Arduino學(xué)習(xí)筆記4_Arduino軟件模擬PWM

注:1.這篇文章斷斷續(xù)續(xù)寫了很久,畫圖技術(shù)也不精,難免錯(cuò)漏,大家湊合看.有問題可以留言.
???? 2.論壇排版把我的代碼縮進(jìn)全弄沒了,大家將代碼粘貼到arduino編譯器,然后按ctrl+T重新格式化代碼格式即可看的舒服.

一、什么是PWM

PWM 即Pulse Wavelength Modulation 脈寬調(diào)制波，通過調(diào)整輸出信號(hào)占空比，從而達(dá)到改 變輸出平均電壓的目的。相信Arduino 的PWM 大家都不陌生，在Arduino Duemilanove 2009 中，有6 個(gè)8 位精度PWM 引腳，分別是3, 5, 6, 9, 10, 11 腳。我們可以使用analogWrite()控 制PWM 腳輸出頻率大概在500Hz 的左右的PWM 調(diào)制波。分辨率8 位即2 的8 次方等于 256 級(jí)精度。但是有時(shí)候我們會(huì)覺得6 個(gè)PWM 引腳不夠用。比如我們做一個(gè)10 路燈調(diào)光， 就需要有10 個(gè)PWM 腳。Arduino Duemilanove 2009 有13 個(gè)數(shù)字輸出腳，如果它們都可以 PWM 的話，就能滿足條件了。于是本文介紹用軟件模擬PWM。

二、Arduino 軟件模擬PWM
Arduino PWM 調(diào)壓原理：PWM 有好幾種方法。而Arduino 因?yàn)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電源和實(shí)現(xiàn)難度限制，一般 使用周期恒定，占空比變化的單極性PWM。
通過調(diào)整一個(gè)周期里面輸出腳高/低電平的時(shí)間比（即是占空比）去獲得給一個(gè)用電器不同 的平均功率。
如圖所示，假設(shè)PWM 波形周期1ms（即1kHz），分辨率1000 級(jí)。那么需要一個(gè)信號(hào)時(shí)間 精度1ms/1000=1us 的信號(hào)源，即1MHz。所以說，PWM 的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)在于需要使用很高頻的 信號(hào)源，才能獲得快速與高精度。下面先由一個(gè)簡(jiǎn)單的PWM 程序開始：

const int PWMPin = 13;
int bright = 0;
void setup()
{
pinMode(PWMPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
if((bright++) == 255) bright = 0;
for(int i = 0; i < 255; i++)
{
if(i < bright)
{
digitalWrite(PWMPin, HIGH);

delayMicroseconds(30);
}
else
{
digitalWrite(PWMPin, LOW);
delayMicroseconds(30);
}
}
}

這是一個(gè)軟件PWM 控制Arduino D13 引腳的例子。只需要一塊Arduino 即可測(cè)試此代碼。 程序解析：由for 循環(huán)可以看出，完成一個(gè)PWM 周期，共循環(huán)255 次。
假設(shè)bright=100 時(shí)候，在第0~100 次循環(huán)中，i 等于1 到99 均小于bright，于是輸出PWMPin 高電平；
然后第100 到255 次循環(huán)里面，i 等于100~255 大于bright，于是輸出PWMPin 低電平。無 論輸出高低電平都保持30us。
那么說，如果bright=100 的話，就有100 次循環(huán)是高電平，155 次循環(huán)是低電平。 如果忽略指令執(zhí)行時(shí)間的話，這次的PWM 波形占空比為100/255，如果調(diào)整bright 的值， 就能改變接在D13 的LED 的亮度。
這里設(shè)置了每次for 循環(huán)之后，將bright 加一，并且當(dāng)bright 加到255 時(shí)歸0。所以，我們 看到的最終效果就是LED 慢慢變亮，到頂之后然后突然暗回去重新變亮。 這是最基本的PWM 方法，也應(yīng)該是大家想的比較多的想法。
然后介紹一個(gè)簡(jiǎn)單一點(diǎn)的。思維風(fēng)格完全不同。不過對(duì)于驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED 來說，效果與上面 的程序一樣。

const int PWMPin = 13;
int bright = 0;
void setup()
{
pinMode(PWMPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
digitalWrite(PWMPin, HIGH);
delayMicroseconds(bright*30);
digitalWrite(PWMPin, LOW);
delayMicroseconds((255 - bright)*30);
if((bright++) == 255) bright = 0;
}

可以看出，這段代碼少了一個(gè)For 循環(huán)。它先輸出一個(gè)高電平，然后維持(bright*30)us。然 后輸出一個(gè)低電平，維持時(shí)間((255-bright)*30)us。這樣兩次高低就能完成一個(gè)PWM 周期。 分辨率也是255。

三、多引腳PWM
Arduino 本身已有PWM 引腳并且運(yùn)行起來不占CPU 時(shí)間，所以軟件模擬一個(gè)引腳的PWM 完全沒有實(shí)用意義。我們軟件模擬的價(jià)值在于：他能將任意的數(shù)字IO 口變成PWM 引腳。
當(dāng)一片Arduino 要同時(shí)控制多個(gè)PWM，并且沒有其他重任務(wù)的時(shí)候，就要用軟件PWM 了。
多引腳PWM 有一種下面的方式：
int brights[14] = {0}; //定義14個(gè)引腳的初始亮度，可以隨意設(shè)置
int StartPWMPin = 0, EndPWMPin = 13; //設(shè)置D0~D13為PWM 引腳
int PWMResolution = 255; //設(shè)置PWM 占空比分辨率
void setup()
{
//定義所有IO 端輸出
for(int i = StartPWMPin; i <= EndPWMPin; i++)
{
pinMode(i, OUTPUT);
//隨便定義個(gè)初始亮度,便于觀察
brights[ i ] = random(0, 255);
}
}
void loop()
{
//這for 循環(huán)是為14盞燈做漸亮的。每次Arduino loop()循環(huán)，
//brights 自增一次。直到brights=255時(shí)候，將brights 置零重新計(jì)數(shù)。
for(int i = StartPWMPin; i <= EndPWMPin; i++)
{
if((brights[i]++) == PWMResolution) brights[i] = 0;
}
for(int i = 0; i <= PWMResolution; i++) //i 是計(jì)數(shù)一個(gè)PWM 周期
{
for(int j = StartPWMPin; j <= EndPWMPin; j++) //每個(gè)PWM 周期均遍歷所有引腳
{
if(i < brights[j])\


?

所以我們要更改PWM 周期的話，我們將精度（代碼里面的變量：PWMResolution）降低就行，比如一般調(diào)整LED 亮度的話，我們用64 級(jí)精度就行。這樣速度就是2x32x64=4ms。就不會(huì)閃了。