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使用Raspberry Pi进行PWM控制

星星科技指导员 来源:嵌入式计算设计 作者:Cliff Ortmeyer 2022-06-22 14:22 次阅读

脉冲宽度调制 (PWM) 是一种广泛用于控制功率的调制技术。它通常用于电机控制应用中以控制电机的速度。Raspberry Pi 等单板计算机 (SBC) 可用于生成用于电机速度控制的 PWM 信号,但有一个限制:Raspberry Pi 上只有一个 PWM 硬件引脚可用。然而,使用Arduino 的支持 PWM 的 I/O 引脚,可以找到一种可行的解决方案,不仅适用于一个,而且适用于多个 PWM 输出。

PWM 概述

PWM 信号是一个方波,用于电子控制系统中,用于控制诸如舵机位置、电机速度和 LED 亮度之类的东西。它基于两个重要参数:频率和占空比。频率是波形在一秒钟内产生的重复周期数。占空比表示信号高与低的时间百分比。得到的波形平均值决定了传递给负载的功率量。

Raspberry Pi 和 Arduino Raspberry Pi 是一款信用卡大小的微型计算机

,部分由于其计算能力、尺寸和价格 而引起了相当多的关注。Raspberry Pi 基于 Broadcom BCM2835 嵌入式多媒体应用处理器。它配备了多个连接端口,可以通过插入电视或显示器USB 键盘轻松操作。它还与许多操作系统兼容;然而,为 Raspberry Pi 量身定制的 Linux 版本 Raspbian 是最常用的操作系统之一。

Arduino 是一个基于单板微控制器的平台,可为没有经验和有经验的用户提供嵌入式电子设计的简单快速入门。它是一种开源硬件设计,提供模数信号转换功能以及输入和输出控制以及 PWM 信号生成。Arduinos 还通过其板载 I/O 连接和可用的扩展板提供丰富的连接选项。

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Raspberry Pi 上的 PWM:控制能力有限

考虑一个涉及构建机器人汽车的任务,您需要通过 Raspberry Pi 控制两个电机,Raspberry Pi 具有 26 个通用输入/输出 (GPIO) 引脚。在这些引脚中,只有一个易于访问的 PWM 输出引脚,它不足以驱动任何需要更多控制的东西,而不仅仅是开/关功能。伺服电机和 RGB LED 不能单独通过该引脚驱动。

增强 Raspberry Pi 的 PWM 功能的策略

已经提出了许多解决方案来克服Raspberry Pi的这一限制。很多人为此目的使用支持 I2C(内部集成电路)或 SPI(串行外设接口)的附件。这些设备由 Raspberry Pi 控制,它们生成 PWM 信号用于控制目的。PWM 发生器附件也可用于将支持 PWM 的输出引脚添加到 Raspberry Pi。

正在使用的另一种方法是在其他支持 GPIO 的引脚上执行软件 PWM。WiringPi 库是一个允许这种类型控制的示例库。它使用实时调度程序通过运行单个线程来优先生成 PWM 信号,但由于 Raspberry Pi 上使用的操作系统执行多任务处理,因此该解决方案不适合,因为它提供低时序分辨率和高抖动。

Arduino:合适的解决

方案 轻松开发 PWM 信号的一种解决方案是使用 Arduino 开发套件。Arduino 板有多种配置。例如,Arduino Due 有 54 个数字引脚(其中 12 个可用于 PWM 输出)和 14 个模拟引脚。有了这么多可配置的 I/O 引脚,Arduino Due 和一般的 Arduino 板是与 Raspberry Pi 接口的外部传感和控制板的理想选择。

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通过 USB 连接 Arduino 和 Raspberry Pi

可以通过 匹配 Raspberry Pi 和 Arduino 平台的形式找到具有强大的 PWM 功能和高度可配置的用户界面的解决方案。基于 Arduino 的开发板可以与 Raspberry Pi 连接,以添加 PC 的功能、网络的通信和多媒体工具、通过使用微控制器与环境交互的能力以及移动设备的便携性设备。如前所述,Arduinos 是一个基于微控制器的平台,非常适合为涉及传感和控制的应用程序运行代码。连接 Raspberry Pi 和 Arduino 板的一种非常方便、低成本且可靠的方法是通过USB 电缆。 这是一个方便的解决方案,因为它需要最少数量的硬件。此外,它通常提供具有精确实时响应的电机和电源控制,例如提供高精度和低抖动,这对于许多控制应用很重要。

