21、Raspberry Pi Pico的PWM与串口通信应用

Raspberry Pi Pico的PWM与串口通信应用

1. 脉冲宽度调制（PWM）概述

脉冲宽度调制（PWM）是一种常用的数字控制技术，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基本原理

PWM是一种利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）也可用于控制功率，但存在一些缺点，如控制大型模拟负载需要大电压和电流，而标准模拟电路和数模转换器（DAC）难以提供；精密模拟电路可能体积大、重量重、成本高，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）平均值。电源导通时间越长，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。提供给负载的电压最小值和最大值分别为0和$V_P$。PWM开关频率通常设置得很高（通常为几千赫兹），以免影响使用该电源的负载。PWM的主要优点是负载运行效率高，因为开关器件的功率损耗非常低。开关导通时，开关两端几乎没有电压降；开关关断时，没有电流提供给负载。

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：
$D = (T_{ON} / T_{OFF}) × 100\%$

通过将占空比在0%到100%之间变化，可以有效地将提供给负载的平均电压控制在0到$V_P$之间。负载上施加电压的平均值可以通过考虑一个通用的PW