電腦顯示屏的微觀圖像

上圖所示的是電腦顯示屏的微觀圖像，拍攝的方法非常有意思，通過(guò)在手機(jī)攝像頭上滴一滴水滴，形成凸透鏡，就能做成一個(gè)簡(jiǎn)易版的顯微鏡。

在手機(jī)鏡頭上滴水滴造凸透鏡

從顯微錄像中也可以很明顯的看到顯示屏的一個(gè)個(gè)像素組成，我的ThinkPad顯示屏共有1366列768排、近100萬(wàn)像素點(diǎn)，而每一個(gè)像素點(diǎn)，都由紅、綠、藍(lán)三種顏色組成。

由RGB色彩的知識(shí)可以知道，通過(guò)對(duì)紅綠藍(lán)不同深度的配比，能調(diào)出世界上所有的顏色。

這樣一來(lái)，本來(lái)高級(jí)、難學(xué)的彩屏顯示，就變得非常簡(jiǎn)單，我們只需要計(jì)算好每個(gè)像素的紅綠藍(lán)顏色深度，且主控芯片的頻率足夠高，讓顯示屏能在20ms(人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間)內(nèi)刷新完整一面圖像，即可讓顯示屏連續(xù)的顯示視頻。

不同RGB配比下的顏色體現(xiàn)

那么就有一個(gè)問(wèn)題，就是如何讓只能輸出1和0兩種數(shù)字狀態(tài)的邏輯芯片，來(lái)控制RGB三色深度這連續(xù)的模擬量？

有兩種辦法：

1、經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)化，讓只有兩種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，轉(zhuǎn)換到連續(xù)信號(hào)。

這種辦法可行，但是由于轉(zhuǎn)換時(shí)間的限制，難以提高屏幕的刷新頻率，并且每一個(gè)像素點(diǎn)都需要單獨(dú)的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，這樣在硬件上的工程量會(huì)非常非常龐大，我們總不想自己的手機(jī)屏幕后邊背著一個(gè)巨大的主機(jī)箱吧？因此這種方法在驅(qū)動(dòng)顯示屏上是完全不可行的。

2、再者，便是使用一種由A.H.里夫在20世紀(jì)30年代發(fā)明的脈寬調(diào)制技術(shù)（Pulse width modulation），簡(jiǎn)稱PWM，這也是今天這篇推文所要介紹的，一項(xiàng)影響了全世界的技術(shù)。

PWM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1、PWM從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。

2、讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。

因此，因?yàn)樗麑?shí)現(xiàn)比較容易，且有極強(qiáng)的抗干擾能力，PWM被廣泛應(yīng)用于功率調(diào)節(jié)，通信等領(lǐng)域。而上文所說(shuō)的顯示屏像素的RGB配比，正是PWM在功率調(diào)節(jié)上的一個(gè)典型應(yīng)用。

三種不同占空比的PWM，右側(cè)是一個(gè)峰峰值5V的PWM等效電壓

PWM的兩個(gè)概念：

1、周期/頻率

周期是指一個(gè)PWM信號(hào)一個(gè)上升沿 ↑ 執(zhí)行至下一個(gè)上升沿所需要的時(shí)間，一般用字母T表示。

頻率則是周期的倒數(shù)，即1/T。

頻率為1Hz的PWM信號(hào)施加在LED上，可以感受到肉眼可見(jiàn)的頻閃

** 頻率為50Hz的PWM信號(hào)在L****ED燈上的體現(xiàn)，人眼視覺(jué)暫留時(shí)間為** 20ms，因此50Hz的信號(hào)足以讓人眼感受不到頻閃。

2、占空比

一個(gè)PWM信號(hào)內(nèi)其中一個(gè)周期，高電平時(shí)間所占整個(gè)周期的百分比，即一個(gè)5V的直流信號(hào)相當(dāng)于占空比為100%的PWM信號(hào)，一個(gè)0V的直流信號(hào)相當(dāng)于占空比為0%的直流信號(hào)。

** 將PWM的占空比由0%慢慢提高到100%時(shí)LED亮度的變化**

很多剛接觸PWM的人往往不太能理解為什么被施加了不同占空比PWM的LED，會(huì)直接體現(xiàn)在LED的亮度變化上，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是為什么PWM能控制LED亮度、電機(jī)的轉(zhuǎn)速？

我在初學(xué)PWM的時(shí)候也有這樣的困惑，也去網(wǎng)上查了很多資料，但是大部分都涉及到數(shù)學(xué)物理計(jì)算上，不僅難懂并且沒(méi)有讓人有看下去的欲望，時(shí)間長(zhǎng)了也就放棄了搞懂他原理的沖動(dòng)，有種食之無(wú)味棄之可惜的雞肋感。

后來(lái)偶然間，我看到了一種通俗易懂的解釋方法，我也茅塞頓開(kāi)，他的解釋是，PWM的占空比越大，那么LED開(kāi)啟的時(shí)間占比越大，宏觀上釋放的能量越高，反之釋放的能量越低，這樣當(dāng)提高了頻率，讓使用者無(wú)法感受到開(kāi)關(guān)量的變化，就會(huì)使得LED的變亮或者變暗。

小米臺(tái)燈上的調(diào)光按鈕，他其實(shí)不是一個(gè)可調(diào)電阻，而是一個(gè)脈沖開(kāi)關(guān)，同樣是利用了單片機(jī)來(lái)處理脈沖數(shù)據(jù)而輸出PWM，從而達(dá)到調(diào)光的效果

按下按鈕并且旋轉(zhuǎn)可以調(diào)節(jié)燈光的色溫，他是通過(guò)調(diào)節(jié)暖白色和亮白色兩種LED亮度的配比，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)色溫的目的，同樣使用到了PWM的技術(shù)

這種說(shuō)法似乎是有些偷換概念，和真正意義上的調(diào)光調(diào)速似乎不太一樣，但是從能量上來(lái)講，的確可以說(shuō)通所有的現(xiàn)象。

本文所講的僅僅是PWM的部分基礎(chǔ)知識(shí)，應(yīng)該可以幫助你很好的理解PWM的原理。

此外，PWM還有 互補(bǔ)PWM ， 死區(qū)（DeadBand） 等稍微高級(jí)一點(diǎn)的概念，在日后的推文中我會(huì)結(jié)合相關(guān)實(shí)例詳細(xì)的介紹這兩個(gè)概念。這些PWM知識(shí)也在生活中有很廣泛的應(yīng)用，比較典型且熱門的是無(wú)線充電技術(shù)。

無(wú)線充電磁懸浮月球燈

上面是我目前正在做的一個(gè)個(gè)人愛(ài)好電子制作，里邊比較難的無(wú)線充電和磁懸浮的實(shí)現(xiàn)恰好運(yùn)用到了PWM的相關(guān)知識(shí)。