通过使用每块板上的 USB 接口以及现成的 pySerial 库,可以从 Raspberry Pi 发送命令来控制 Arduino 的多个 I/O。而且,以相反的方式,当 Arduino 读取多种数据类型(如温度、速度或其他需要监控的外部数据)时,串行数据可以从 Arduino 发送回 Pi。

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    NB7NPQ1104M 3.3 V USB 3.1 Gen-2 10Gbps四通道/双端口线性转接驱动器

    1104M是一款高性能2端口线性转接驱动器,专为支持5 Gbps和10 Gbps数据速率的USB 3.1 Gen 1和USB 3.1 Gen 2应用而设计。信号完整性因PCB走线,传输电缆和符号间干扰(ISI)而降低。 NB7NPQ1104M通过在输入接收器上实现不同的均衡电平和输出发送器上的平坦增益放大来补偿这些损耗。 NB7NPQ1104M为每个独立通道提供可编程均衡和平坦增益,以优化各种物理介质的性能。 NB7NPQ1104M包含一个自动接收器检测功能,用于确定输出是否有效。如果相应通道的信号检测器空闲一段时间,接收器检测环路将处于活动状态。如果未检测到负载,通道将移至“拔出模式”,或者由于不活动而返回低功耗模式(睡眠模式)。 NB7NPQ1104M采用3.5 x 9 mm WQFN42封装,工作温度范围为-40°C至85°C。 特性 3.3 V±0.3 V电源 5 Gbps&带线性放大器的10 Gbps串行链路 设备支持USB 3.1 Gen 1和USB 3.1 Gen 2数据速率 自动接收器检测 集成输入和输出端接 引脚可调节接收器均衡和平坦增益 100-差异CML I / O 自适应电源管理的自动休眠模式 热插拔功能 ESD...
    发表于 07-31 17:02 313次 阅读

    FPF2895C 限流负载开关含OVP和TRCB 28 V 5 A.

    2895C具有28 V和5A额定电流限制电源开关,提供过流保护(OCP),过压保护(OVP)和真正反向电流模块(TRCB)来保护系统。具有典型值为27mΩ的低导通电阻,WL-CSP可在4 V至22 V的输入电压范围内工作.FPF2895C支持±10%的电流限制精度,500 mA至2 A的过流范围和± 5%的限流精度,2 A至5 A的过流范围,可选择的OVP,可选择的ON极性和可选的OCP行为等灵活操作,可根据系统要求进行优化。 FPF2895C可用于一个24焊球,1.67 mm x 2.60 mm晶圆级芯片级封装(WL-CSP),间距为0.4 mm。“ 特性 28V / 5A能力 宽输入电压范围:4V~22V 超低导通电阻 Typ。在5V和25°C时为27mΩ 外部RSET的可调电流限制: - 500 mA~5 A 带OV1和OV2逻辑输入的可选OVLO: - 5.95 V±50 mV - 10 V±100 mV - 16.8 V±300 mV - 23 V±460 mV 可选ON极性 可选择的过流行为: - 自动重启模式 - 当前来源模式 真实反向当前阻止 热关机 应用 终端产品 带OVP的USB Vbus电源开关和OCP整合 笔记本 平板电脑 PAD 监视器 ...
    发表于 07-31 14:02 547次 阅读

    FPF2895V 符合AEC Q100标准(2级)限流负载开关 带OVP和TRCB 28 V 5 A

    2895V具有28 V和5A额定电流限制电源开关,提供过流保护(OCP),过压保护(OVP)和真正反向电流模块(TRCB)来保护系统。具有低导通电阻,典型值为27 m,WL-CSP可在4 V至22 V的输入电压范围内工作。 FPF2895V支持±10%的电流限制精度,过电流范围为500 mA至2 A和±5%的电流限制精度,2 A至5 A的过流范围,灵活的操作,如可选择的OVP,可选择的ON极性和可选择的OCP行为,可根据系统要求进行优化。 FPF2895V提供24焊球,1.67 mm x 2.60 mm晶圆级芯片级封装(WL-CSP),0.4 mmpitch。“ 特性 AEC- Q100合格(2级) 28V / 5A能力 超低导通电阻:典型值。在5V和25°C时为27mΩ 宽输入电压范围:4V~22V 外部RSET的可调电流限制: - 500 mA~5 A 具有OV1和OV2逻辑输入的可选OVLO: - 5.95 V±50 mV - 10 V±100 mV - 16.8 V±300 mV - 23 V±460 mV 可选ON极性 可选择的过电流行为: - 自动重启模式 - 电流源模式 真正的反向电流阻断 热关断 打开排水故障FLAGB输出 UL60950-1& IEC 6095...
    发表于 07-31 08:02 424次 阅读

