芯源半导体CW32
直播中

名士流

9年用户 984经验值
私信 关注
[问答]

PWM周期和占空比是否可以在程序中进行调节?

PWM周期和占空比是否可以在程序中进行调节

回帖(1)

张亮

2025-11-28 18:09:26

是的,PWM的周期和占空比通常可以在程序运行期间进行动态调节。这正是PWM(脉宽调制)技术灵活性和实用性的核心所在。


以下是详细解释:



  1. 基本原理: PWM 信号由微控制器(MCU)、特定的 PWM 控制器芯片或 FPGA 等硬件模块生成。这些硬件通常包含可编程寄存器,用于设置决定周期和占空比的关键参数。

  2. 周期调节:

    • 周期通常由一个计数器决定。计数器从 0 开始计数,达到一个特定的上限值(称为“自动重装载值”、“周期寄存器值”或“TOP值”)后溢出归零(或向下计数到0),从而完成一个周期。

    • 在程序中调节: 你只需要在代码中修改这个“自动重装载值”或“周期寄存器”的值。写入新的值后,通常从下一个计数周期开始,PWM 信号的周期就会根据新值改变。


  3. 占空比调节:

    • 占空比由另一个寄存器(称为“比较匹配寄存器”、“占空比寄存器”或“CCR值”)决定。当计数器的值小于这个寄存器的值时,输出通常为高电平(或低电平,取决于配置);当计数器值大于等于这个寄存器的值时,输出电平翻转。

    • 在程序中调节: 在代码中修改这个“比较匹配寄存器”的值。写入新值后,通常会在当前周期下一个周期(取决于硬件具体实现和更新模式)立即生效,输出脉冲的宽度(高电平时间)就会随之改变,从而改变占空比。


  4. 实现方式:

    • 直接寄存器操作: 最底层的方式是直接读写硬件对应的寄存器地址。这需要对芯片手册非常熟悉。

    • 硬件抽象层库: 大多数 MCU 厂商(如 STM32 HAL/LL, ESP-IDF, Arduino Core for AVR/ESP32/SAMD, PIC MPLAB Harmony, NXP SDK)都提供封装好的库函数。这些函数(如 pwm_set_period(), pwm_set_duty_cycle(), analogWrite() (Arduino 占空比), __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD() (STM32 周期), __HAL_TIM_SET_COMPARE() (STM32 占空比))隐藏了底层寄存器细节,让你能更方便地在程序中修改周期和占空比。

    • 高级框架/语言: 在 Arduino IDE, MicroPython, CircuitPython 等环境中,通常有更简化的函数(如 analogWrite() 用于占空比,有些库也支持周期设置)来完成这个任务。


  5. 实时性:

    • 占空比的变化通常是立即生效的(在当前或下一个PWM周期),这使得它非常适合需要快速响应的应用,如电机转速控制、LED亮度平滑调节。

    • 周期改变通常需要等到当前计数周期结束,新的周期值在下个周期开始时生效。有些高级的PWM模块可能允许更精细的控制(如双缓冲寄存器),确保更改在精确的边界生效而不产生毛刺。


  6. 应用举例:

    • LED调光: 通过程序改变占空比来实时调整亮度。

    • 电机调速: 通过程序改变占空比来控制电机速度;有时也会调节周期以适应不同的电机类型或减少噪音。

    • 电源转换器: 在开关电源或DC-DC转换器中,程序需要根据输入电压、输出电压和负载电流的变化,动态调整PWM的占空比(有时也包括频率)以维持稳定输出。

    • 音频生成: 改变占空比和频率可以生成不同音调和音量的声音。

    • 伺服电机控制: 通过发送特定占空比(通常在1ms到2ms之间)的PWM脉冲来控制舵机角度。



关键点总结:



  • 是: PWM周期和占空比绝对可以在程序中动态调节。

  • 为什么重要: 这种动态调节能力是PWM广泛应用于实时控制、电源管理和信号生成等领域的关键。

  • 如何实现: 通过修改微控制器底层硬件PWM模块对应的特定寄存器值。这可以通过直接操作寄存器或调用硬件供应商提供的库函数来完成。

  • 时效性: 占空比更改通常非常快(即时或在下一个PWM周期),周期更改通常在下一个完整周期开始生效。


因此,在你的嵌入式程序代码中,你完全可以、也经常需要根据传感器读数、用户输入、算法计算结果等因素,实时地去调整PWM输出的周期和占空比。

举报

更多回帖

发帖
×
20
完善资料,
赚取积分