呂阿谷的部落格

之前有些過一篇文章講arduino的PWM輸出，請參考下文:

Arduino類比輸出 PWM

現在有了示波器之後可以進行更進一步的觀察與深入了解的機會。

Arduino官網有一篇文章是深入解說PWM的詳細說明，文章如下:

Secrets of Arduino PWM

重點在於說明PWM可以透過timer的使用由一般GPIO腳座交替high low輸出來達成，

但這樣很沒有效率，同時做其他事情時也會影響到PWM的準確性跟穩定度，

所以Arduino透過內建的函數，只要簡單的設定即可使用PWM，就如本文最上面的範例。

而Arduino有兩種PWM模式:

第一種叫fast PWM，原理如下圖:

Timer由0數到255然後歸零重數，這樣的輸出頻率為:

16 MHz / 64 / 256 = 976.5625Hz

16MHz是系統的OSC晶震頻率

64是prescaler(預除器)的數值，預設值為64

256是8位元counter從0到255的計數次數

所以輸出是976.5625Hz

這是Arduino UNO的pin 3與pin 11用的。

第二種叫Phase-Correct PWM，原理如下圖:

Timer由0到255之後再遞減到0，這樣的輸出頻率為:

16 MHz / 64 / 256 / 2 = 490.196Hz

因為timer跑了兩次，所以頻率就是fast PWM的一半。

prescaler是可以改變的，改變之後會改變PWM的頻率，但有些修改會動到系統底層的計數函數功能，沒必要不建議隨意修改。

底下是用Arduino UNO加上VR可變電阻的實驗照片:

這是用CH1接到A6的照片:

可以看到讀值為976Hz，正占比為46%。

底下是用示波器截圖功能所擷取的一些圖片，這是CH1接A6腳量的資料，PWM由小調到大的波形:

這是A9的輸出訊號量測:

後來修改程式後讓A9跟A6同時輸出，接線照片:

接線與量測照片:

示波器截圖:

底下是我修改後雙PWM輸出的程式:

//PWM輸出頻率與佔空比的實驗程式--PWM01
//經由讀取可變電阻VR上的電壓值，然後等比例於PWM腳輸出的變化
//因Arduino PWM 輸出頻率有兩種，所以利用此程式配合示波器量測以確認輸出頻率的差別
//本程式由LUYAKU於2022.02.18寫作修改

const byte analogPin = A0; //設定可變電阻VR 中間抽頭的輸入腳，設定為A0

int PWM0_Out = 9; //設定 Arduino PWM0輸出腳位在 9 pin
int PWM1_Out = 6; //設定 Arduino PWM1輸出腳位在 6 pin
int VR_Value;
int PWM_Map;
int Percent_Map;

void setup() {

  Serial.begin(9600);
  pinMode(PWM0_Out, OUTPUT); //定義 pinmode 為 pin 9 OUTPUT 輸出
  pinMode(PWM1_Out, OUTPUT); //定義 pinmode 為 pin 6 OUTPUT 輸出
 
}

void loop() {

  VR_Value = analogRead(analogPin); //讀取VR可變電阻值
  PWM_Map = map(VR_Value,0,1023,0,255); //Arduino的類比輸入為10bit，範圍由0到1023
  Percent_Map = map(VR_Value,0,1023,0,99); //將ADC的讀取值map到百分比0到99
  analogWrite(PWM0_Out,PWM_Map); //將map後的值(0-255)由9 pin pwm0 輸出
  analogWrite(PWM1_Out,PWM_Map); //6 pin pwm1 輸出一樣的map值

  Serial.println(PWM_Map); //將結果輸出到電腦的com port上顯示
  Serial.println(Percent_Map); //顯示百分比
  Serial.println(VR_Value); //顯示VR的ADC讀取值
  Serial.print(VR_Value*0.0048828125);
  Serial.println("V""\n"); //以上兩行將ADC瀆值轉換為電壓

  delay(500); //500毫秒更新一次

}

修改程式後把PWM百分比顯示到1602A LCD螢幕上:

/*
 * 重新改寫Analog input & PMW out程式，輸出到1602A LCD螢幕
 *  
 * VR可變電阻輸入，輸入腳為A0，PWM由Arduino UNO的pin9輸出到N MOS-FET
 * 2022.02.18 Luyaku
 * 程式名稱 2PWM_out_to_LCD.ino
 */

#include <LiquidCrystal_PCF8574.h>
LiquidCrystal_PCF8574 lcd(0x27);  // 設定i2c位址，一般情況就是0x27和0x3F兩種，我的是0x27

const byte analogPin = A0;

int PWM0_Out = 9; //設定 Arduino PWM輸出腳位在 9 pin
int PWM1_Out = 6; //設定 Arduino PWM輸出腳位在 6 pin
int VR_Value;
int PWM_Map;
int Percent_Map;
float Volt_res = 0.0048828125;

void setup() {

  Serial.begin(9600);
  pinMode(PWM0_Out, OUTPUT); //定義 pinmode 為 pin 9 PWM OUTPUT 輸出
  pinMode(PWM1_Out, OUTPUT); //定義 pinmode 為 pin 6 PWM OUTPUT 輸出

  lcd.begin(16, 2); // 初始化LCD
  // 閃爍三次
  for(int i = 0; i < 3; i++) {
  lcd.setBacklight(1); // 開啟背光
  delay(250);
  lcd.setBacklight(0); // 關閉背光
  delay(250);
  }

  lcd.setBacklight(1);
  delay(1000);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);  //設定游標位置 (字,行)
  lcd.print("Hello, world!");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("LCD is Working!");
  delay(2000);
}

void loop() {

  VR_Value = analogRead(analogPin); //由A0腳讀入VR值
  PWM_Map = map(VR_Value,0,1023,00,255); //用map函數將類比值0-1023轉為0-255
  Percent_Map = map(VR_Value,0,1023,0,99);
  analogWrite(PWM0_Out,PWM_Map); //我們設定pin 9為PWM輸出，輸出值為map轉換後的值
  analogWrite(PWM1_Out,PWM_Map); //我們設定pin 6為PWM輸出，輸出值為map轉換後的值

  Serial.println(PWM_Map);
  Serial.println(Percent_Map);
  Serial.println(VR_Value);
  Serial.print(VR_Value*Volt_res);
  Serial.println("V""\n");

  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);  //設定游標位置 (第0字,第0行)
  lcd.print("PWM :"); //輸出PWM的百分比到LCD上
  lcd.setCursor(7,0);
  lcd.print(Percent_Map);
  lcd.print("%");

  delay(200); //延遲200mS，也就是每秒讀取5次

}

輸出波形，單ch:

雙ch:

LCD上的顯示與史波器量的占空比幾乎一樣，頂多數值差1而已。

PWM以後就可以視專案需求來決定用哪個PWM輸出，需要反應時間快一點的就用pin5 6，

不然就用其他慢一點的PWM接腳即可，可以增加設計彈性。

用示波器觀察波形並驗證程式，真的很方便。

實驗日期:2022.02.18

文章日期:2022.02.18