Arduino PWM实验：动态调整占空比与周期

"课程作业1-潘奔1" 本次课程作业主要围绕Arduino硬件平台，通过脉宽调制（PWM）技术和串口通讯实现一个灵活的人机交互系统，允许用户在线调整生成的方波信号的周期和占空比。作业的具体内容包括以下几个方面： 一、实验简介 实验的目标是在Arduino的7号引脚上生成一个可调节周期和占空比的方波信号。用户可以通过串口发送指令来改变这些参数，同时，程序需要实时显示修改后的PWM波形。实验设定的参数范围是：周期T在10ms到10000ms之间，占空比（Duty-cycle）则限制在10%到90%。为了确保串口通讯不影响波形的生成，可以设置一个缓冲区来存储用户输入，待用户输入完整指令并按下回车键后，再处理这些数据。 二、实验原理 2.1 PWM原理 PWM是一种通过调整脉冲宽度来模拟连续电压的技术。在每个周期内，高电平时间的比例即为占空比，通过改变占空比可以改变输出信号的平均电压。Arduino UNO支持三种方式生成PWM波形：数字IO转换、analogWrite函数以及使用定时器。考虑到实验需求，需要自定义周期和占空比，因此选择了数字IO转换法，这种方法能精确地控制周期和占空比。 2.2 串口通讯 串口通讯是实现用户与设备交互的关键。通过设置串口监听，程序可以接收到用户的指令，并根据指令调整PWM波形的参数。为了防止通讯过程中的数据干扰，可以采用异步处理方式，即接收完整的用户输入（通常以回车符作为结束标志）后，再进行解析和执行。 三、程序代码 在编写程序时，首先需要初始化Arduino的7号引脚为PWM输出模式，然后设置一个循环以持续生成PWM波形。在循环内部，可以使用定时器或者延时函数来控制周期，根据接收到的串口指令更新占空比。为了实现多任务调度，可以使用课堂上讲解的软件框架，确保串口通讯和波形生成两个任务能并发运行。 四、实验结果 实验结果应展示在Arduino IDE的串口监视器或其他外部设备上，实时反映用户输入指令对PWM波形的影响。用户可以看到每次指令更改后，方波信号的周期和占空比的变化，并且在7号引脚上观察到相应的波形变化。 这个课程作业旨在让学生掌握PWM技术及其应用，以及如何通过串口通讯实现人机交互，同时锻炼了他们在实际项目中应用多任务调度的能力。通过完成这个作业，学生将对Arduino平台的硬件控制和实时通讯有更深入的理解。