完整教程：K230基础-PWM控制介绍及应用

第三章 PWM控制-K230精准时序输出

本章目标：
掌握 K230 的 PWM（脉宽调制）系统架构，理解频率、占空比、分辨率等核心概念，学会在 MicroPython 中配置和使用 PWM 模块，实现 LED 呼吸灯、舵机控制、电机调速、音频输出 等经典应用。

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1. PWM 基础概念

1.1 什么是 PWM？

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制） 是一种通过调节脉冲宽度（高电平持续时间） 来控制平均输出电压/功率的技术。

• 周期（Period）：一个完整脉冲的时间（T = 1 / 频率）
• 占空比（Duty Cycle）：高电平时间 / 周期（0% ~ 100%）
• 频率（Frequency）：单位时间内脉冲个数（Hz）

核心思想：
通过快速开关（如 1kHz），利用负载惯性（人眼、电机、舵机）实现“模拟量”控制。

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1.2 PWM 典型应用场景

应用	推荐频率	说明
LED 亮度调节	100Hz ~ 1kHz	人眼无闪烁，平滑调光
舵机控制	50Hz（20ms）	标准舵机周期
直流电机调速	1kHz ~ 20kHz	频率越高，噪声越小
蜂鸣器发声	1kHz ~ 5kHz	不同频率对应不同音调
DAC 模拟输出	10kHz+	配合 RC 低通滤波

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2. K230 PWM 系统架构

2.1 硬件资源

K230 提供 多个独立 PWM 通道（通常 8 个或更多），每个通道：

• 独立设置频率、占空比
• 支持极性反转（高有效/低有效）
• 支持死区控制（用于电机 H 桥）
• 时钟源可选（系统时钟分频）

✅ 关键优势：
多通道独立运行，不占用 CPU 资源，适合并行控制多个设备。

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2.2 FPIOA 映射（必须配置！）

PWM 输出必须通过 FPIOA 映射到物理引脚！

常见 PWM FPIOA 功能编号：

功能名	FPIOA 编号	说明
PWM0_OUT	80	PWM 通道 0
PWM1_OUT	81	PWM 通道 1
PWM2_OUT	82	PWM 通道 2
…	…	…
PWM7_OUT	87	PWM 通道 7

重要：
不同开发板默认引脚不同！请查阅原理图或官方文档。

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3. MicroPython PWM 配置与使用

3.1 导入模块

from fpioa_manager import fm
from machine import PWM

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3.2 初始化流程（四步法）

步骤1：FPIOA 映射

fm.register(pin_number, fm.fpioa.PWMx_OUT) # x = 0~7

步骤2：创建 PWM 对象

pwm = PWM(PWM.PWMx, freq=1000, duty=50, pin=pin_number)

步骤3（可选）：动态调整参数

pwm.freq(2000) # 设置频率为 2000Hz
pwm.duty(75) # 设置占空比为 75%

步骤4：关闭 PWM

pwm.deinit() # 释放资源，停止输出

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4. 实战项目一：LED 呼吸灯

4.1 硬件连接

• LED 阳极 → 限流电阻 → 物理引脚 12
• LED 阴极 → GND

假设：Pin12 默认未被占用，支持 PWM 输出

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4.2 完整代码

from fpioa_manager import fm
from machine import PWM
import utime
# === 1. FPIOA 映射 ===
fm.register(12, fm.fpioa.PWM0_OUT) # 映射 Pin12 到 PWM0
# === 2. 初始化 PWM ===
pwm = PWM(PWM.PWM0, freq=1000, duty=0, pin=12) # 初始占空比0%
print("开始呼吸灯效果...")
# === 3. 呼吸灯循环 ===
try:
while True:
# 逐渐变亮
for i in range(0, 101, 2): # 0% → 100%，步长2
pwm.duty(i)
utime.sleep_ms(20)
# 逐渐变暗
for i in range(100, -1, -2): # 100% → 0%，步长-2
pwm.duty(i)
utime.sleep_ms(20)
except KeyboardInterrupt:
print("程序被中断")
finally:
pwm.deinit() # 清理资源
print("PWM 已关闭")

优化技巧：

• 使用 sin() 函数实现更平滑的亮度变化
• 调整 freq 和 sleep_ms 控制呼吸速度

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5. 实战项目二：舵机控制（SG90）

5.1 舵机原理

• 控制信号：50Hz PWM（周期 20ms）
• 脉宽范围：
  • 0.5ms → 0°
  • 1.5ms → 90°（中位）
  • 2.5ms → 180°