    NCP6922C LDO稳压器 双通道 4通道PMIC 双DC-DC转换器

    2C是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机功能,微处理器等。该器件集成了两个高效率800 mA降压DC-DC转换器,具有DVS(动态电压调节)和两个低压差(LDO)稳压器在4x4 mm 20引脚WQFN封装中。 特性 优势 超低静态电流(典型值82 uA) 节省电池寿命 I 2完全可编程 C 提供设计灵活性 两个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,800 mA输出电流能力 应用 终端产品 电池供电应用电源管理 核心电压低的处理器电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 游戏系统 数码相机 机顶盒框 GPS 车载信息娱乐 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 09:02 472次 阅读
    NCP6922C LDO稳压器 双通道 4通道PMIC 双DC-DC转换器

    NCP6324 同步降压转换器 3 MHz 2.0 A.

    4B / C是一系列同步降压转换器,经过优化,可为一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供不同子系统。这些器件能够在外部可调电压下提供高达2 A的电流。采用3 MHz开关频率工作可以采用小尺寸电感和电容。输入电源电压前馈控制用于处理宽输入电压范围。同步整流和自动PWM / PFM省电模式可提高系统效率。 NCP6324B / C采用节省空间的2.0 x 2.0 x 0.75 mm WDFN-8封装。 特性 优势 2.5 V至5.5 V输入电压范围 支持最新电池 3 MHz开关频率 降低输出电感和电容尺寸 自动省电模式(NCP6324B)或操作模式选择(NCP6324C) 降低静态电流,节省电池寿命 应用 终端产品 Portable&无线应用 计算与安全外围设备应用 消费类应用 移动电话,智能手机和PDA 便携式媒体播放器 数码相机 USB供电设备 游戏及娱乐系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 05:02 341次 阅读

    FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

    80是一款用于移动电源应用的低静态电流PMIC。 PMIC包含一个降压,一个升压和四个低噪声LDO。 特性 晶圆级芯片级封装(WLCSP) 可编程输出电压 软启动(SS)浪涌电流限制 可编程启动/降压排序 中断报告的故障保护 低电流待机和关机模式 降压转换器:1.2A,VIN范围: 2.5V至5.5V,VOUT范围:0.6V至3.3V 升压转换器:1.0A,VIN范围:2.5V至5.5V,VOUT范围:3.0V至5.7V 四个LDO:300mA,VIN范围:1.9V至5.5V,VOUT范围:0.8V至3.3V 应用 终端产品 电池和USB供电设备 智能手机 平板电脑 小型相机模块 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 04:02 640次 阅读
    FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

    NCP1597B 同步降压转换器 1 MHz 2.0 A.

    7B是一款固定的1 MHz,高输出电流,同步PWM转换器,集成了低电阻,高侧P沟道MOSFET和低侧N沟道MOSFET。 NCP1597B利用电流模式控制提供快速瞬态响应和出色的环路稳定性。它将输入电压从4.0 V调节至5.5 V,输出电压低至0.8 V,最高可提供2 A. NCP1597B具有固定内部开关频率(FSW)和内部软启动等功能。限制浪涌电流。使用EN引脚,关断电源电流最大降至3μA。其他功能包括逐周期电流限制;短路保护,低压差模式,省电模式和热关断。该器件还采用NCP1597A下的6引脚3x3mm DFN封装。 特性 优势 输入电压范围:4.0 V至5.5 V 优化用于+ 5V输入 内部140mΩ高侧开关P-FET和90mΩ低侧N-FET 高效率运作 固定1 MHz开关频率 小输出电感和输出电容 逐周期电流限制 保护功能 过热保护 保护功能 使用预偏置输出负载启动 与uP核心和I / O要求兼容 0.8 V +/- 1.5%参考电压 能够输出低输出电压 轻载时的省电模式 轻载时提高效率 应用 终端产品 + 5V DC-DC稳压器 机顶盒 液晶电视/数字电视/等离子电...
    发表于 07-30 04:02 344次 阅读
    NCP1597B 同步降压转换器 1 MHz 2.0 A.

    NCP1599 同步降压转换器 1 MHz 3.0 A.

