03.06 單片機是怎麼通過pwm波來控制電機運轉的,工作原理是什麼?

楊若楓


PWM 的英文全稱是 Pulse Width Modulation 的縮寫,翻譯成中文就是脈衝寬度調製,PWM是一種利用數字輸出來對模擬電路進行控制的技術,它的實質就是使用數字信號達到一個模擬信號的效果。

這個該怎麼來理解呢?今天我們就來簡單瞭解一下。

一、PWM的原理

首先從PWM字面的意思來說,前面我們已經說了,PWM就是脈衝寬度調製,其實現過程是通過改變脈衝寬度來實現不同的效果。

我們來看一個例子,下圖是三組不同的脈衝信號。

從圖中可以看出。這是一個週期是 10ms,即頻率是 100Hz 的波形,但是在這個脈衝信號裡每個週期內,高低電平脈衝寬度各不相同,這就是 PWM 的本質。

這裡面牽涉到了一個概念:就是“佔空比”。那麼什麼是佔空比呢?通俗地講,就是在一個脈衝週期內,高電平的時間佔整個週期的比例。比如上面圖中:第一個週期內波形的佔空比是 40%,第二個週期內波形佔空比是 60%,第三個週期內波形佔空比是 80%。

脈寬調製的最後結果實際是改變週期內的電壓值,例如,佔空比為50%的脈衝,其實際輸出的電壓是原電壓的一半。如下圖所示。

二、PWM控制電機的原理

pwm控制電機的原理:通過調製器給電機提供一個具有一定頻率的脈衝寬度可調的脈衝電。脈衝寬度越大即佔空比越大,提供給電機的平均電壓越大,電機轉速就高。反之脈衝寬度越小,則佔空比越越小。提供給電機的平均電壓越小,電機轉速就低。PWM不管是高電平還是低電平時電機都是轉動的,電機的轉速取決於平均電壓。

三、單片機PWM控制原理

現在很多單片機都有PWM功能,一般情況下,單片機的PWM功能是通過定時器來實現的,在使用時,需要對定時器的寄存器進行PWM功能的設置。

具體應用需要參考相關單片機的數據手冊。


老馬識途單片機


先說一下以下都是指的無刷直流電機,不是pwm調成正弦波的那種。

pwm波說白了就是為了取一個任意的平均電壓,因為電機就要個直流量去控制,比如5V電平佔空比50%相當於平均2.5V,,5V電平80%佔空比就相當於4V。如果認為電機空載轉速和給它的pwm波平均電壓基本成線性關係,那麼就可以通過調解佔空比控制平均電壓進而控制轉速了。

再說單片機這塊,通常要求的pwm波頻率在千赫茲級別,否則電機運作不流暢,單片機內的定時器是最合適不過的選擇,通用做法是定時器開啟一箇中斷,中斷裡計數,比如定時器中斷頻率10kHz,每次中斷計數加一,計數為0-4時管腳高電平,計數5-9管腳低電平,就得到一個1kHz 50%佔空比的pwm波了。更常用的是單片機定時器帶有pwm功能,以stm32為例,在其通用定時器內有一個比較器,當計數值大於預先設定的比較值時電平就會拉高,低於則拉低,只要對應定時器和通道開啟後,不需要中斷去手動干預,處理器開銷幾乎沒有,例程可以直接找原子的傻瓜教程吧。還有一種是外置pwm電機驅動芯片,很大部分都是日本那邊的產品,搞清楚單片機與芯片的通訊就行了。硬件上注意設計好驅動電路,單片機IO不一定直接驅動得了。


just_仰望星空


控制電機的轉速有兩種方式:調電壓和斬波。

先說說調電壓的方式及缺點:

比如一個12V電機,在電壓5~12V時可以實現不同的轉速。但是我們並不這麼用,因為我們發現在5V電壓時,雖然轉速低了,但電機沒有力量。

因為電機的標定的工作電壓就是12V,所以5V時內部也能產生磁場,但非常弱。

這就引出了斬波方式,也就是PWM方式

這種控制方式的工作電壓恆定為12V,只不過控制了通過的時間(斬波)。

在微觀世界裡,由於斬波的存在,電機並不是連續工作,而是一會有能量(工作),一會沒有能量(停止工作)。工作的時候是按額定工作電壓送電的,所以不會輸出無力。又由於PWM的工作頻率高,我們肉眼是察覺不到的,但確實慢下來了。同理,LED燈的亮度調節和這一樣。

這樣就有效避免了轉速低了沒有動力的問題。


雅帆電子


首先,直流電動機的轉速和端電壓成正比,這是直流電機調速的基本機制。其二,單片機輸出PWM波,其平均值和佔空比對應,這樣就相當於單片機通過調節佔空比改變輸出電壓。其三,單片機輸出是弱信號,通過驅動電路比如場效應管H橋驅動直流電機。


散居獵人


佔空比是高電平在一個週期內所佔的時間比率,但是在實際應用中是低電平,這麼理解就是一天之中,比如今天你拿出12個小時刷頭條兩小時吃飯休息 十小時睡覺,。

然後明天上班10小時,休息一小時吃飯一小時剩下的時間拿來睡覺。。一天就是週期,在一天中做了什麼就是佔空比。


東方華威M


作用在慣性環節上,面積相等作用效果一樣。因為PWM調製就是給原信號加上高頻成分,單片機中只能輸出0101不能輸出模擬信號,所以運算出來的正弦經過調製輸出。電機本身就是個大電感,相當於濾波了,給電機電樞的電壓雖然是PWM,但是電流確是正弦波。


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