单片机PWM控制物联网：传感器控制与数据采集，连接万物

# 1. 单片机PWM控制简介**

脉宽调制（PWM）是一种广泛应用于单片机控制中的技术，它通过调节脉冲的宽度来控制输出功率或信号。PWM控制在电机控制、照明控制、功率变换等领域有着重要的应用。

本章将介绍PWM控制的基本原理，包括PWM调制方式、PWM波形的分析等内容。同时，还将介绍单片机PWM控制的实现，包括单片机PWM模块结构、PWM控制程序设计等方面。

# 2. PWM控制理论与实践

### 2.1 PWM控制原理和调制技术

#### 2.1.1 PWM调制方式

脉宽调制（PWM）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出电压或电流的调制技术。在PWM调制中，输出信号是一个周期性脉冲序列，脉冲的宽度根据所需输出电压或电流进行调节。

常用的PWM调制方式有两种：

- **单极性PWM：**输出脉冲的极性始终为正或负，脉冲宽度在0到一个周期之间变化。
- **双极性PWM：**输出脉冲的极性可以为正或负，脉冲宽度在-一个周期到一个周期之间变化。

#### 2.1.2 PWM波形的分析

PWM波形可以分解为一系列谐波分量。基波分量的频率等于PWM载波频率，幅度等于输出电压或电流的平均值。其他谐波分量的频率是基波频率的倍数，幅度逐渐减小。

PWM波形的谐波分量会对系统产生影响，例如：

- **谐波失真：**谐波分量会使输出波形失真，影响系统性能。
- **噪声：**谐波分量会产生噪声，干扰其他系统。
- **振铃：**谐波分量会引起输出波形的振铃，影响系统稳定性。

### 2.2 单片机PWM控制实现

#### 2.2.1 单片机PWM模块结构

大多数单片机都集成了PWM模块，该模块通常包括以下功能：

- **定时器：**用于产生PWM载波。
- **比较器：**用于将输入信号与载波信号进行比较，生成PWM脉冲。
- **输出驱动器：**用于驱动输出端。

#### 2.2.2 PWM控制程序设计

单片机PWM控制程序设计主要包括以下步骤：

1. **配置定时器：**设置定时器的时钟源、分频系数和比较值，以产生所需的PWM载波频率。
2. **配置比较器：**设置比较器的比较值，以控制PWM脉冲的宽度。
3. **启动PWM模块：**使能PWM模块，开始输出PWM脉冲。

// 单片机PWM控制程序示例

#include <stdint.h>

// 初始化定时器
void timer_init(void) {
    // 设置时钟源、分频系数和比较值
    TCCR0A |= (1 << WGM01) | (1 << WGM00);
    TCCR0B |= (1 << CS00);
    OCR0A = 255;
}

// 初始化比较器
void comparator_init(void) {
    // 设置比较值
    OCR0B = 128;
}

// 启动PWM模块
void pwm_start(void) {
    // 使能PWM模块
    TCCR0A |= (1 << COM0A1);
}

int main(void) {
    // 初始化定时器、比较器和PWM模块
    timer_init();
    comparator_init();
    pwm_start();

    while (1) {
        // 根据需要调整比较值，控制PW