 25% 占空比示例

100% 占空比与将电压设置为 5 伏（高）相同。0% 占空比与信号接地相同。

例子

您可以通过调整占空比来控制 LED 的亮度。

PWM用于控制LED亮度

使用RGB（红绿蓝）LED，您可以通过用不同的量调暗它们来控制三种颜色中每种颜色的混合量。

混色的基础知识

如果这三者都以相等的量打开，结果将是不同亮度的白光。蓝色与绿色同样混合会得到蓝绿色。举个稍微复杂的例子，尝试将红色完全打开，绿色完全打开 50% 占空比，蓝色完全关闭以获得橙色。

PWM可用于混合RGB颜色

在控制LED时，方波的频率确实需要足够高才能获得适当的调光效果。1 Hz 时的 20% 占空比波会很明显地表明它正在打开和关闭您的眼睛，同时，20 Hz 或更高频率下的 100% 占空比看起来比完全打开时更暗。从本质上讲，如果您的目标是使用 LED 获得调光效果，则周期不能太大。

您还可以使用脉宽调制来控制连接到机械臂等机械装置的伺服电机的角度。舵机有一个轴，根据其控制线转向特定位置。我们的伺服电机的范围约为 180 度。

频率/周期特定于控制特定伺服器。典型的伺服电机期望每 20 ms 更新一次，脉冲在 1 ms 到 2 ms 之间，换句话说，在 50 Hz 波形上占空比在 5% 到 10% 之间。在 1.5 毫秒的脉冲下，伺服电机将处于自然 90 度位置。在 1 毫秒脉冲下，舵机将处于 0 度位置，在 2 毫秒脉冲下，舵机将处于 180 度位置。您可以通过将舵机更新为介于两者之间的值来获得整个运动范围。

PWM 用于将伺服电机相对于其支架保持在 90 度

资源并走得更远

脉宽调制用于各种应用，特别是控制。您已经知道它可用于 LED 的调光和控制伺服电机的角度，现在您可以开始探索其他可能的用途。如果您感到迷茫，请随时查看SparkFun Inventor 套件，其中包含使用脉宽调制的示例。如果您准备立即开始编码并拥有 Arduino，请查看此处的 PWM 编码示例。