C语言生成PWM波：原理、方法及代码实现12

脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)是一种通过改变脉冲宽度来控制平均值的常用技术，广泛应用于电机速度控制、LED亮度调节、电源管理等领域。在C语言中，生成PWM波通常需要借助硬件定时器或特定的库函数。本文将详细介绍C语言生成PWM波的原理、方法以及相应的代码实现，并探讨不同方法的优缺点。

一、PWM波的原理

PWM波的核心思想是通过周期性地开关一个信号，并控制其高电平持续的时间（脉冲宽度）来改变平均电压或电流。脉冲宽度与周期之比称为占空比(Duty Cycle)，占空比决定了输出信号的平均值。例如，一个周期为1ms，脉冲宽度为0.5ms的PWM波，其占空比为50%。改变占空比即可改变PWM波的平均值，从而实现对负载的控制。

二、C语言生成PWM波的方法

在C语言中，生成PWM波主要有以下几种方法：

1. 利用硬件定时器：这是最常用的方法，它利用微控制器的内置定时器来产生PWM信号。不同的微控制器拥有不同的定时器配置方法，需要参考具体的芯片手册。一般步骤包括：初始化定时器，设置定时器计数频率、预分频器和计数模式，配置定时器输出通道为PWM模式，设置占空比寄存器，使能定时器中断(可选)。

示例(基于STM32，仅供参考，需根据实际芯片修改)：```c
#include "stm32f10x.h"
void PWM_Init(uint16_t duty) {
// GPIO 配置 (PA8 为 PWM 输出引脚)
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 定时器配置 (TIM1)
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1; // 周期 1000 个计数周期
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 预分频器 (72MHz 系统时钟)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = duty; // 占空比
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); // 配置通道1
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}
int main() {
PWM_Init(500); // 50% 占空比
while(1);
return 0;
}
```

2. 利用软件定时器：通过软件循环和延时函数模拟PWM波形，精度较低，适合对精度要求不高的情况。这种方法的缺点是会占用CPU资源，影响其他程序的运行。

示例(仅供参考)：```c
#include
#include
#include
// 模拟PWM输出 (需要根据实际硬件修改)
void set_pwm(int high) {
if (high) {
// 设置引脚高电平
printf("High");
} else {
// 设置引脚低电平
printf("Low");
}
}
int main() {
uint16_t period = 1000; // 周期 (ms)
uint16_t duty = 500; // 脉冲宽度 (ms)
clock_t start, end;
while (1) {
start = clock();
set_pwm(1); // 高电平
end = clock();
while (((double)(end - start) * 1000 / CLOCKS_PER_SEC) < duty) {
end = clock();
}
start = clock();
set_pwm(0); // 低电平
end = clock();
while (((double)(end - start) * 1000 / CLOCKS_PER_SEC) < (period - duty)) {
end = clock();
}
}
return 0;
}
```