Was GPIO und PWM tun
Ein GPIO-Pin (General Purpose Input/Output, Allzweck-Anschluss) ist ein Anschluss, den die Software als Eingang oder als Ausgang einstellt. PWM (Pulsweitenmodulation) schaltet einen Pin so schnell an und aus, dass eine Lampe gedimmt wirkt.
So dimmt ein Fahrradlicht und so regelt ein Lüfter seine Drehzahl, ohne dass der Pin je etwas anderes als an oder aus kennt.
Am Ende dieser Lektion
Notiz
Ich kann einen Pin nach einem Zeitplan ansteuern und das Tastverhältnis eines PWM-Signals berechnen.
Schlüsselwörter
| Begriff | Was er bedeutet | Beispiel |
|---|---|---|
| GPIO-Pin | ein Anschluss, der Eingang oder Ausgang sein kann | |
| Ausgang | ein Pin, den der Chip auf hoch oder tief setzt | |
| Tick | ein Schritt des Taktes im Chip | |
| Periode | die Zahl der Ticks, bis der Zähler von vorn beginnt | 16 |
| PWM | ein Pin, der in jeder Periode einen Teil der Zeit an ist | |
| Tastverhältnis | der Anteil der Periode, in dem der Pin an ist, in Prozent |
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DDR macht einen Pin zum Ausgang
Jedes Bit des Registers DDR gehört zu einem Pin. Eine 1 macht den Pin zum Ausgang, eine 0 zum Eingang.
Bei einem Ausgang bestimmt das Register PORT den Pegel: 1 heißt hoch, 0 heißt tief. Das Register PIN zeigt, was an den Pins gerade anliegt.
Beispiel: drei Register für einen Pin
| Register | Aufgabe | Pin 0 als Ausgang, hoch |
|---|---|---|
| DDR | Eingang (0) oder Ausgang (1) | 0b00000001 |
| PORT | Pegel, den ein Ausgang treibt | 0b00000001 |
| PIN | Pegel, der gerade anliegt | 0b00000001 |
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Das Lab-Skript lässt einen Pin blinken
Das Skript pins.py macht Pin 0 zum Ausgang und setzt ihn hoch. Es zeigt DDR, dann PORT und PIN. Danach schaltet es das Bit bei jedem Tick um, acht Ticks lang.
Die letzte Zeile ist ein Muster aus Zeichen: # heißt an, ein Punkt heißt aus. Die Wörter der Ausgabe sind englisch.
Einen Pin zum Ausgang machen und blinken lassen
docker exec jupyter python3 steps/pins.pyHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Ein Blinkmuster berechnen
# Ein Pin als Ausgang: bei jedem Tick wird das Bit umgeschaltet
port = 0
zeile = ""
for tick in range(10):
if port & 1:
zeile = zeile + "#"
else:
zeile = zeile + "."
port = port ^ 1
print(zeile)
# Ändern Sie range(10) in range(6) und lesen Sie das neue Muster.
PWM schaltet den Pin zeitweise an
Der Timer zählt von 0 bis 15 und beginnt dann von vorn. Diese 16 Ticks sind eine Periode. Im Register OCR steht ein Vergleichswert.
Solange der Zähler kleiner als der Vergleichswert ist, ist Pin 5 hoch. Danach ist er tief. Der Anteil der Zeit, in der er hoch ist, heißt Tastverhältnis.
Beispiel: drei Vergleichswerte
| Vergleichswert | Ticks an | Ticks aus | Tastverhältnis |
|---|---|---|---|
| 4 | 4 | 12 | 25 Prozent |
| 8 | 8 | 8 | 50 Prozent |
| 12 | 12 | 4 | 75 Prozent |
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Das Tastverhältnis ausrechnen
# Eine Periode des Timers hat 16 Ticks. Der Pin ist an, solange der Zähler unter dem Vergleichswert liegt.
PERIODE = 16
vergleich = 6
zeile = ""
an = 0
for zaehler in range(PERIODE):
if zaehler < vergleich:
zeile = zeile + "#"
an = an + 1
else:
zeile = zeile + "."
print(zeile)
print("Tastverhältnis:", an * 100 // PERIODE, "Prozent")
# Setzen Sie vergleich auf 12 und starten Sie erneut.
Das Lab-Skript probiert drei Vergleichswerte
Das Skript pwm.py setzt OCR nacheinander auf 4, 8 und 12. Für jeden Wert druckt es eine Periode als Zeichenmuster.
Danach folgen die Wörter on und off mit den Zahlen der Ticks, dann duty mit dem Anteil in Prozent. Die Werte stimmen mit der Tabelle oben überein.
Drei Tastverhältnisse nebeneinander zeigen
docker exec jupyter python3 steps/pwm.pyHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Ein häufiger Fehler
Warnung
Viele denken, PWM senke die Spannung am Pin. Der Pin ist aber immer ganz an oder ganz aus. Nur der Anteil der Zeit ändert sich. Eine Lampe oder ein Motor mittelt darüber, darum wirkt das Ergebnis schwächer.