    9是一款固定的1 MHz,高输出电流,同步PWM转换器,集成了低电阻,高侧P沟道MOSFET和低侧N沟道MOSFET。 NCP1599利用内部补偿电流模式控制,提供良好的瞬态响应,易于实现和出色的环路稳定性。它可将输入电压从3.0 V调节至5.5 V,输出电压低至0.8 V,并可提供高达3.0 A的负载电流。 NCP1599包括一个内部固定的开关频率(FSW)和一个内部软启动,以限制浪涌电流。其他功能包括逐周期电流限制,短路保护,省电模式和热关断。 特性 优势 输入电压范围为2.7 V至5.5 V 能够与3.3 V或5 V电压轨一起使用 内部140mΩ/90mΩMOSFET 满负荷时的高效率 逐周期电流限制 保护功能 过温保护 保护功能 使用预偏置输出负载启动 兼容uP核心和I / O要求 0.8 V +/- 1.5%参考电压 能够输出低输出电压 轻载期间的省电模式 提高效率在轻载时 应用 终端产品 + 5V DC-DC稳压器 机顶盒 液晶电视/数字电视/等离子电视 USB供电设备 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 03:02 261次 阅读
    NCP1599 同步降压转换器 1 MHz 3.0 A.

    NCP1529 降压转换器 DC-DC 高效率 可调节输出电压 低纹波 1.7 MHz 1 A.

    9降压型DC-DC转换器是一款单片集成电路,适用于由一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用。该器件可在外部可调范围为0.9 V至3.9 V或固定为1.2 V或1.35 V的输出范围内提供高达1.0 A的电流。它使用同步整流来提高效率并减少外部元件数量。该器件还内置1.7 MHz(标称)振荡器,通过允许使用小型电感器和电容器来减小元件尺寸。自动切换PWM / PFM模式可提高系统效率。 其他功能包括集成软启动,逐周期电流限制和热关断保护。 NCP1529采用节省空间的扁平2x2x0.5 mm UDFN6封装和TSOP-5封装。 特性 优势 96%效率,28 uA静态电流,0.3 uA关断电流 延长电池续航时间和'播放时间' 1.7 MHz开关频率 允许使用更小的电感和电容器 在轻负载条件下自动切换PWM和PFM模式 轻载时的低功耗 可调输出电压0.9V至3.9V 即使在PFM模式下,同类最佳低纹波 应用 终端产品 电池供电应用电源管理 核心电压低的处理器电源 USB供电设备 低压直流电源电源管理 手机,智能手机和掌上电脑 MP3播放器和便携式音频系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 02:02 1213次 阅读
    NCP1529 降压转换器 DC-DC 高效率 可调节输出电压 低纹波 1.7 MHz 1 A.

    NCV6334 3.0 MHz 2.0 A PFM / PWM同步降压转换器 具有良好的功率

    4B是一款同步降压转换器,经过优化,可为由一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供不同的子系统。该器件能够在外部可调电压下提供高达2 A的电流。采用3 MHz开关频率工作可以采用小尺寸电感和电容。输入电源电压前馈控制用于处理宽输入电压范围。同步整流可提高系统效率。 NCV6354采用节省空间的扁平2.0x2.0x0.75 mm WDFN-8封装。 特性 优势 2.3 V至5.5 V输入电压范围 支持最新电池 3 MHz开关频率 降低输出电感和电容尺寸 自动省电模式 降低静态当前 应用 终端产品 消费者应用 计算与技术外围设备应用 游戏和娱乐系统 USB供电设备 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 01:02 283次 阅读
    NCV6334 3.0 MHz 2.0 A PFM / PWM同步降压转换器 具有良好的功率

    NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

    4是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机模块,微处理器或任何外围设备。该器件集成了两个高效1000 mA降压DC-DC转换器,带有DVS(动态电压调节)和四个低压差(LDO)稳压器,采用WLCSP-30 2.46 x 2.06mm封装。 特性 优势 非常小的封装2.46 x 2.06 mm 减少PCB空间 超低静态电流(典型值105 uA) 节省电池寿命 I 2 C可访问的先前启用设备允许在启动系统之前更改设置 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,1000 mA输出电流能力 四个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和2 x 300mA输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 应用 终端产品 电池供电的应用电源管理 核心电压低的处理器的电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 01:02 423次 阅读
    NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

    NCV6323 同步降压转换器 3 MHz 2 A.

