使用PYNQ生成PWM波控制舵机/步进电机/机械臂

在开始这个工程之前，你需要PYNQ-Z2的板卡文件，约束文件，原理图作为参考，你可以在我上传的资源里下载。

当然，这个工程也适用于PYNQ-Z1，只需要改一下板卡文件和约束文件。

我使用的舵机如下：

1. PWM 信号

脉宽调制（PWM）是一种调制技术，它生成可变宽度的脉冲来表示模拟输入信号的幅度。

我们关注两个参数：

信号频率（或周期）和信号占空比：

• 周期是信号从低到高所需的时间

• 占空比是高电平时间占信号周期的比例。

2. 用于 PWM 的 IP 核：Axi Timer

Xilinx 提供的唯一能够生成 PWM 信号的 IP 核是 Axi Timer。Axi Timer 由 S_AXI 接口控制的，它输出两种类型的输出：

• 一个定时器输出，用于生成一个简单的时钟定时器

• 一个 PWM，用于生成一个 PWM 信号

因此，根据这一点，我们将创建一个设计，该设计生成一个与 PYNQ Z2 的特定引脚相连的 PWM 信号。

3. PWM 的 Vivado 设计

Vivado 流程是通用的：

• 首先，新建一个vivado工程，步骤如下：
  
  
  
  
  

• 创建一个Block Design，步骤如下：
  
  
  

• AXI Timer的添加也类似，想要驱动几个舵机，就添加几个AXI Timer，由于我控制的是四自由度的机械臂，所以这里用 4 个 AXI Timer，然后让它们自动连线：
  
  
  
  

• 将 4 个 PWM 端口引出来，并且修改端口名字：
  
  

• 可以点击这里验证自己的设计是否正确：
  

• 在我们的设计中，我们定义了以下约束文件（对于4自由度的机械臂，我们需要4个PWM信号控制4个舵机，所以我们连接了 PMODB下面的 4 个引脚）：
  
  
  
  

• 约束文件内容如下：

  set_property -dict {PACKAGE_PIN W14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {motor0}]
  set_property -dict {PACKAGE_PIN Y14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {motor1}]
  set_property -dict {PACKAGE_PIN T11 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {motor2}]
  set_property -dict {PACKAGE_PIN T10 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {motor3}]
  

• 现在讲解怎么确定管脚的绑定，根据PYNQ-Z2原理图，我们可以看到，PMODB下面四个管脚对应的序号为JB1P，JB1N，JB2P，JB2N，在IO口（BANK）寻找对应的序号，我们发现，这四个序号对应的管脚编号分别为W14，Y14，T11，T10，将 Block Design 中引出的 PWM 端口绑定到这四个管脚上，这样我们约束文件也就确定好了。
  
  

• Create HDL Wrapper（将设计的顶层模块包装成一个HDL文件）
  

• 最后，生成 bit 流，当看到右上角write_bitstream Complete说明比特流生成成功。

• 比特流生成成功后，你将会在pwm_stepper_motor\pwm_stepper_motor.runs\impl_1看到生成的design_1_wrapper.bit文件，在pwm_stepper_motor\pwm_stepper_motor.srcs\sources_1\bd\design_1\hw_handoff文件夹中看到生成的design_1.hwh，这两个是pynq开发的必要文件，将它们改名为pwm_stepper_motor.bit和pwm_stepper_motor.hwh（注意！两个文件名要相同）。
• 打开 Jupyter Notebook ，创建一个pwm_stepper_motor.ipynb文件，将它和pwm_stepper_motor.bit、pwm_stepper_motor.hwh这两个文件放在同一个文件夹下。

4.生成 PWM 的 Pynq 代码

现在，我们有了比特流。我们如何使用它呢？

你必须阅读 Axi Timer 的文档