如何實現Pulse Width Modulation編程程序

Pulse Width Modulation（PWM）是一種將模擬信號轉換為數字信號的技術，其廣泛應用於控制電機、電磁閥、LED燈等匹配電路的應用中，在嵌入式系統和工業自動化等領域得到應用。在本文中，我們將介紹如何在編程中實現PWM。

一、PWM的原理

PWM是通過改變信號的占空比（高電平佔總周期的百分比）來控制電路的輸出。PWM輸出的波形可以是方波、三角波等各種形式，取決於應用場合。在使用PWM技術時，需要確定以下參數：

1、頻率：PWM信號的重複周期，一般在幾千赫茲到幾十千赫茲之間。

2、占空比：高電平所佔重複周期時間的百分比，對輸出電壓進行調節。

3、精度：PWM的精度決定了輸出電路的穩定性和準確性。

PWM的原理可以用下圖來說明：

如圖所示，當周期為T時，高電平佔據了d*T的時間，低電平佔據了(1-d)*T的時間。如果周期數足夠多，PWM信號就可以被看作是模擬信號。

二、實現PWM的方法

實現PWM有多種方法，可以使用定時器、外圍晶元、FPGA等多種硬體方式，也可以使用軟體方式，下面將介紹如何在編程中實現PWM。

1. 使用延時法實現PWM

使用延時法實現PWM可以直接使用程序語言控制輸出引腳的電平和延時時間，從而實現PWM輸出。具體實現如下：

void delay_us(unsigned int us){
    while(us)
    {
        us--;
    }
}

int main()
{
    while(1){
        P0 = 0xFF;    //高電平占空比50%
        delay_us(500);
        P0 = 0x00;
        delay_us(500);
    }
}

上述代碼實現了一個50%的占空比的PWM輸出，如果需要實現不同的占空比，可以調整delay_us()函數的參數來實現。

2. 使用定時器實現PWM

使用定時器實現PWM可以通過定時器控制計數器的計數來實現輸出波形。具體實現如下：

#include 

sbit P2_2 = P2^2;

unsigned char xdata TIMER_VAL _at_ 0x4000;
unsigned char xdata TIMER_RELOAD _at_ 0x5000;

int main(void)
{
    TMOD = TMOD | 0x01; // 16位定時器
    TH0 = TIMER_RELOAD = 0xE1; //裝載初值，頻率為10K，占空比為80%
    TIMER_VAL = 0; //計數器初值清0
    TF0 = 0; //清定時器中斷標誌位
    ET0 = 1; //使能定時器中斷
    EA = 1; //使能總中斷
    TR0 = 1; //開啟定時器
    while(1) {}
}

void Timer0_ISR() interrupt 1
{
    TIMER_VAL = TIMER_RELOAD;
    P2_2 = ~P2_2;
}

上述代碼使用定時器中斷來實現PWM輸出，通過改變TH0的初值來調整輸出頻率，通過改變TIMER_VAL初值來調整PWM的占空比。

三、PWM的應用

PWM技術廣泛應用於控制電機、電磁閥、LED燈等匹配電路的應用中，以下是一些示例應用：

1. 控制蒸汽機舵機

蒸汽機舵機主要用來控制輪舵或傳動桿舵的角度，一般需要精確的控制。在這種應用中，需要根據船舶的舵位來控制舵機的角度，以實現精準的控制。船舶的舵位是以10度為間隔表示的，因此可以使用10度為一個單位來進行頻率調整。

2. 控制LED燈的亮度

在LED燈的控制中，PWM技術被廣泛應用於控制燈的亮度。通過改變PWM的占空比可以控制LED的亮度，從而實現不同的燈效。具體應用場景包括室內裝飾燈、休閑場所燈光、舞檯燈光等。

3. 控制電機的速度和方向

PWM技術可以通過改變電機的占空比來改變電機的轉速，從而實現控制電機的速度。在某些應用中，需要控制電機的方向，這可以通過改變PWM的輸出引腳來實現。

結論

本文介紹了如何實現PWM編程程序，討論了PWM的原理和實現方法，並且介紹了PWM的應用。PWM技術在各種控制應用中得到廣泛應用，具有廣泛的應用前景。