PWM，全称为Pulse Width Modulation，即脉宽调制。它是一种借助微处理器的数字输出，对模拟电路实现高效控制的技术，在测量、通信、工业控制等众多领域都有着极为广泛的应用。

PWM的关键参数解析

频率

PWM的频率，指的是在1秒钟的时间里，信号从高电平状态转变为低电平状态，再回到高电平状态的次数，简单来说，就是1秒内PWM包含的周期数量，其单位为Hz（赫兹）。

周期

周期与频率紧密相关，它们之间的关系可以用公式T = 1/f来表示。其中，T代表周期，f代表频率。例如，当频率为50Hz时，一个周期的时长就是20ms，这意味着在1秒钟内，会有50个PWM周期。

占空比

占空比描述的是一个脉冲周期内，高电平持续时间与整个周期时间的比例关系，通常用百分比（0% - 100%）来表示。周期是脉冲信号完成一次完整变化所需的时间，在1秒内，周期出现的次数就等于频率。而脉宽时间，指的就是高电平的持续时间。举个例子，若一个周期的时间是10ms，其中脉宽时间为8ms，那么占空比就是8/10 = 80%，这就是一个占空比为80%的脉冲信号。PWM的核心就是脉冲宽度调制，通过灵活调节占空比，就能够改变脉冲的宽度。

PWM原理

以STM32单片机为例，其IO口只能输出高电平和低电平这两种状态。假设高电平为5V，低电平为0V，若要输出不同的模拟电压，就需要运用到PWM技术。通过改变IO口输出方波的占空比，就可以利用数字信号模拟出所需的模拟电压信号。

具体来说，电压是以脉冲序列的形式施加到模拟负载上的。当处于接通状态时，对应高电平1，此时直流供电输出；当处于断开状态时，对应低电平0，直流供电断开。通过对接通和断开时间的精准控制，从理论上讲，可以输出任意不大于最大电压值（这里为5V）的模拟电压。

例如，当占空比为50%时，意味着高电平时间和低电平时间各占一半。在特定的频率下，就可以得到模拟的2.5V输出电压。若占空比为75%，那么得到的电压就是3.75V。

PWM的多元实际应用

LED呼吸灯实现

以常见的呼吸灯为例进行说明。人眼对于刷新频率在80Hz以上的信号，基本不会产生闪烁感。而当LED灯的频率大于50Hz时，人眼就会产生视觉暂留效果，此时看到的LED灯仿佛是常亮状态，而察觉不到闪烁。

由于在高频情况下看不到闪烁，且占空比与LED的亮度密切相关，占空比越大，LED越亮；占空比越小，LED越暗。所以，在频率保持一定的情况下，通过改变占空比，就可以轻松改变LED灯的亮度，从而实现呼吸灯的效果。

电机转速精准调控

调节占空比能够实现不同电压的输出，进而对电机转速进行调节。以直流电机为例，当电机输出端引脚为高电平时，电机开始转动，并且会逐渐提速。由于电机内部存在电感，电感具有防止电流突变的作用，所以当高电平突然变为低电平时，电机不会立即停止，而是会保持原有的转速继续运转。如此循环往复，电机的实际转速就取决于周期内输出的平均电压值。因此，从本质上来说，我们通过调速使电机处于一种似停非停、似全速转动又非全速转动的状态，在一个周期内的平均速度就是通过占空比调节出来的速度。

在电机控制过程中，电压与电机转速成正比关系，即电压越大，电机转速越快。通过PWM输出不同的模拟电压，就可以让电机达到不同的输出转速。不过，在电机控制中，不同的电机都有其适宜的工作频率。频率过低会导致电机运动不稳定；如果频率刚好处于人耳的听觉范围（20Hz - 20000Hz），有时还能听到呼啸声；而频率过高时，电机可能无法及时响应。一般来说，正常电机的频率在6 - 16kHz之间较为合适。

舵机角度灵活控制

舵机的控制是通过一个固定的频率，向其发送不同占空比的信号，从而控制舵机转动到不同的角度。舵机的频率通常为50Hz，也就是一个周期约为20ms的时基脉冲，而脉冲的高电平部分一般在0.5ms - 2.5ms的范围内，通过这个范围来控制舵机不同的转角。对于500 - 2500us的PWM高电平部分，可以对应控制180度舵机的0 - 180度。

以180度角度伺服为例，其对应的控制关系如下：

当高电平时间为0.5ms时，舵机转动到0度；

当高电平时间为1.0ms时，舵机转动到45度；

当高电平时间为1.5ms时，舵机转动到90度；

当高电平时间为2.0ms时，舵机转动到135度；

当高电平时间为2.5ms时，舵机转动到180度。