占空比计算：

• 0.5ms / 20ms = 2.5%
• 1.5ms / 20ms = 7.5%
• 2.5ms / 20ms = 12.5%

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5.2 硬件连接

• 舵机信号线 → 物理引脚 13
• 舵机 VCC → 5V（注意：K230 GPIO 为 3.3V，舵机需独立供电！）
• 舵机 GND → 开发板 GND

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5.3 完整代码

from fpioa_manager import fm
from machine import PWM
import utime
# === 1. FPIOA 映射 ===
fm.register(13, fm.fpioa.PWM1_OUT) # 映射 Pin13 到 PWM1
# === 2. 初始化 PWM（50Hz）===
pwm = PWM(PWM.PWM1, freq=50, duty=0, pin=13)
# === 3. 舵机角度函数 ===
def set_servo_angle(angle):
"""
设置舵机角度 (0° ~ 180°)
对应占空比: 2.5% ~ 12.5%
"""
if angle <
0:
angle = 0
elif angle >
180:
angle = 180
# 线性映射：0°→2.5%, 180°→12.5%
duty = 2.5 + (angle / 180.0) * 10.0
pwm.duty(int(duty)) # 注意：duty() 接受整数
print("舵机测试：0° → 90° → 180° → 90° → 0°")
try:
angles = [0, 90, 180, 90, 0]
for angle in angles:
print(f"转动到 {angle
}°")
set_servo_angle(angle)
utime.sleep_ms(1000) # 保持1秒
except KeyboardInterrupt:
pass
finally:
pwm.deinit()
print("舵机控制结束")

⚠️ 重要提醒：

• 舵机需要 5V 供电，不可直接用 K230 3.3V 供电！
• 信号线可直接连接（3.3V TTL 兼容 5V 输入）

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6. 高级技巧与性能优化

6.1 使用 Timer 实现非阻塞 PWM 控制

避免 sleep_ms() 阻塞主循环：

from machine import Timer
def breath_led(timer):
global brightness, direction
brightness += direction * 2
if brightness >= 100:
brightness = 100
direction = -1
elif brightness <= 0:
brightness = 0
direction = 1
pwm.duty(brightness)
# 初始化
brightness = 0
direction = 1
pwm = PWM(PWM.PWM0, freq=1000, duty=0, pin=12)
# 启动定时器（每50ms调用一次）
Timer(Timer.TIMER0, Timer.CHANNEL0, mode=Timer.MODE_PERIODIC, period=50, callback=breath_led)
# 主循环可执行其他任务
while True:
# do other things...
utime.sleep_ms(1000)

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6.2 多通道 PWM 并行控制

# 控制两个 LED 呼吸（相位相反）
fm.register(12, fm.fpioa.PWM0_OUT)
fm.register(13, fm.fpioa.PWM1_OUT)
pwm0 = PWM(PWM.PWM0, freq=1000, duty=0, pin=12)
pwm1 = PWM(PWM.PWM1, freq=1000, duty=100, pin=13) # 初始相反
while True:
for i in range(0, 101, 2):
pwm0.duty(i)
pwm1.duty(100 - i) # 相反效果
utime.sleep_ms(20)

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7. 常见问题与调试

❌ 问题1：PWM 无输出

排查：

• 是否调用 fm.register()？
• FPIOA 编号是否正确（PWMx_OUT）？
• 引脚是否被其他外设占用？
• 是否调用 pwm.duty() 设置非零值？

❌ 问题2：舵机抖动/不转

排查：

• 供电是否独立且充足（5V/1A+）？
• 占空比是否在 2.5%~12.5% 范围内？
• 频率是否为 50Hz？
• 信号线接触是否良好？

❌ 问题3：频率不准

原因：

• 系统时钟未校准
• 频率超出硬件支持范围（查阅数据手册）
• 占空比分辨率限制

解决：

# 查看实际设置的频率（部分平台支持）
print(pwm.freq()) # 可能返回实际值，非设置值

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8. 性能边界与限制

参数	K230 MicroPython 限制
最高频率	~1MHz（实测约 500kHz 稳定）
占空比分辨率	通常 0~100 整数（1% 步进）
通道数	8 个独立通道
同步控制	不支持多通道硬件同步

如需更高精度（如音频 DAC），建议使用 I2S + DAC 或 C 语言裸机开发。

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✅ 本章你已掌握：

• PWM 原理与应用场景
• K230 PWM + FPIOA 配置流程
• LED 呼吸灯实现
• 舵机精确角度控制
• 非阻塞定时器控制
• 多通道并行 PWM
• 常见问题排查

下一步预告：
第四章：UART 串口通信 —— 与 PC、蓝牙模块、ESP8266 通信，实现无线控制与数据传输！

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