    3是一款同步降压转换器,经过优化,可为一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供不同的子系统。这些器件能够在外部可调电压下提供高达2 A的电流。采用3 MHz开关频率工作可以采用小尺寸电感和电容。输入电源电压前馈控制用于处理宽输入电压范围。同步整流可提高系统效率。 NCV6323采用节省空间的2.0 x 2.0 x 0.75 mm WDFN-8封装。 特性 优势 2.5 V至5.5 V输入电压范围 支持最新电池 3 MHz开关频率 降低输出电感和电容尺寸 最多2 A输出电流 应用 终端产品 计算&外围设备应用 消费类应用 USB供电设备 游戏和娱乐系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 00:02 416次 阅读

    NCP6925 电源管理IC(PMIC) 7通道 带2个DC-DC转换器和5个LDO

    5是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机模块,微处理器或任何外围设备。该器件集成了两个高效1000 mA降压DC-DC转换器和DVS(动态电压调节)以及五个低压差(LDO)稳压器,采用WLCSP-36 2.36 x 2.36 mm封装。 特性 优势 2.36 x 2.36 mm WLCSP 0.4 mm间距 小空间应用 超低静态电流(典型值140μA) 节省电池寿命 Id检测能力 附件检测 2一般用途I / O引脚 可以控制内部或外部稳压器,或者可以用作内部序列触发输入 两个DC-DC转换器,效率95%,程序可输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,1000 mA输出电流能力 四个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压0.8 V至3.5 V,25 mV步进,300 mA输出电流能力,50μVrms典型低输出噪声 灵活的上电和下电顺序可通过I²C编程 三输入10位ADC 2个DC-DC转换器,95%效率,1 A输出电流能力,可编程输出电压0.6 V至3.3 V×12.5 mV步骤 5个低压差稳压器,300 mA输出电流能力,0.8 V至3.5 V,25 mV步进的可编程...
    发表于 07-30 00:02 588次 阅读
    NCP6925 电源管理IC(PMIC) 7通道 带2个DC-DC转换器和5个LDO

    LV5683P LDO稳压器 4通道

    P是一款多线性稳压器,适用于USB硅调谐器汽车音响系统。该IC具有4个输出,VDD5V(3.3V),AUDIO(8.5V),SWU(3.3V)和USB5V(CD 8V:可用)。关于保护电路,它具有过流保护,过压保护和热关断功能。 VCC1(SWU和USB电源)是VCC的独立端子,接受较低的电压(例如来自DC / DC转换器),可以降低功耗。 特性 4系统稳压器 VDD5V(3.3V),AUDIO(8.5V),SWU(3.3V)和USB5V(CD 8V:可用) 过电流保护 过电压保护:典型21(除VDD外) 热关断Typ 175°C 应用Pch-LDMOS用于输出阶段 应用 汽车音响和信息娱乐系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 23:02 1837次 阅读

    NCP81231 降压控制器 USB供电和C型应用

    31 USB供电(PD)控制器是一款针对USB-PD C型解决方案进行了优化的同步降压控制器。它们是扩展坞,车载充电器,台式机和显示器应用的理想选择。 NCP81231采用I2C接口,可与uC连接,以满足USB-PD时序,压摆率和电压要求。 NCP81231工作在4.5V至28V 特性 优势 I2C可配置性 允许电压曲线,转换速率控制,定时等 带驱动程序的同步降压控制器 提高效率和使用标准mosfet 符合USB-PD规范 支持usb-pd个人资料 过压和过流保护 应用 终端产品 USB Type C 网络配件 消费者 停靠站 车载充电器s 网络中心 桌面 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 19:02 673次 阅读

    NCP6992 AIRFUEL-MR无线电源发送器ASIC

    2是一款无线电源ASIC,可提供符合AirFuel MR标准的非接触式6.78 MHz电力传输单元(PTU)所需的电源,测量和支持功能。 NCP6992与蓝牙信令协议(BLE)相结合,通过管理功率传输(包括效率和故障条件管理),有助于调整和优化发送器线圈的功率。 特性 输入电压范围4.5V至22V 提供小型7x7mm²可湿性侧翼电镀QFN-56封装,间距0.4mm 直接从墙上适配器或USB端口供电 可通过3.4 MHzI²C接口进行广泛编程 50 W功率升压控制器,具有可在9V至55.2V(200mV步进)下编程的转换器,具有OVP和自动控制输入选项 可配置的睡眠模式和使用直接输入控制的快速唤醒循环 In集成式降压转换器5V& 500mA 2通用GPIO可用于逻辑I / O,ADC输入或时钟输出 系统LDO可编程为1.2V至3.6V,100 mV步进,带动态电压调节(DVS) USB BC 1.2检测的前端 具有OCP的四相可选6.78MHz PA驱动器 用于天线切换的PWM控制继电器驱动器 用于PA电源电压,电流和温度测量的10位ADC 一个阻抗控制检测器 具有ADC读数的差分...
    发表于 07-29 18:02 382次 阅读