如何在 Arduino 中使用 PWM

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简介: PWM(脉冲宽度调制)是 Arduino 中常用的技术,用于控制电机速度、LED 亮度等。通过设置数字引脚的 `analogWrite()` 函数,可以生成不同占空比的 PWM 信号,实现精确控制。
  1. Arduino中PWM引脚的识别
    • Arduino有多个具有PWM功能的引脚。例如,在Arduino Uno板上,引脚3、5、6、9、10、11是带有PWM功能的数字引脚。这些引脚可以用于输出PWM信号,以控制诸如电机速度、LED亮度等设备。不同型号的Arduino板可能具有不同数量和位置的PWM引脚,所以在使用之前需要查阅对应型号的技术文档来确定PWM引脚的位置。
  2. 使用analogWrite()函数产生PWM信号
    • 函数基本语法analogWrite(pin, value)。其中pin是要输出PWM信号的引脚编号,value是一个介于0 - 255之间的整数。这个值决定了PWM信号的占空比,0表示完全关闭(占空比为0%),255表示完全打开(占空比为100%)。例如,如果你想在引脚9上输出一个占空比为50%的PWM信号来控制一个LED的亮度,你可以使用analogWrite(9, 128),因为$128/255\approx0.5$(即50%)。
    • 控制LED亮度示例
      • 连接一个LED到Arduino的PWM引脚(例如引脚9),需要串联一个限流电阻(一般220Ω左右),以防止LED过流损坏。电阻一端连接LED的正极,LED负极连接Arduino的GND引脚。
      • 以下是简单的Arduino代码:
        ```cpp
        void setup() {
        // 初始化PWM引脚,这里以引脚9为例
        pinMode(9, OUTPUT);
        }

void loop() {
// 从暗到亮逐渐增加LED亮度
for (int i = 0; i <= 255; i++) {
analogWrite(9, i);
delay(10);
}
// 从亮到暗逐渐降低LED亮度
for (int i = 255; i >= 0; i--) {
analogWrite(9, i);
delay(10);
}
}

   - **控制直流电机转速示例**:
     - 将一个直流电机连接到Arduino的PWM引脚(例如引脚3),通常需要一个电机驱动芯片(如L293D)来提供足够的电流驱动电机。电机的一个引脚连接到电机驱动芯片的输出引脚,电机驱动芯片的控制引脚连接到Arduino的PWM引脚。
     - 以下是简单的代码来控制电机转速:
```cpp
void setup() {
    // 初始化PWM引脚,这里以引脚3为例
    pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop() {
    // 逐渐增加电机转速
    for (int i = 0; i <= 255; i++) {
        analogWrite(3, i);
        delay(10);
    }
    // 逐渐降低电机转速
    for (int i = 255; i >= 0; i--) {
        analogWrite(3, i);
        delay(10);
    }
}
  1. 调整PWM频率(高级用法)
    • 默认情况下,Arduino的PWM频率是固定的(在Arduino Uno上大约为490Hz)。但在某些应用中,可能需要调整PWM频率。这可以通过修改定时器的预分频器和计数器等参数来实现。不过,这涉及到对Arduino底层硬件(定时器)的操作,需要对Arduino的硬件架构有一定的了解。
    • 例如,在一些需要更高PWM频率来控制高速设备(如高速电机或某些高频响应的电子元件)的情况下,可以使用相关的定时器库或者直接操作寄存器来改变PWM频率。但是这种方法比较复杂,容易出错,如果不正确操作可能会影响Arduino的其他功能(因为定时器可能还用于其他用途,如计时、串口通信等)。所以在没有足够经验的情况下,一般建议使用默认的PWM频率,或者参考官方文档和相关的专业论坛进行谨慎的操作。
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