一句话概括
PWM（Pulse Width Modulation），即脉冲宽度调制，是一种利用数字信号来控制模拟电路的技术。
PWM就是一种通过快速地“开关”一个数字信号（高电平和低电平），并精确控制高电平持续时间的比例，来“模拟”出一个我们所需要的平均电压或平均功率的技术。
核心思想：用“时间”换“能量”
想象一下,你有一个开关和一个灯泡。
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直接用模拟信号控制 你用一个可以连续调节亮度的旋钮（模拟信号）来控制灯泡的亮度，旋钮转得越亮，灯泡就越亮，这是最直接的方式，但需要复杂的模拟电路。
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用PWM控制 你用一个高速开关（比如每秒开关1000次）来控制灯泡。
（图片来源网络，侵删）- 全开：你一直按着开关不放（100%的时间是高电平），灯泡会最亮。
- 半开：你每按住开关0.5秒，然后松开0.5秒（50%的时间是高电平），由于开关速度太快，人眼和灯泡的灯丝都无法反应这种快速的闪烁，它只会“感觉”到亮度是原来的一半。
- 1/4开：你每按住开关0.25秒，松开0.75秒（25%的时间是高电平），灯泡的亮度就是原来的1/4。
在这个例子里,开关的频率（每秒多少次）是固定的，而高电平的持续时间占整个周期的比例（这个比例被称为“占空比”）是变化的，通过改变这个占空比，我们就控制了灯泡接收到的平均能量，从而控制了它的亮度。
关键术语解释
为了更好地理解PWM,需要了解几个核心参数：
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频率：PWM信号每秒钟“开关”的次数，单位是赫兹。
- 影响：频率必须足够高，才能让负载（如电机、灯泡）平滑地响应，而不是产生明显的闪烁或噪音，控制LED灯，频率通常需要几百赫兹以上；控制电机，频率可能需要几千到几十万赫兹。
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周期：一个完整的开关循环所需的时间，是频率的倒数。
（图片来源网络，侵删）周期 = 1 / 频率
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脉冲宽度：在一个周期内，信号处于高电平的时间长度。
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占空比：这是PWM控制的核心参数，它指的是在一个周期内，高电平持续时间所占的百分比。
占空比 = (脉冲宽度 / 周期) * 100%- 占空比的取值范围是 0% 到 100%。
- 占空比与输出平均电压的关系：
- 占空比 = 0%：始终为低电平，输出平均电压为 0V。
- 占空比 = 100%：始终为高电平，输出平均电压为电源电压。
- 占空比 = 50%：高电平和低电平时间各占一半，输出平均电压为电源电压的一半。
输出平均电压 = 占空比 × 电源电压
PWM为什么如此重要？（优点）
PWM技术之所以在现代电子控制领域无处不在,是因为它具有以下显著优点：
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高效率：控制元件（如MOSFET、晶体管）工作在“完全导通”（饱和区）或“完全截止”（截止区）两种状态，导通时电阻很小，截止时电流几乎为零，因此自身的功率损耗极小，能量转换效率非常高，这比使用线性放大器（如三极管工作在放大区）来控制电压要节能得多。
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精确控制：通过微控制器（如Arduino, STM32）或专用PWM芯片，可以非常精确地生成并调节占空比，实现平滑、无级调光或调速。
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数字化实现：PWM信号本质上是数字信号，非常适合由微控制器等数字芯片直接生成，无需额外的数模转换器，简化了电路设计。
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灵活性高：通过改变占空比，可以轻松实现对各种负载（如LED亮度、电机转速、发热元件温度）的控制。
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抗干扰能力强：数字信号在传输过程中不易受噪声影响，可靠性高。
PWM技术的典型应用
PWM技术几乎无处不在,以下是一些最常见的应用场景：
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电机控制：通过改变PWM的占空比来控制施加在电机上的平均电压，从而精确调节电机的转速，这是机器人、无人机、电动工具等领域的核心技术。
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LED调光：通过改变PWM的占空比来控制LED的亮度，由于PWM调光是快速开关，而不是改变电流大小，因此可以避免LED在低亮度时产生色偏问题，并且能实现更高精度的调光。
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温度控制：在电热炉、3D打印机的热床、恒温焊台等设备中，通过PWM控制加热元件的通断时间，将温度精确地控制在设定值附近。
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伺服舵机控制：标准的舵机就是通过接收PWM信号来控制转角的，控制信号通常是一个周期为20ms（频率50Hz）的脉冲，脉冲的宽度（在1ms到2ms之间）决定了舵机的旋转角度（1.5ms对应中位）。
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电源管理：在开关电源（如手机充电器、电脑电源）中，PWM技术被用来控制开关管的导通时间，从而实现稳定高效的电压输出和调节（如降压Buck电路、升压Boost电路）。
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音频放大：在D类放大器中，PWM技术将模拟音频信号转换成PWM数字信号，然后通过功率开关电路放大，最后通过一个低通滤波器恢复出原始的音频信号，这种放大器效率极高，常用于便携式音响和车载音响。
一个简单的例子：Arduino控制LED亮度
假设你有一个Arduino、一个LED和一个220Ω的电阻。
- 硬件连接：Arduino的数字引脚（如D9）连接到LED的正极，LED的负极通过电阻连接到GND。
- 软件代码：
// 定义LED连接的引脚
const int ledPin = 9;
void setup() {
// 设置引脚9为输出模式
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
// 逐渐变亮
for (int brightness = 0; brightness <= 255; brightness++) {
analogWrite(ledPin, brightness); // 使用analogWrite函数，实际上就是设置PWM的占空比
delay(10);
}
// 逐渐变暗
for (int brightness = 255; brightness >= 0; brightness--) {
analogWrite(ledPin, brightness);
delay(10);
}
}
在这段代码中,analogWrite() 函数就是Arduino内置的PWM生成函数，它接受一个0到255的值，这个值会映射成0%到100%的占空比，传入128，占空比就是50%，LED的平均电压就是一半，亮度就是中等。
PWM控制技术是一种高效、精确且易于数字化的“开关”控制艺术，它通过快速地开关一个信号，并改变高电平时间的比例（占空比），来“欺骗”负载，让它接收到一个我们想要的、介于最大值和最小值之间的“平均”效果，它是现代自动化、电子和电力电子领域中不可或缺的基础技术。
