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PWM脉冲宽度调制

我们已经可以用GPIO控制LED灯一闪一闪亮晶晶了，这样只有亮和灭的状态似乎还是太简单了，能不能对LED的亮度进行调整呢？

当然没问题，这就要用到接下来学习的PWM脉冲宽度调制了。

PWM脉冲宽度调制原理

在GPIO的数字输入和输出模式中，只有高低电平，高电平一般是3.3V或者5V，低电平就是0V，如果我想要一个折中一点的电压怎么办呢？PWM大家了解一下。

PWM，全称是脉冲宽度调制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过高分辨率计数器，调制出一定占空比的方波，通过这种方式对模拟信号的电平进行编码。

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通俗点来说，如果我们有一个10W的灯泡，在一个小时中亮了半个小时，那我们宏观来看，它在这一个小时中的功率就是5W，这样就相当于是它的电压被降低了。而我们还可以通过改变这一个小时中，灯泡被点亮的时长，来等效出不同的电压。

然后，我们把一个小时缩短为很小的一个时间，到达一定的微分程度，表现出来的就是电压的变化，而这个很小的时间，就是PWM频率的倒数，被点亮的时间在这个很小的时间中所占的百分比就叫做占空比。

这里大家也要注意，虽然PWM在尽力呈现出模拟信号的样子，但本质还是数字信号，因为在给定的某一任何时刻，引脚只能高电平或者低电平。

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通过PWM技术，可以让数字电路产生类似模拟信号的效果，从而实现类似的无级控制，比如风扇的转速，或者屏幕的亮度，很多都是通过PWM技术实现的调节。

PWM编程

接下来我们就来试一试，通过PWM让一个LED实现不同亮度的变化，也就是我们常见的呼吸灯了。

硬件接线

还是用这个LED灯，一端连接电阻，再到5V高电平的引脚，另外一端，接到33号引脚的PWM接口。

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运行示例程序

大家先来运行例程，看看效果如何。

$ sudo python3 simple_pwm.py

我们来看一下实物的操作，按照刚才的设置，将实物连接完成，然后连接到X3Pi，运行刚才的程序。就可以看到这样的一个呼吸灯的效果了。

image23

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代码解析

simple_pwm.py：

#!/usr/bin/env python3

import Hobot.GPIO as GPIO
import time

# 支持PWM的管脚: 32 and 33, 在使用PWM时，必须确保该管脚没有被其他功能占用
output_pin = 33

def main():
    # Pin Setup:
    # Board pin-numbering scheme
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    # 支持的频率范围： 48KHz ~ 192MHz
    p = GPIO.PWM(output_pin, 48000)
    # 初始占空比 25%， 先每0.25秒增加5%占空比，达到100%之后再每0.25秒减少5%占空比
    val = 25
    incr = 5
    p.ChangeDutyCycle(val)
    p.start(val)

    print("PWM running. Press CTRL+C to exit.")
    try:
        while True:
            time.sleep(0.25)
            if val >= 100:
                incr = -incr
            if val <= 0:
                incr = -incr
            val += incr
            p.ChangeDutyCycle(val)
    finally:
        p.stop()
        GPIO.cleanup()

if __name__ == '__main__':
    main()

一样的引入GPIO的库，然后设置管脚编码模式为BOARD，然后创建一个PWM的实例化对象p，同时设置他的频率，之后就可以通过ChangeDutyCycle来改变他的占空比，在循环当中，占空比大于等于100时，就会以5%的梯度减小；当小于等于0时，就会以5%的梯度增大。

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