如何在樹莓派Pico上用PWM實(shí)現(xiàn)LED呼吸燈呢？

樹莓派 Pico 上的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器只能以一種方式工作，它將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為微控制器可以理解的數(shù)字信號(hào)。如果你想走另一種方式，并讓你的數(shù)字微控制器創(chuàng)建一個(gè)模擬輸出，你通常需要一個(gè)數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（DAC），但有一種方法來「?jìng)卧臁鼓M信號(hào)，使用所謂的脈寬調(diào)制或 PWM。

微控制器的數(shù)字輸出只能是 0 或 1。打開和關(guān)閉數(shù)字輸出被稱為脈沖，通過改變引腳打開和關(guān)閉的頻率，你可以改變或調(diào)制這些脈沖的寬度，因此稱為「脈寬調(diào)制」。

Pico 上的每個(gè) GPIO 引腳都能夠進(jìn)行脈寬調(diào)制，但是微控制器的脈寬調(diào)制塊是由八個(gè)切片組成的，每個(gè)切片有兩個(gè)輸出。如圖所示，你會(huì)看到每個(gè) Pin 都有一個(gè)字母和一個(gè)數(shù)字。數(shù)字表示 PWM 引腳的編號(hào)，而字母表示使用的哪一個(gè) PWM 片來輸出。

如果你在引腳 GP0 上使用 PWM_A[0]，在引腳 GP1 上使用 PWM_B[0]，一切都正常。如果你在引腳 GP2 上添加 PWM_A[1]，依然正常運(yùn)行。但是如果你嘗試在引腳 GP0 和引腳 GP16 上使用 PWM 通道，你會(huì)遇到問題，因?yàn)樗鼈兌歼B接到 PWM_A[0]。

下面按照?qǐng)D示搭建電路，LED 和 330Ω 限流電阻，LED 正極通過 330Ω 電阻連接 Pico 的 GP15。LED 負(fù)極連接到 Pico 的 GND 引腳。

在 Thonny 中打開前面章節(jié)中的 Potentiometer.py 代碼文件。再將 LED 設(shè)置為模擬數(shù)字輸入：

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

這段代碼將在 GP15 引腳上創(chuàng)建了一個(gè) LED 對(duì)象，但有一個(gè)區(qū)別，它激活了引腳上的脈寬調(diào)制輸出，通道 B[7]，第 8 片的第二個(gè)輸出（從零開始計(jì)數(shù)）。

你還需要設(shè)置 PWM 的頻率，這是你可以更改的兩個(gè)值之一，以控制或調(diào)制脈沖寬度。在下面再加一行：

led.freq(1000)

這設(shè)置了 1000 赫茲的頻率，即每秒 1000 個(gè)周期。接下來，到程序的底部，刪除 print(voltage) 和 utime.sleep(2) 兩行，添加下面一行：

led.duty(potentiometer.read_u16())

這行從連接到電位器的模擬輸入中獲取原始讀數(shù)，然后使用它作為脈寬調(diào)制的第二個(gè)參數(shù)：占空比。

占空比控制引腳的輸出，0% 占空比使引腳在每秒 1000 次脈沖中處于打開，并有效地關(guān)閉引腳；100% 占空比使引腳處于開啟狀態(tài)，達(dá)到每秒 1000 次脈沖，在功能上相當(dāng)于將引腳作為固定數(shù)字輸出為打開；50% 占空比的引腳有一半脈沖是開的，一半脈沖是關(guān)的。

點(diǎn)擊 Run 運(yùn)行程序，轉(zhuǎn)動(dòng)電位器時(shí)觀察 LED。轉(zhuǎn)動(dòng)電位器時(shí) LED 會(huì)變亮，反向轉(zhuǎn)動(dòng)電位器時(shí) LED 會(huì)變暗。這是因?yàn)閺倪B接到電位器的模擬引腳讀取的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為 PWM 信號(hào)占空比的值，低占空比就像模擬輸出上的低電壓，使 LED 暗淡；高占空比就像高電壓，使 LED 變亮。

不過，你會(huì)注意到，LED 在電位器旋鈕達(dá)到停止點(diǎn)之前就已經(jīng)達(dá)到最大亮度，非常輕微的移動(dòng) 就會(huì)引起亮度的巨大變化。這是因?yàn)槟M讀數(shù)是一個(gè)介于 0 到 65535 之間的數(shù)字（一個(gè) 16 位整數(shù)）但占空比 0 – 100%，對(duì)應(yīng)的值域最大值僅為 1024。任何高于該值的值都將被忽略，并將其視為 1024。

為了解決這個(gè)問題，并使之能夠正確地控制 LED 的亮度，你需要將模擬輸入的值映射到 PWM 片能夠理解的范圍。最好的方法是告訴 MicroPython 你將占空比值傳遞為無符號(hào) 16 位整數(shù)，與 Pico 的模擬輸入引腳接收到的數(shù)字格式相同。

在程序中找到以下行：

led.duty(potentiometer.read_u16())

編輯它，以便它進(jìn)行讀取：

led.duty_u16(potentiometer.read_u16())

程序變成下面這樣：

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())

點(diǎn)擊 Run 圖標(biāo)，試著把電位器一路轉(zhuǎn)到一邊，然后一路轉(zhuǎn)到另一邊。注意 LED，這一次，除非你用的是對(duì)數(shù)電位器，否則你會(huì)看到 LED 的亮度平滑地從電位器旋鈕的一端完全關(guān)閉到另一端完全點(diǎn)亮。

祝賀你！你不僅掌握了模擬輸入，而且現(xiàn)在可以使用脈寬調(diào)制創(chuàng)建等效的模擬輸出了！

審核編輯：劉清

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