Raspberry Pi Pico SDK机器人控制：电机和舵机控制

还在为如何控制机器人的电机和舵机而烦恼？一文带你掌握Raspberry Pi Pico SDK的PWM控制精髓，轻松实现精准的机器人运动控制！

读完本文，你将掌握：

• PWM（脉冲宽度调制）基本原理
• RP2040芯片的PWM硬件特性
• 如何使用Pico SDK控制电机和舵机
• 实际应用代码示例

PWM：机器人控制的核心技术

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是控制电机和舵机的关键技术。通过调节脉冲的占空比（高电平时间占总周期的比例），可以精确控制电机的转速和舵机的角度。

RP2040芯片内置了强大的PWM硬件模块：

• 8个独立的PWM切片（Slice）
• 每个切片可驱动2个PWM输出通道
• 支持高达16个PWM输出
• 所有30个GPIO引脚均可配置为PWM输出

硬件PWM模块详解

Pico SDK提供了丰富的PWM控制API，位于src/rp2_common/hardware_pwm/目录中。核心功能包括：

// PWM配置结构体
typedef struct {
    uint32_t csr;  // 控制状态寄存器
    uint32_t div;  // 分频器设置
    uint32_t top;  // 计数上限值
} pwm_config;

// 获取默认配置
pwm_config config = pwm_get_default_config();

// 设置PWM频率和占空比
pwm_config_set_clkdiv(&config, 4.0f);  // 设置分频
pwm_config_set_wrap(&config, 9999);    // 设置计数上限

// 初始化PWM
pwm_init(slice_num, &config, true);

// 设置PWM输出电平
pwm_set_gpio_level(gpio_pin, duty_cycle);

电机控制实战

直流电机控制通常需要电机驱动模块（如L298N、TB6612FNG），Pico通过PWM信号控制电机速度：

#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/pwm.h"

#define MOTOR_PIN 15

void setup_motor_control() {
    gpio_set_function(MOTOR_PIN, GPIO_FUNC_PWM);
    uint slice_num = pwm_gpio_to_slice_num(MOTOR_PIN);
    
    pwm_config config = pwm_get_default_config();
    pwm_config_set_clkdiv(&config, 4.0f);
    pwm_config_set_wrap(&config, 9999);
    pwm_init(slice_num, &config, true);
}

void set_motor_speed(uint16_t speed) {
    pwm_set_gpio_level(MOTOR_PIN, speed);
}

舵机控制技巧

舵机（Servo）需要50Hz的PWM信号，脉冲宽度在0.5ms到2.5ms之间：

void setup_servo(uint gpio_pin) {
    gpio_set_function(gpio_pin, GPIO_FUNC_PWM);
    uint slice_num = pwm_gpio_to_slice_num(gpio_pin);
    
    // 设置50Hz PWM频率
    pwm_config config = pwm_get_default_config();
    pwm_config_set_clkdiv(&config, 64.0f);
    pwm_config_set_wrap(&config, 19531);  // 125MHz / (64 * 50Hz) - 1
    pwm_init(slice_num, &config, true);
}

void set_servo_angle(uint gpio_pin, float angle) {
    // 角度范围：0-180度，对应脉冲宽度：0.5ms-2.5ms
    uint16_t pulse_width = 500 + (angle / 180.0f) * 2000;
    uint16_t level = (pulse_width * 19531) / 20000;
    pwm_set_gpio_level(gpio_pin, level);
}

GPIO配置与多电机控制

RP2040的GPIO功能非常灵活，每个引脚都可以通过src/rp2_common/hardware_gpio/include/hardware/gpio.h中的gpio_set_function()配置为PWM输出：

// 配置多个电机控制引脚
uint motor_pins[] = {15, 16, 17, 18};

void setup_multiple_motors() {
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        gpio_set_function(motor_pins[i], GPIO_FUNC_PWM);
        uint slice_num = pwm_gpio_to_slice_num(motor_pins[i]);
        
        pwm_config config = pwm_get_default_config();
        pwm_config_set_clkdiv(&config, 4.0f);
        pwm_config_set_wrap(&config, 9999);
        pwm_init(slice_num, &config, true);
    }
}

高级功能：PWM同步与相位控制

Pico SDK支持高级PWM特性，如相位校正、同步计数等：

// 启用相位校正模式（输出频率减半）
pwm_config_set_phase_correct(&config, true);

// 设置PWM分频模式
pwm_config_set_clkdiv_mode(&config, PWM_DIV_FREE_RUNNING);

// 设置输出极性（反转输出）
pwm_config_set_output_polarity(&config, true, false);

性能优化建议

1. 选择合适的PWM频率：电机控制通常使用1-20kHz，舵机使用50Hz
2. 合理设置分频比：确保计数精度和频率准确性
3. 使用硬件PWM：相比软件模拟，硬件PWM更加精确稳定
4. 注意GPIO冲突：避免多个外设使用同一个GPIO引脚

总结

Raspberry Pi Pico SDK为机器人控制提供了强大而灵活的PWM硬件支持。通过合理配置PWM参数，你可以轻松实现精确的电机速度控制和舵机角度定位。无论是简单的轮式机器人还是复杂的多自由度机械臂，Pico都能胜任。

掌握了这些PWM控制技巧，你的机器人项目将如虎添翼！赶紧动手尝试吧，期待看到你的创意机器人作品！

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