Raspberry Pi Pico微控制板（二）：MicroPython類比輸入與PWM輸出伺服馬達控制

本文將採用《超圖解Python物聯網實作入門：使用ESP8266與MicroPython》書本裡的範例，介紹Raspberry Pi Pico RP2040（以下簡稱Pico）、ESP8266和ESP32的MicroPython程式，在讀取類比輸入以及輸出PWM訊號的異同。

本文實驗需要的零件：

• 樹莓派Pico開發板，一片。
• 類比搖桿模組，一個（或者兩個10KΩ可變電阻）。
• 9G伺服馬達，兩個。

Pico麵包板示範接線如下，搖桿的VRx與VRy腳分別接Pico的腳27（ADC1）和腳26（ADC0），兩個伺服馬達的訊號線則分別接腳17和16：

MicroPython讀取類比輸入

ESP8266晶片的ADC（類比數位轉換器）的解析度（位元深度）是10位元，所以ESP8266的ADC物件的read()方法的傳回值介於0~1023。底下的程式片段將在ESP8266上每隔0.5秒讀取A0類比輸入：

from machine import Pin, ADC
import time
adc = ADC(0)
while (1):
   print(adc.read())
   time.sleep(0.5)

ESP32的ADC解析度為9~12位元可調，相關說明請參閱《使用ESP32控制板（三）：MicroPython的類比輸入、UART序列埠以及觸控開關》貼文，底下的程式採12位元解析度，所以ADC物件的read()傳回值介於0~4095。

from machine import Pin, ADC
import time
adc = ADC(Pin(32))
adc.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc.width(ADC.WIDTH_12BIT)
while (1):
   print(adc.read())
   time.sleep(0.5)

由於MicroPython支援多款微控器，每個晶片的ADC解析度可能都不同，為了讓程式在不同晶片都能取得一致的類比輸入數值範圍，MicroPython 1.12版的ADC類別新增了read_u16()方法，它將統一傳回16位元，介於0~65535的類比輸入值。

Pico的RP2040晶片的ADC解析度也是12位元。read_u16()方法將把數值放大，例如，假設在ESP8266使用read()讀取到的類比值是512，改用read_u16()讀取，將變成32768。

Pico的RP2040晶片的ADC類別不支援read()方法，必須使用read_u16()。底下的程式片段將在Pico板每隔0.5秒顯示腳26的類比輸入值：

from machine import Pin, ADC
import time
adc = ADC(Pin(26))
while (1):
   print(adc.read_u16())
   time.sleep(0.5)

MicroPython輸出PWM訊號：控制伺服馬達

ESP8266和ESP32的PWM輸出程式寫法一樣，所以《超圖解Python物聯網實作入門：使用ESP8266與MicroPython》第10章的自訂伺服馬達控制類別（servo.py檔）可直接複製到ESP32執行。

但是同樣的程式檔在Pico的RP2040晶片會產生錯誤。首先是Pico的MicroPython版本，PWM()不接受freq（頻率）和duty（工作週期）參數。底下的敘述可在ESP8266和ESP32運行無誤：

from machine import Pin, PWM

servo = PWM(Pin(15), freq=50, duty=60)

PWM物件可用freq()和duty()方法設定頻率和工作週期：

from machine import Pin, PWM

servo = PWM(Pin(15))
servo.freq(50)
servo.duty(60)

在Pico板控制PWM輸出時，要採用上面的語法，duty()也要改用duty_u16()，而工作週期的輸入值範圍也改成0~65535。ESP8266和ESP32目前不支援duty_u16()方法。

底下是修改自第10章的servo.py伺服馬達自訂類別檔，適用於Pico板：

from machine import PWM, Pin

class Servo:
    def __init__(self, pin, min=500, max=2400, range=180):
        self.servo = PWM(Pin(pin))
        self.servo.freq(50)
        self.period = 20000
        self.minDuty = self.__duty(min)
        self.maxDuty = self.__duty(max)
        self.unit = (self.maxDuty - self.minDuty)/range

    def __duty(self, value):
        return int(value/self.period * 65535)

    def rotate(self, degree=90):
        val = round(self.unit * degree) + self.minDuty
        val = min(self.maxDuty, max(self.minDuty, val))
        self.servo.duty_u16(val)

請參閱《使用Thonny Python IDE編寫MicroPython程式（二）：上傳程式與管理開發板的快閃記憶體內容》貼文的說明，使用Thonny編輯器把servo.py檔案存入Pico板的快閃記憶體，即可執行底下的程式，透過類比搖桿控制兩個伺服馬達：

from machine import ADC
from servo import Servo

servo_x = Servo(17)
servo_y = Servo(16)
scale = 0.00275
vr_x = ADC(27)
vr_y = ADC(26)

while True:
    servo_x.rotate(int(vr_x.read_u16() * scale))
    servo_y.rotate(int(vr_y.read_u16() * scale))