PWM是如何工作的

脈沖寬度調(diào)制，英文縮寫為：PWM（PulseWidthModulation），是通過數(shù)字信號實現(xiàn)對模擬電路控制的一種非常有效的技術，常被廣泛應用于測量、通信、功率控制與變換等眾多領域。

那么PWM是如何工作的？

我們知道，數(shù)字電路只能產(chǎn)生高電平（1）或低電平（0），在小腳丫上也就意味著3.3V和0V。那么如果我們的應用恰好在這之間怎么辦？比如，將3.3V直接連到LED上會導致LED燈很亮。如何將LED燈調(diào)暗呢？當然，最簡單的辦法就是直接串聯(lián)一個限流電阻但這樣一來，限流電阻就需要不斷產(chǎn)生功耗，而這個功耗實際上是完全浪費掉的。

無非就是調(diào)節(jié)LED的亮度而已，難道就沒有其他更好的辦法了嗎？當然有，用我們今天學習的PWM就可以輕松實現(xiàn)。在進一步探討點亮LED之前，我們先通過圖1了解一些基本的參數(shù)：

圖1

圖1中，脈沖信號的周期為T，高電平寬度為t。如果我們將t/T定義為占空比，占空比就是2/3，因為高電平的寬度占了整個周期的2/3。在圖1中我們還可以看到一條紅色虛線，畫在了脈沖高度2/3的位置。這條虛線實際上就對應著最終的有效值。那么如何在FPGA上生成PWM信號呢？

我們還是習慣看圖說話，請看圖2。假如我們有一個鋸齒波，然后在鋸齒波上設置一個閾值（黑色水平虛線），凡是大于該閾值時輸出均為高電平，反之則為低電平，這樣我們是不是就得到一個PWM信號呢？如果我們想調(diào)整它的占空比，那么調(diào)節(jié)閾值的高低就可以了。在本例中，閾值線越低占空比越高。

圖2

如果把上面的描述再抽象化一下，就可以畫出圖3的模塊框圖。鋸齒波實際上就可以用計數(shù)器生成，閾值就是一個數(shù)值而已，比較器是用來生成最后輸出高低電平用的。

圖3

有了設計思路之后，我們來看一下最終代碼。

在代碼中，我們設置的計數(shù)器位寬是8位，也就是每128次后自動重新計數(shù)。所以，該計數(shù)器的最大頻率也就是12MHz/128=93.75KHz。圖3中可以看出，PWM信號的頻率和計數(shù)器的頻率相同，因此也是93.78KHz。

試想一下，LED現(xiàn)在正以超過每秒9萬次的速度閃爍，肉眼是完全分辨不出來的。那么閃爍過程中，亮/滅的比值越大，LED的視覺發(fā)光效果就越強，反之則越弱。我們最后將上述程序?qū)胄∧_丫中，并通過調(diào)節(jié)閾值來觀察小腳丫上的LED發(fā)光強度的變化。
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