8、Raspberry Pi Pico的PWM与串口通信技术详解

Raspberry Pi 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，用于驱动如电机、执行器、加热器等重负载。PWM本质上是一种正向方波，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。

1.1 PWM基本理论

PWM是一种使用数字波形控制模拟负载功率的常用技术。虽然模拟电压和电流也可用于控制功率，但它们存在一些缺点。控制大型模拟负载需要大电压和大电流，而这些难以通过标准模拟电路和数模转换器（DAC）获得。精密模拟电路可能体积大、重量重且成本高，还对噪声敏感。

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。电源导通时间越长，提供给负载的有效电压就越高。

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

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A可以通过以下公式计算：
$A = \frac{1}{T} \int_{0}^{T} f(t) dt$
在PWM波形中，$y_{min} = 0$，上述公式变为：
$A = \frac{T_{ON}}{T} × V_p = D × V_p$

从上述公式可以看出，提供给负载的平均电压与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。

1