Arduino - 脈衝寬度調製

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脈衝寬度調製或 PWM 是一種常用的技術，用於改變脈衝序列中脈衝的寬度。PWM 有許多應用，例如控制伺服電機和速度控制器、限制電機和 LED 的有效功率。

PWM 的基本原理

脈衝寬度調製基本上是一種具有變化的高低時間的方波。下圖顯示了一個基本的 PWM 訊號。

與 PWM 相關的各種術語 -

• 導通時間 - 訊號為高電平的持續時間。

• 關斷時間 - 訊號為低電平的持續時間。

• 週期 - 它表示 PWM 訊號的導通時間和關斷時間的總和。

• 佔空比 - 它表示 PWM 訊號週期內訊號保持導通的時間百分比。

週期

如圖所示，T_on 表示訊號的導通時間，T_off 表示訊號的關斷時間。週期是導通時間和關斷時間的總和，計算方法如下 -

$$T_{total} = T_{on}+T_{off}$$

佔空比

佔空比計算為週期時間的導通時間。使用上面計算出的週期，佔空比計算如下 -

$$D = \frac{T_{on}}{T_{on}+T_{off}} = \frac{T_{on}}{T_{total}}$$

analogWrite() 函式

analogWrite() 函式將模擬值（PWM 波形）寫入引腳。它可以用於以不同的亮度點亮 LED 或以不同的速度驅動電機。在呼叫 analogWrite() 函式後，引腳將生成指定佔空比的穩定方波，直到下次呼叫 analogWrite() 或在同一引腳上呼叫 digitalRead() 或 digitalWrite()。大多數引腳上的 PWM 訊號頻率約為 490 Hz。在 Uno 和類似的板上，引腳 5 和 6 的頻率約為 980 Hz。Leonardo 上的引腳 3 和 11 也以 980 Hz 執行。

在大多數 Arduino 板（帶有 ATmega168 或 ATmega328 的板）上，此函式適用於引腳 3、5、6、9、10 和 11。在 Arduino Mega 上，它適用於引腳 2-13 和 44-46。帶有 ATmega8 的舊版 Arduino 板僅支援引腳 9、10 和 11 上的 analogWrite()。

Arduino Due 支援引腳 2 到 13 以及引腳 DAC0 和 DAC1 上的 analogWrite()。與 PWM 引腳不同，DAC0 和 DAC1 是數模轉換器，充當真正的模擬輸出。

在呼叫 analogWrite() 之前，不需要呼叫 pinMode() 將引腳設定為輸出。

analogWrite() 函式語法

analogWrite ( pin , value ) ;

value - 佔空比：介於 0（始終關閉）和 255（始終開啟）之間。

示例

int ledPin = 9; // LED connected to digital pin 9
int analogPin = 3; // potentiometer connected to analog pin 3
int val = 0; // variable to store the read value

void setup() {
   pinMode(ledPin, OUTPUT); // sets the pin as output
}

void loop() {
   val = analogRead(analogPin); // read the input pin
   analogWrite(ledPin, (val / 4)); // analogRead values go from 0 to 1023, 
      // analogWrite values from 0 to 255
}