PWM 控制 LED、蜂鸣器、电机：你真的用对了吗？

在做嵌入式开发的时候，PWM（脉宽调制）几乎是必学技能。LED 想要呼吸效果？PWM。蜂鸣器要发“滴滴”的提示音？PWM。电机需要调速？还是 PWM。

问题是：同样一个 HAL_TIM_PWM_Start()，有人做出来的 LED 灯效果柔和自然，有人却像手电筒闪烁；有人做的电机转速平稳安静，有人却抖得像要散架。

为什么差别这么大？答案就在 频率、占空比 和 应用场景的差异 上。今天我们就结合 LED、蜂鸣器和电机，讲透 PWM 的核心要点。

一、PWM 原理回顾

PWM 的本质：通过改变高电平持续时间，来控制平均电压。

• 周期（Period）：决定频率。
• 占空比（Duty Cycle）：决定平均电压。

比如：3.3V 的信号，频率固定，改变占空比：

• 10% → 平均电压 ≈ 0.33V
• 50% → 平均电压 ≈ 1.65V
• 90% → 平均电压 ≈ 2.97V

 

二、LED 调光：呼吸灯怎么才能柔和？

1. 常见错误：线性调节占空比

很多人写一个循环：

1. for(int duty =0; duty <=100; duty++){
2.     __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, duty);
3.     HAL_Delay(20);
4. }

结果：前半段几乎看不到亮度变化，后半段突然“闪瞎”。

原因：人眼对光的感知不是线性的，而是对数曲线。

2. 正确做法：Gamma 校正

1. float gamma =2.2;// 常见 Gamma 值
2. for(int i =0; i <=100; i++){
3. float percent = pow((float)i /100.0, gamma);
4.     __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, percent * htim3.Init.Period);
5.     HAL_Delay(20);
6. }

这样才能实现真正的“呼吸灯”。

3. 频率选择

• 推荐 200Hz ~ 1kHz
• <100Hz 会闪烁，人眼能察觉
  
   

三、蜂鸣器：频率决定音调

蜂鸣器分为：

• 有源蜂鸣器：上电就响，不需要 PWM。
• 无源蜂鸣器：需要 PWM，不同频率 → 不同音调。

1. PWM 频率与音调对应

1. // 让无源蜂鸣器发出 "Do Re Mi"
2. void buzzer_play(){
3.     set_pwm_freq(262);// Do
4.     HAL_Delay(500);
5.     set_pwm_freq(294);// Re
6.     HAL_Delay(500);
7.     set_pwm_freq(330);// Mi
8.     HAL_Delay(500);
9. }

2. 占空比决定音量

• 占空比 50% → 声音最响
• 占空比 <30% → 声音较小
• 占空比 >70% → 容易失真

 

四、电机控制：PWM 是核心调速手段

1. 直流电机

转速 ≈ 电压 ≈ PWM 占空比 × 电源电压。

• 低频 PWM：电机会抖动
• 高频 PWM（>20kHz）：更平稳，人耳听不到噪音

1. // 控制直流电机转速
2. void motor_set_speed(uint8_t percent){
3. uint32_t duty = percent * htim2.Init.Period/100;
4.     __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, duty);
5. }

2. 步进电机

PWM 用来调电流，而转速靠 脉冲序列，不是直接调占空比。

3. 无刷电机（BLDC）

需要 三相 PWM + 换相控制，常用 FOC 算法。

 

五、常见坑点总结

1. LED：亮度变化不平滑？ → 加 Gamma 校正。
2. 蜂鸣器：声音刺耳？ → 频率不对，或者占空比过高。
3. 电机：转速不稳？ → 频率太低，选高于 20kHz。
4. 通用错误：用软件延时做 PWM，波形抖动严重 → 应该用定时器硬件 PWM。
   
    

六、调试小技巧

• 用 示波器看波形，确认频率与占空比是否正确。
• 用 LED 替代电机 测试 PWM，直观判断调速效果。
• 给 蜂鸣器输出波形，用音频软件测频率，验证是否对上音符。

 

七、结语

PWM 的套路远不止“点灯”，它背后有着不同应用的门道。搞懂了频率和占空比的关系，理解不同器件对 PWM 的敏感性，你就能做出柔和的呼吸灯、悦耳的蜂鸣器提示音、以及平稳高效的电机调速。

下次写 HAL_TIM_PWM_Start() 的时候，别只想着“能跑起来就行”，要先问自己：这个 PWM 的参数，适合我现在的应用吗？