一种通俗易懂的PWM的解释

电脑显示屏的微观图像

上图所示的是电脑显示屏的微观图像，拍摄的方法非常有意思，通过在手机摄像头上滴一滴水滴，形成凸透镜，就能做成一个简易版的显微镜。

在手机镜头上滴水滴造凸透镜

从显微录像中也可以很明显的看到显示屏的一个个像素组成，我的ThinkPad显示屏共有1366列768排、近100万像素点，而每一个像素点，都由红、绿、蓝三种颜色组成。

由RGB色彩的知识可以知道，通过对红绿蓝不同深度的配比，能调出世界上所有的颜色。

这样一来，本来高级、难学的彩屏显示，就变得非常简单，我们只需要计算好每个像素的红绿蓝颜色深度，且主控芯片的频率足够高，让显示屏能在20ms(人眼的视觉暂留时间)内刷新完整一面图像，即可让显示屏连续的显示视频。

不同RGB配比下的颜色体现

那么就有一个问题，就是如何让只能输出1和0两种数字状态的逻辑芯片，来控制RGB三色深度这连续的模拟量？

有两种办法：

1、经过数字信号到模拟信号的转化，让只有两种状态的开关信号，转换到连续信号。

这种办法可行，但是由于转换时间的限制，难以提高屏幕的刷新频率，并且每一个像素点都需要单独的数模转换模块，这样在硬件上的工程量会非常非常庞大，我们总不想自己的手机屏幕后边背着一个巨大的主机箱吧？因此这种方法在驱动显示屏上是完全不可行的。

2、再者，便是使用一种由A.H.里夫在20世纪30年代发明的脉宽调制技术（Pulse width modulation），简称PWM，这也是今天这篇推文所要介绍的，一项影响了全世界的技术。

PWM技术的优点

1、PWM从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。

2、让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，才能对数字信号产生影响。

因此，因为他实现比较容易，且有极强的抗干扰能力，PWM被广泛应用于功率调节，通信等领域。而上文所说的显示屏像素的RGB配比，正是PWM在功率调节上的一个典型应用。

三种不同占空比的PWM，右侧是一个峰峰值5V的PWM等效电压

PWM的两个概念：

1、周期/频率

周期是指一个PWM信号一个上升沿 ↑ 执行至下一个上升沿所需要的时间，一般用字母T表示。

频率则是周期的倒数，即1/T。

频率为1Hz的PWM信号施加在LED上，可以感受到肉眼可见的频闪

** 频率为50Hz的PWM信号在L****ED灯上的体现，人眼视觉暂留时间为** 20ms，因此50Hz的信号足以让人眼感受不到频闪。

2、占空比

一个PWM信号内其中一个周期，高电平时间所占整个周期的百分比，即一个5V的直流信号相当于占空比为100%的PWM信号，一个0V的直流信号相当于占空比为0%的直流信号。

** 将PWM的占空比由0%慢慢提高到100%时LED亮度的变化**

很多刚接触PWM的人往往不太能理解为什么被施加了不同占空比PWM的LED，会直接体现在LED的亮度变化上，简单来说就是为什么PWM能控制LED亮度、电机的转速？

我在初学PWM的时候也有这样的困惑，也去网上查了很多资料，但是大部分都涉及到数学物理计算上，不仅难懂并且没有让人有看下去的欲望，时间长了也就放弃了搞懂他原理的冲动，有种食之无味弃之可惜的鸡肋感。

后来偶然间，我看到了一种通俗易懂的解释方法，我也茅塞顿开，他的解释是，PWM的占空比越大，那么LED开启的时间占比越大，宏观上释放的能量越高，反之释放的能量越低，这样当提高了频率，让使用者无法感受到开关量的变化，就会使得LED的变亮或者变暗。

小米台灯上的调光按钮，他其实不是一个可调电阻，而是一个脉冲开关，同样是利用了单片机来处理脉冲数据而输出PWM，从而达到调光的效果

按下按钮并且旋转可以调节灯光的色温，他是通过调节暖白色和亮白色两种LED亮度的配比，来达到调节色温的目的，同样使用到了PWM的技术

这种说法似乎是有些偷换概念，和真正意义上的调光调速似乎不太一样，但是从能量上来讲，的确可以说通所有的现象。

本文所讲的仅仅是PWM的部分基础知识，应该可以帮助你很好的理解PWM的原理。

此外，PWM还有 互补PWM ， 死区（DeadBand） 等稍微高级一点的概念，在日后的推文中我会结合相关实例详细的介绍这两个概念。这些PWM知识也在生活中有很广泛的应用，比较典型且热门的是无线充电技术。

无线充电磁悬浮月球灯

上面是我目前正在做的一个个人爱好电子制作，里边比较难的无线充电和磁悬浮的实现恰好运用到了PWM的相关知识。