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外观

PWM输出 ​

1. 本节介绍 ​

📝本节您将学习如何通过将GPIO引脚复用为PWM功能并输出PWM信号；实现输出PWM信号及控制板载LED的亮度。

🏆学习目标

1️⃣如何将GPIO引脚配置为PWM模式，通过排针中的部分引脚来输出PWM信号，控制其频率和占空比。

2️⃣如何通过PWM驱动板载的LED灯，实现控制LED灯的亮度。

2. PWM介绍 ​

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种在嵌入式系统中常用的技术，它可以用来 模拟信号 ，控制设备的功率输出 或者 实现对设备的精确控制。

PWM信号是一种类似于方波的信号，具有 固定的频率，但脉冲宽度（占空比）可以调整。在一定频率下，我们可以通过调整这个占空比来改变它的有效电压，在一定程度上可以实现D/A转换（数字量转模拟量）。

脉宽调制说明（点击展开）

脉冲宽度调制（PWM）是一种通过改变脉冲的宽度（脉宽/占空比）来控制电信号平均功率的技术。在PWM中，脉冲的频率一般保持恒定，但脉冲的宽度（有效电平的时间）根据需要的模拟信号变化，从而实现对电机速度、LED调光和温度控制等的精确控制。

图 0

举个例子

想象你有一个 LED 和一个开关，你以肉眼看不清的速度，快速反复地开关一次，这样 LED 灯就会亮一半时间，暗一半时间。如果你快速地进行这个操作，对于观察者来说， LED 就像是以半亮度持续亮着。这就是 PWM 的基本原理。

如果你把大部分时间保持开关为关闭状态，那么 LED 会显得更暗；相反，如果你把开关大部分时间保持为打开状态，LED 会显得更亮。这就是 PWM 调节占空比来控制亮度的过程。

3. RP2350的PWM介绍 ​

RP2350一共有12个PWM，但是我们的型号是RP2350A，只有8个PWM。每一个 PWM 支持两个通道，所以在RP2350A上我们可以使用 16 个通道的PWM。

RP2350的每一个引脚都支持PWM功能，所以无需考虑引脚问题。

PWM参数列表 ​

  • 16位计数器
  • 8.4位的分频器（8位整数4位小数）
  • 每一个PWM有两个独立通道，每一个通道支持0 ~ 100%的占空比
  • 支持电平边缘检测功能，用于测量输入信号的频率
  • 支持电平维持检测功能，用于测量输入信号的占空比
  • 可随时配置的PWM计数值（即使PWM正在运行也可修改参数）
  • 支持PWM通道的中断请求和DMA请求

PWM的实现方式 ​

  • PWM是基于计数器的运行来实现的。该计数器默认为向上计数，即从0开始计算，直到计数值的最大值。（该最大值为65536，因为是16位的计数器）。

  • 我们一共要设置两个参数，最大值 和 比较值。PWM硬件外设不断的将设置的比较值 与 当前运行的计数器数值进行比较，当计数器的当前值低于比较值，则PWM输出为高电平； 当计数器的当前值高于比较值，则PWM输出为低电平；

  • PWM的输出周期 T 由计数器的最高值 和 计数器计数的速度决定的。

  • 而PWM的输出电压默认为IOVDD，即3.3V。（有时候你用万用表去测量PWM信号发现并不是3.3V是因为万用表的采集精度是不够的，在PWM的高频率下，万用表采集是数据是不可靠的）

4. PWM在Mpy的使用方式 ​

使用machine.PWM ​

在MicroPython中，使用 machine.PWM 模块可以方便地操作RP2350的PWM功能。使用时需要导入该模块。

py
from machine import PWM

构造函数 ​

py
machine.PWM(dest, \*, freq, duty_u16, duty_ns)

参数说明

  • dest：输出 PWM 的实体，通常是 machine.Pin 对象，简单来说就是要设置的引脚号。
  • freq： 用于设置 PWM 周期的频率（以 Hz 为单位），整数。
  • duty_u16：以计数器角度设置占空比（%）为 duty_u16 / 65535。例如要设置50%的占空比，则填入32768。
  • duty_ns：以时间角度设置占空比，以纳秒为单位设置。

注意，一个PWM有两个通道，两个通道的PWM频率是同时调整的，不能单独设置。

示例：

py
from machine import PWM, Pin
# 设置GPIO25为PWM功能 频率50Hz 占空比8192/65535=0.125=12.5%
pwm = PWM(Pin(25), freq=50, duty_u16=8192)

方法总结 ​

重新初始化配置

py
PWM.init(*, freq, duty_u16, duty_ns)

使用给定的参数初始化 PWM 对象。其他跟 PWM 构造函数基本一致.

禁止PWM输出

py
PWM.deinit()

禁用 PWM 输出。使用后需要重新创建 PWM 对象。

获取或设置 PWM 频率

py
PWM.freq([value])

获取或设置 PWM 输出的当前频率。

不带参数 value 时返回以 Hz 为单位的频率。使用单个值参数value 将频率设置为该值（以 Hz 为单位）。如果设置的范围超过最大值则会报错ValueError。

获取或设置 PWM 输出的当前占空比

py
PWM.duty_u16([value])

获取或设置 PWM 输出的当前占空比。（ 0 到 65535 范围内的无符号 16 位值）

没有参数时返回当前占空比值。

value 使用单个值参数，占空比则设置为该值，实际占空比请以 value / 65535 进行计算。

获取或设置 PWM 输出的当前脉冲宽度

py
PWM.duty_ns([value])

获取或设置 PWM 输出的当前脉冲宽度，以纳秒为单位。

不带参数返回以纳秒为单位的脉冲宽度。

使用单个值参数，脉冲宽度设置为该值。

5. PWM输出实验 ​

🏆学习目标

1️⃣如何将GPIO引脚配置为PWM模式，通过排针中的部分引脚来输出PWM信号，控制其频率和占空比。

2️⃣如何通过PWM驱动板载的LED灯，实现控制LED灯的亮度。

代码验证 ​

将GPIO0引脚配置为PWM模式，控制其频率为 50 Hz 和 50% 占空比。

py
from machine import Pin, PWM

# 将GPIO0引脚配置为PWM输出
pwm = PWM(Pin(0))

# 设置PWM频率为50 Hz
pwm.freq(50)

# 设置占空比为50%
pwm.duty_u16(32768)  # 65535的50%是32768

效果：

通过PWM驱动板载的LED灯，实现控制LED灯的亮度。

py
from machine import Pin, PWM
import time

# 将GPIO25引脚配置为PWM输出 频率为1000 Hz
led = PWM(Pin(25), freq=1000)

while(True):

    # 呼吸灯渐亮过程
    for i in range(1000):
        # 设置LED亮度，占空比范围为0到65535，因此需要将i放大
        led.duty_u16(i * 65)
        time.sleep_ms(1)  # 延迟以控制亮度变化速度

    # 呼吸灯渐暗过程
    for i in range(1000, 0, -1):
        # 设置LED亮度
        led.duty_u16(i * 65)
        time.sleep_ms(1)  # 延迟以控制亮度变化速度

效果：

图 7