脈沖寬度調制 （PWM） 是一種廣泛用于控制功率的調制技術。它通常用于電機控制應用中以控制電機的速度。Raspberry Pi 等單板計算機 （SBC） 可用于生成用于電機速度控制的 PWM 信號，但有一個限制：Raspberry Pi 上只有一個 PWM 硬件引腳可用。然而，使用Arduino 的支持 PWM 的 I/O 引腳，可以找到一種可行的解決方案，不僅適用于一個，而且適用于多個 PWM 輸出。

PWM 概述

PWM 信號是一個方波，用于電子控制系統中，用于控制諸如舵機位置、電機速度和 LED 亮度之類的東西。它基于兩個重要參數：頻率和占空比。頻率是波形在一秒鐘內產生的重復周期數。占空比表示信號高與低的時間百分比。得到的波形平均值決定了傳遞給負載的功率量。

Raspberry Pi 和 Arduino Raspberry Pi 是一款信用卡大小的微型計算機

，部分由于其計算能力、尺寸和價格 而引起了相當多的關注。Raspberry Pi 基于 Broadcom BCM2835 嵌入式多媒體應用處理器。它配備了多個連接端口，可以通過插入電視或顯示器和 USB 鍵盤輕松操作。它還與許多操作系統兼容；然而，為 Raspberry Pi 量身定制的 Linux 版本 Raspbian 是最常用的操作系統之一。

Arduino 是一個基于單板微控制器的平臺，可為沒有經驗和有經驗的用戶提供嵌入式電子設計的簡單快速入門。它是一種開源硬件設計，提供模數信號轉換功能以及輸入和輸出控制以及 PWM 信號生成。Arduinos 還通過其板載 I/O 連接和可用的擴展板提供豐富的連接選項。

Raspberry Pi 上的 PWM：控制能力有限

考慮一個涉及構建機器人汽車的任務，在該任務中，您需要通過 Raspberry Pi 控制兩個電機，Raspberry Pi 具有 26 個通用輸入/輸出 （GPIO） 引腳。在這些引腳中，只有一個易于訪問的 PWM 輸出引腳，它不足以驅動任何需要更多控制的東西，而不僅僅是開/關功能。伺服電機和 RGB LED 不能單獨通過該引腳驅動。

增強 Raspberry Pi 的 PWM 功能的策略

已經提出了許多解決方案來克服Raspberry Pi的這一限制。很多人為此目的使用支持 I2C（內部集成電路）或 SPI（串行外設接口）的附件。這些設備由 Raspberry Pi 控制，它們生成 PWM 信號用于控制目的。PWM 發生器附件也可用于將支持 PWM 的輸出引腳添加到 Raspberry Pi。

正在使用的另一種方法是在其他支持 GPIO 的引腳上執行軟件 PWM。WiringPi 庫是一個允許這種類型控制的示例庫。它使用實時調度程序通過運行單個線程來優先生成 PWM 信號，但由于 Raspberry Pi 上使用的操作系統執行多任務處理，因此該解決方案不適合，因為它提供了低時序分辨率和高抖動。

Arduino：合適的解決

方案 輕松開發 PWM 信號的一種解決方案是使用 Arduino 開發套件。Arduino 板有多種配置。例如，Arduino Due 有 54 個數字引腳（其中 12 個可用于 PWM 輸出）和 14 個模擬引腳。有了這么多可配置的 I/O 引腳，Arduino Due 和一般的 Arduino 板是與 Raspberry Pi 接口的外部傳感和控制板的理想選擇。

通過 USB 連接 Arduino 和 Raspberry Pi

可以通過 匹配 Raspberry Pi 和 Arduino 平臺的形式找到具有強大的 PWM 功能和高度可配置的用戶界面的解決方案。基于 Arduino 的開發板可以與 Raspberry Pi 連接，以添加 PC 的功能、網絡的通信和多媒體工具、通過使用微控制器與環境交互的能力以及移動設備的便攜性設備。如前所述，Arduinos 是一個基于微控制器的平臺，非常適合為涉及傳感和控制的應用程序運行代碼。連接 Raspberry Pi 和 Arduino 板的一種非常方便、低成本且可靠的方法是通過USB 電纜。 這是一個方便的解決方案，因為它需要最少數量的硬件。此外，它通常提供具有精確實時響應的電機和電源控制，例如提供高精度和低抖動，這對于許多控制應用很重要。

通過使用每塊板上的 USB 接口以及現成的 pySerial 庫，可以從 Raspberry Pi 發送命令來控制 Arduino 的多個 I/O。而且，以相反的方式，當 Arduino 讀取多種數據類型（如溫度、速度或其他需要監控的外部數據）時，串行數據可以從 Arduino 發送回 Pi。

審核編輯：郭婷