[Raspberry PI] PWM

PWM，Pulse Width Modulation，以數位方式控制高低電位週期比例來達到模擬類比電壓的效果，比方說控制馬達速度、LED燈亮度...

值得一提的是，因為是模擬的方式所以PWM訊號頻率其實也會出現在輸出訊號的頻譜裏，當然也要輸出裝置頻寬夠高才能夠被察覺．

樹莓派身為一塊萬用開發版當然有辦法輸出PWM，目前查到有下面幾個方法：

• RPi.GPIO
• 指令下達方式：Python
• PWM生成方式：軟體模擬
• 安裝：
• #sudo apt-get install python-dev python-rpi.gpio
• 用法：
• #sudo python #進入Python
• >>import RPi.GPIO as GPIO
• >>GPIO.setmode(GPIO.BCM)
• >>GPIO.setup(18, GPIO.OUT)    #設定GPIO18為輸出腳
• >>pwm = GPIO.PWM(18, 500)   #建立PWM實例，在GPIO18輸出，頻率為500Hz
• >>pwm.start(100) ＃開始輸出DUTY=100%的脈波
• 心得：
• 用在伺服馬達（Servo）上會感覺到顫振，確實是用軟體方式來輸出，持續輸出脈寬的重複性不佳，大概只適合做LED燈控制等人機應用．
• 軟體輸出方式大概是以系統內建計時器，去計時控制輸出腳位為高位/低位，由於Linux並非即時系統，各行程（process）無法保證被定時呼喚，因此即便系統計時器是可靠的，在上位做控制的行程也沒辦法總是在計時到達的當下去處理．

• RPIO
• 指令下達方式：Python
• PWM生成方式：半軟體模擬？（文件上寫著透過DMA通道，不太清楚背後機制）
• 安裝：
• #sudo apt-get install python-setuptools
• #sudo easy_install -U RPIO
• 用法：
• #sudo python #進Python
• >> from RPIO import PWM
• >> servo = PWM.Servo()           #建立一個Servo實例，預設週期為50Hz
• >> servo.set_servo(18,1500)    #在GPIO18上持續輸出脈寬為1500us的脈波
• >> servo.set_servo(19,10000)  #在GPIO19上持續輸出脈寬為10000us的脈波
• 心得：
• 發現如果將其中一隻Pin輸出關閉，所有輸出都會被關閉，不知道是不是BUG？
• 可以多通道輸出（但不曉得通道代表什麼意思），比方說
• >> servo0 = PWM.Servo(0)
• >> servo1 = PWM.Servo(1)
• 如此就建立了兩個Servo物件對應到不同的DMA通道，但操作起來仍發現會相互干擾
• 顫陣比GPIO小，但仍能感受到．

• pigpio
• 指令下達方式：pipe 、c-interface、python
• PWM生成方式：軟體模擬（p指令）、硬體輸出（hp指令）


• 安裝：
• #git clone https://github.com/joan2937/pigpio #跟上最新版
• cd PIGPIO
• make
• sudo make install


• 用法（pipe方式）：


• #sudo pigpiod #喚起掌管輸出入的專用daemon
• #pigs  p 19 255 #在GPIO19上輸出DUTY 100%的PWM信號（軟體模擬輸出）
• #pigs hp 18 100 500000#在GPIO18上輸出頻率為100Hz DUTY為50%的PWM信號（硬體直接輸出）


• 心得：
• "硬"PWM，直接用樹莓派BCM2835晶片內建兩個底層PWM輸出單元生成PWM信號，直接以IC輸出信號重複性一定是最穩定的，也就是脈寬不會有忽大忽小的問題
• pigpio只是作為寫入晶片上特定registor的API罷了
• BCM2835只有兩個PWM通道（Channel），甚至在Pi2上只有一隻引腳被接到介面IO上，而Raspberry PI B+則有GPIO18，GPIO19可用．
• 操作起來真的是顫陣最低的（滿意）！
• 另外要說pigpio的shell指令很豐富，初期拿來測試硬體相當順手，文件也建立的很完整（滿意）！
• 各型Raspberry PI GPIO表：http://elinux.org/RPi_BCM2835_GPIOs

從BCM2835文件可以發現這塊晶片頂多只能輸出兩個PWM信號，真要再多的話就要以通訊方式（I2C UART）送出命令透過PWM IC代為輸出穩定的PWM信號了，類似透過這樣的晶片

後記：
即便是用了Hardware PWM，功率電路之間的相互干擾也是另一令人頭痛的因素....尚待努力


其他參考：
BCM2835硬體Sheet