一種通俗易懂的PWM的解釋

電腦顯示屏的微觀圖像

上圖所示的是電腦顯示屏的微觀圖像，拍攝的方法非常有意思，通過在手機攝像頭上滴一滴水滴，形成凸透鏡，就能做成一個簡易版的顯微鏡。

在手機鏡頭上滴水滴造凸透鏡

從顯微錄像中也可以很明顯的看到顯示屏的一個個像素組成，我的ThinkPad顯示屏共有1366列768排、近100萬像素點，而每一個像素點，都由紅、綠、藍(lán)三種顏色組成。

由RGB色彩的知識可以知道，通過對紅綠藍(lán)不同深度的配比，能調(diào)出世界上所有的顏色。

這樣一來，本來高級、難學(xué)的彩屏顯示，就變得非常簡單，我們只需要計算好每個像素的紅綠藍(lán)顏色深度，且主控芯片的頻率足夠高，讓顯示屏能在20ms(人眼的視覺暫留時間)內(nèi)刷新完整一面圖像，即可讓顯示屏連續(xù)的顯示視頻。

不同RGB配比下的顏色體現(xiàn)

那么就有一個問題，就是如何讓只能輸出1和0兩種數(shù)字狀態(tài)的邏輯芯片，來控制RGB三色深度這連續(xù)的模擬量？

有兩種辦法：

1、經(jīng)過數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)化，讓只有兩種狀態(tài)的開關(guān)信號，轉(zhuǎn)換到連續(xù)信號。

這種辦法可行，但是由于轉(zhuǎn)換時間的限制，難以提高屏幕的刷新頻率，并且每一個像素點都需要單獨的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，這樣在硬件上的工程量會非常非常龐大，我們總不想自己的手機屏幕后邊背著一個巨大的主機箱吧？因此這種方法在驅(qū)動顯示屏上是完全不可行的。

2、再者，便是使用一種由A.H.里夫在20世紀(jì)30年代發(fā)明的脈寬調(diào)制技術(shù)（Pulse width modulation），簡稱PWM，這也是今天這篇推文所要介紹的，一項影響了全世界的技術(shù)。

PWM技術(shù)的優(yōu)點

1、PWM從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。

2、讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。

因此，因為他實現(xiàn)比較容易，且有極強的抗干擾能力，PWM被廣泛應(yīng)用于功率調(diào)節(jié)，通信等領(lǐng)域。而上文所說的顯示屏像素的RGB配比，正是PWM在功率調(diào)節(jié)上的一個典型應(yīng)用。

三種不同占空比的PWM，右側(cè)是一個峰峰值5V的PWM等效電壓

PWM的兩個概念：

1、周期/頻率

周期是指一個PWM信號一個上升沿 ↑ 執(zhí)行至下一個上升沿所需要的時間，一般用字母T表示。

頻率則是周期的倒數(shù)，即1/T。

頻率為1Hz的PWM信號施加在LED上，可以感受到肉眼可見的頻閃

** 頻率為50Hz的PWM信號在L****ED燈上的體現(xiàn)，人眼視覺暫留時間為** 20ms，因此50Hz的信號足以讓人眼感受不到頻閃。

2、占空比

一個PWM信號內(nèi)其中一個周期，高電平時間所占整個周期的百分比，即一個5V的直流信號相當(dāng)于占空比為100%的PWM信號，一個0V的直流信號相當(dāng)于占空比為0%的直流信號。

** 將PWM的占空比由0%慢慢提高到100%時LED亮度的變化**

很多剛接觸PWM的人往往不太能理解為什么被施加了不同占空比PWM的LED，會直接體現(xiàn)在LED的亮度變化上，簡單來說就是為什么PWM能控制LED亮度、電機的轉(zhuǎn)速？

我在初學(xué)PWM的時候也有這樣的困惑，也去網(wǎng)上查了很多資料，但是大部分都涉及到數(shù)學(xué)物理計算上，不僅難懂并且沒有讓人有看下去的欲望，時間長了也就放棄了搞懂他原理的沖動，有種食之無味棄之可惜的雞肋感。

后來偶然間，我看到了一種通俗易懂的解釋方法，我也茅塞頓開，他的解釋是，PWM的占空比越大，那么LED開啟的時間占比越大，宏觀上釋放的能量越高，反之釋放的能量越低，這樣當(dāng)提高了頻率，讓使用者無法感受到開關(guān)量的變化，就會使得LED的變亮或者變暗。

小米臺燈上的調(diào)光按鈕，他其實不是一個可調(diào)電阻，而是一個脈沖開關(guān)，同樣是利用了單片機來處理脈沖數(shù)據(jù)而輸出PWM，從而達(dá)到調(diào)光的效果

按下按鈕并且旋轉(zhuǎn)可以調(diào)節(jié)燈光的色溫，他是通過調(diào)節(jié)暖白色和亮白色兩種LED亮度的配比，來達(dá)到調(diào)節(jié)色溫的目的，同樣使用到了PWM的技術(shù)

這種說法似乎是有些偷換概念，和真正意義上的調(diào)光調(diào)速似乎不太一樣，但是從能量上來講，的確可以說通所有的現(xiàn)象。

本文所講的僅僅是PWM的部分基礎(chǔ)知識，應(yīng)該可以幫助你很好的理解PWM的原理。

此外，PWM還有 互補PWM ， 死區(qū)（DeadBand） 等稍微高級一點的概念，在日后的推文中我會結(jié)合相關(guān)實例詳細(xì)的介紹這兩個概念。這些PWM知識也在生活中有很廣泛的應(yīng)用，比較典型且熱門的是無線充電技術(shù)。

無線充電磁懸浮月球燈

上面是我目前正在做的一個個人愛好電子制作，里邊比較難的無線充電和磁懸浮的實現(xiàn)恰好運用到了PWM的相關(guān)知識。