树莓派Pico PWM实现LED呼吸灯详解

树莓派 Pico 上的模数转换器（ADC）专门负责将模拟信号转换为微控制器能够处理的数字信号。然而，反向操作——让数字微控制器输出模拟信号——通常需要数模转换器（DAC）。不过，存在一种巧妙的替代方法：脉冲宽度调制（PWM）。

微控制器的数字引脚只能输出 0 或 1 两种状态。通过快速切换引脚的开与关，就形成了一个脉冲。改变开关的频率，也就改变了脉冲的宽度——这正是“脉宽调制”名称的由来。

Pico 的每个 GPIO 引脚都支持 PWM，但内部的 PWM 模块由八个切片构成，每个切片包含两个输出通道。从引脚图来看，每个引脚都标有一个字母和一个数字：数字表示 PWM 引脚编号，字母表示使用的切片。例如，GP0 对应 PWM_A[0]，GP1 对应 PWM_B[0]——这是标准配置。GP2 对应 PWM_A[1]，同样正常。但如果试图同时在 GP0 和 GP16 上使用 PWM，就会遇到问题，因为它们都连接到 PWM_A[0] 上。

接下来按照电路图搭建：一个 LED 与 330Ω 限流电阻串联，LED 的正极通过电阻连接到 Pico 的 GP15，负极连接到 GND。

在 Thonny 中打开之前使用的 Potentiometer.py 文件，并将 LED 也配置为模拟数字输入：

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

这行代码在 GP15 上创建了一个 LED 对象，关键区别在于它启用了该引脚的 PWM 输出——通道 B[7]，也就是第 8 个切片的第二个输出（编号从 0 开始计数）。

还需要设置 PWM 频率，这是控制脉冲宽度的两个参数之一。添加一行代码：

led.freq(1000)

频率设置为 1000 Hz，即每秒 1000 个周期。然后在程序底部，删除 print(voltage) 和 utime.sleep(2) 这两行，替换为：

led.duty(potentiometer.read_u16())

这行代码从电位器对应的模拟输入读取原始数值，并将其作为 PWM 的第二个参数——占空比。占空比决定了引脚输出的有效电压：0% 占空比相当于引脚在每秒 1000 次脉冲中始终处于关闭状态，引脚无效；100% 占空比相当于引脚始终开启，功能上等同于固定的数字高电平；50% 占空比时，引脚一半时间开启、一半时间关闭。

点击 Run，转动电位器，观察 LED。你会发现 LED 会随着电位器的转动而变亮或变暗。这是因为从模拟引脚读取的数据被直接转换成了 PWM 占空比：低占空比对应模拟输出的低电压，LED 暗淡；高占空比对应高电压，LED 变亮。

但存在一个问题：电位器还没有拧到头，LED 就已经达到最亮，并且轻轻一动，亮度变化非常剧烈。原因是模拟读数的范围是 0~65535（16 位整数），而占空比对应的值域最大值只有 1024。任何高于 1024 的数值都会被忽略，并视为 1024。

要解决这个问题，使 LED 亮度平滑变化，就需要将模拟输入的值映射到 PWM 切片能够理解的范围。最直接的方法是告诉 MicroPython，将占空比值作为无符号 16 位整数来传递——与 Pico 模拟输入引脚接收的格式相同。

找到这行代码：

led.duty(potentiometer.read_u16())

改成：

led.duty_u16(potentiometer.read_u16())

最终程序如下：

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())

再次点击 Run，将电位器从一端拧到另一端。这次，除非你使用的是对数电位器，否则会看到 LED 亮度平滑地从完全熄灭到完全点亮，全程没有突兀变化。

恭喜！你不仅掌握了模拟输入，还学会了利用脉宽调制来生成等效的模拟输出。

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