如何在树莓派Pico上用PWM实现LED呼吸灯呢？

 

树莓派 Pico 上的模拟-数字转换器只能以一种方式工作，它将模拟信号转换为微控制器可以理解的数字信号。如果你想走另一种方式，并让你的数字微控制器创建一个模拟输出，你通常需要一个数字到模拟转换器（DAC），但有一种方法来「伪造」模拟信号，使用所谓的脉宽调制或 PWM。

微控制器的数字输出只能是 0 或 1。打开和关闭数字输出被称为脉冲，通过改变引脚打开和关闭的频率，你可以改变或调制这些脉冲的宽度，因此称为「脉宽调制」。

Pico 上的每个 GPIO 引脚都能够进行脉宽调制，但是微控制器的脉宽调制块是由八个切片组成的，每个切片有两个输出。如图所示，你会看到每个 Pin 都有一个字母和一个数字。数字表示 PWM 引脚的编号，而字母表示使用的哪一个 PWM 片来输出。

 

如果你在引脚 GP0 上使用 PWM_A[0]，在引脚 GP1 上使用 PWM_B[0]，一切都正常。如果你在引脚 GP2 上添加 PWM_A[1]，依然正常运行。但是如果你尝试在引脚 GP0 和引脚 GP16 上使用 PWM 通道，你会遇到问题，因为它们都连接到 PWM_A[0]。

下面按照图示搭建电路，LED 和 330Ω 限流电阻，LED 正极通过 330Ω 电阻连接 Pico 的 GP15。LED 负极连接到 Pico 的 GND 引脚。

在 Thonny 中打开前面章节中的 Potentiometer.py 代码文件。再将 LED 设置为模拟数字输入：

 

led = machine.PWM(machine.Pin(15))

 

这段代码将在 GP15 引脚上创建了一个 LED 对象，但有一个区别，它激活了引脚上的脉宽调制输出，通道 B[7]，第 8 片的第二个输出（从零开始计数）。

你还需要设置 PWM 的频率，这是你可以更改的两个值之一，以控制或调制脉冲宽度。在下面再加一行：

 

led.freq(1000)

 

这设置了 1000 赫兹的频率，即每秒 1000 个周期。接下来，到程序的底部，删除 print(voltage) 和 utime.sleep(2) 两行，添加下面一行：

 

led.duty(potentiometer.read_u16())

 

这行从连接到电位器的模拟输入中获取原始读数，然后使用它作为脉宽调制的第二个参数：占空比。

占空比控制引脚的输出，0% 占空比使引脚在每秒 1000 次脉冲中处于打开，并有效地关闭 引脚；100% 占空比使引脚处于开启状态，达到每秒 1000 次脉冲，在功能上相当于将引脚作为固定数字输出为打开；50% 占空比的引脚有一半脉冲是开的，一半脉冲是关的。

点击 Run 运行程序，转动电位器时观察 LED。转动电位器时 LED 会变亮，反向转动电位器时 LED 会变暗。这是因为从连接到电位器的模拟引脚读取的数据被转换为 PWM 信号占空比的值，低占空比就像模拟输出上的低电压，使 LED 暗淡；高占空比就像高电压，使 LED 变亮。

不过，你会注意到，LED 在电位器旋钮达到停止点之前就已经达到最大亮度，非常轻微的移动 就会引起亮度的巨大变化。这是因为模拟读数是一个介于 0 到 65535 之间的数字（一个 16 位整数）但占空比 0 – 100%，对应的值域最大值仅为 1024。任何高于该值的值都将被忽略，并将其视为 1024。

为了解决这个问题，并使之能够正确地控制 LED 的亮度，你需要将模拟输入的值映射到 PWM 片能够理解的范围。最好的方法是告诉 MicroPython 你将占空比值传递为无符号 16 位整数，与 Pico 的模拟输入引脚接收到的数字格式相同。

在程序中找到以下行：

 

led.duty(potentiometer.read_u16())

 

编辑它，以便它进行读取：

 

led.duty_u16(potentiometer.read_u16())

 

程序变成下面这样：

 

import machine
import utime
 
potentiometer = machine.ADC(28)
led = machine.PWM(machine.Pin(15))
led.freq(1000)
 
while True:
    led.duty_u16(potentiometer.read_u16())

 

点击 Run 图标，试着把电位器一路转到一边，然后一路转到另一边。注意 LED，这一次，除非你用的是对数电位器，否则你会看到 LED 的亮度平滑地从电位器旋钮的一端完全关闭到另一端完全点亮。

祝贺你！你不仅掌握了模拟输入，而且现在可以使用脉宽调制创建等效的模拟输出了！

审核编辑：刘清