8、树莓派Pico的PWM与串口通信技术详解

树莓派Pico的PWM与串口通信技术详解

1. 脉冲宽度调制（PWM）概述

脉冲宽度调制（PWM）是一种常用的数字技术，常用于驱动电机、执行器、加热器等重载设备。PWM本质上是一个正向方波，其脉冲宽度可以改变。通过改变脉冲宽度，能够有效改变提供给负载的平均电压值。

2. PWM基本理论

PWM是一种使用数字波形控制提供给模拟负载功率的常用技术。虽然模拟电压（和电流）可用于控制输出功率，但存在一些缺点。控制大型模拟负载需要大电压和大电流，而标准模拟电路和数模转换器（DAC）难以实现。精密模拟电路可能体积大、重量重、价格昂贵，并且对噪声敏感。

PWM技术通过快速开关电源电压来控制提供给负载的电压（和电流）的平均值。通电时间越长，提供给负载的有效电压就越高。典型的PWM波形是一个重复的正脉冲，周期为T，导通时间为$T_{ON}$，关断时间为$T - T_{ON}$秒。负载电压的最小值和最大值分别为0和$V_{P}$。PWM开关频率通常设置得非常高（通常为几千赫兹），以免影响使用该功率的负载。

PWM波形的占空比D定义为导通时间与其周期的比值，数学表达式为：
$D = T_{ON} / T$
占空比通常以百分比表示，即：
$D = (T_{ON} / T) × 100\%$

通过将占空比在0%到100%之间变化，可以有效控制提供给负载的平均电压在0到$V_{P}$之间。负载上施加电压的平均值可以通过考虑一般的PWM波形来计算。在PWM波形中，当$y_{min} = 0$时，平均电压与PWM波形的占空比成正比，通过改变占空比可以控制负载的平均电压。值得注意的是，如果微控制器没有DAC通道，通过正确