arduino学习笔记20 PWM控制LED实验 PWM讲解

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arduino学习笔记20 PWM控制LED实验 PWM讲解

本次实验通过PWM来控制一盏LED灯，让它慢慢变亮再慢慢变暗，如此循环。下面是接线图：

1.        /*

2.        本次实验演示如何通过analogWrite()命令使连接9号端口的LED灯亮度逐渐变化

3.          */

4.        int brightness = 0;    //定义整数型变量brightness与其初始值，此变量用来表示LED的亮度。

5.        int fadeAmount = 5;    //定义整数型变量fadeAmount，此变量用来做亮度变化的增减量。

6.         

7.        void setup()  {

8.         

9.          pinMode(9, OUTPUT);// 设置9号口为输出端口:

10.   }

11.   

12.   void loop()  {

13.     

14.     analogWrite(9, brightness);//把brightness的值写入9号端口

15.   

16.     brightness = brightness + fadeAmount;//改变brightness值，使亮度在下一次循环发生改变

17.     

18.     if (brightness == 0 || brightness == 255) {

19.       fadeAmount = -fadeAmount ; //在亮度最高与最低时进行翻转

20.     }     

21.     

22.     delay(30); //延时30毫秒                       

23.   }

复制代码

本次实验效果如下：

analogWrite()

其作用是给端口写入一个模拟值(PWM波)。可以用来控制LED灯的亮度变化，或者以不同的速度驱动马达。当执行analogWrite()命令后，端口会输出一个稳定的占空比的方波。除非有下一个命令来改变它。PWM信号的频率大约为490Hz.

在使用ATmega168与ATmega328的arduino控制板上，其工作在3,5,6,9,10,11端口。Arduino Mega控制板，可以工作于2-13号端口。在更古老的基于ATmega8的arduino控制板上，analogWrite()命令只能工作于9,10,11号端口。在使用analogWrite()命令前，可以不使用pinMode()命令把端口定义为输出端口，当然如果定义了更好，这样利于程序语言规范。

语法
analogWrite(pin, value)

参数
pin:写入的端口
value:占空比:在0-255之间。

注释与已知问题
当PWM输出与5,6号端口的时候，会产生比预期更高的占空比。原因是PWM输出所使用的内部时钟，millis()与delay()两函数也在使用。所以要注意使用5,6号端口时，空占比要设置的稍微低一些，或者会产生5,6号端口无法输出完全关闭的信号。

PWM（Pulse-width modulation）脉宽调制

PWM是使用数字手段来控制模拟输出的一种手段。使用数字控制产生占空比不同的方波（一个不停在开与关之间切换的信号)来控制模拟输出。额~~这个说的太专业了，还是说的通俗点。
以本次实验来看，端口的输入电压只有两个0V与5V。如我我想要3V的输出电压怎么办。。。有同学说串联电阻，对滴，这个方法是正确滴。但是如果我想1V,3V,3.5V等等之间来回变动怎么办呢？不可能不停地切换电阻吧。这种情况下。。。就需要使用PWM了。他是怎么控制的呢，对于arduino的数字端口电压输出只有LOW与HIGH两个开关，对应的就是0V与5V的电压输出，咱本把LOW定义为0，HIGH定义为1.一秒内让arduino输出500个0或者1的信号。如果这500个全部为1，那就是完整的5V，如果全部为0，那就是0V。如果010101010101这样输出，刚好一半一半，输出端口就感觉是2.5V的电压输出了。这个和咱们放映电影是一个道理，咱们所看的电影并不是完全连续的，它其实是每秒输出25张图片，在这种情况下人的肉眼是分辨不出来的，看上去就是连续的了。PWM也是同样的道理，如果想要不同的电压，就控制0与1的输出比例控制就ok~当然。。。这和真实的连续输出还是有差别的，单位时间内输出的0,1信号越多，控制的就越精确。

在下图中，绿线之间代表一个周期，其值也是PWM频率的倒数。换句话说，如果arduino PWM的频率是500Hz，那么两绿线之间的周期就是2毫秒。 analogWrite() 命令中可以操控的范围为0-255， analogWrite(255)表示100%占空比（常开）， analogWrite(127)占空比大约为50%（一半的时间）。



传统方法实现PWM

除了使用analogWrite()命令实现PWM，还可以通过传统方法来控制电平的开关时间来设置。
请看如下代码

1.        void setup()

2.        {

3.          pinMode(13, OUTPUT);//设定13号端口为输出

4.        }

5.         

6.        void loop()

7.        {

8.          digitalWrite(13, HIGH);

9.          delayMicroseconds(100); // 大约10%占空比的1KHz方波

10.     digitalWrite(13, LOW);

11.     delayMicroseconds(900);

12.   }

复制代码

这种方法的的优点是他可以使用任意数字端口做输出端口。而且可以自己随意设定占空比与频率。一个主要的缺点是任何中断都会影响时钟，这样就会导致很大的抖动，除非你禁用中断。第二个却就是CPU在处理输出的时候，就无法做其他事情了。

上面的代码用到了一个新的命令

delayMicroseconds()

其作用是产生一个延时，计量单位是微秒，1000微秒=1毫秒。目前delayMicroseconds()最大值为16383。如果值大于1000，推荐使用delay() 命令。