如何使用Raspberry Pi Pico精准生成指定长度/周期数的方波

核心思路 #

放弃CPU侧的time.sleep计时逻辑，将周期计数逻辑放到PIO硬件层实现：通过PIO的TX FIFO传入需要输出的周期数，PIO内部循环执行方波输出、自动减计数，计数耗尽后自动停止输出，全程无CPU参与，完全规避软件调度带来的误差。

可直接运行的代码实现 #

import rp2
from machine import Pin

@rp2.asm_pio(set_init=rp2.PIO.OUT_LOW)
def square_wave_fixed_length():
    pull()          # 从TX FIFO读取需要输出的方波周期数
    mov(x, osr)     # 将周期数存入X寄存器作为循环计数器
loop:
    set(pins, 1)    # 输出高电平，占1个PIO时钟周期
    set(pins, 0)    # 输出低电平，占1个PIO时钟周期
    jmp(x_dec, loop)# 计数器减1，非0则继续循环输出

# 20kHz方波配置：每个方波周期对应2个PIO时钟，因此PIO时钟频率设为 20000 * 2 = 40000 Hz
sm = rp2.StateMachine(0, square_wave_fixed_length, freq=40000, set_base=Pin(26))
sm.active(1)

# 输出100个周期的20kHz方波，执行以下语句即可
sm.put(100)

# 若要输出时长恰好1ms的20kHz方波（20kHz对应每ms 20个周期），执行：
# sm.put(20)

精度与使用说明 #

• 该方案所有输出逻辑由PIO硬件独立执行，不受CPU任务调度、其他中断影响，输出时长误差小于1个PIO时钟周期（本次配置下为25μs），完全满足高精度时序要求。
• 每次需要输出指定长度方波时，仅需调用sm.put(周期数)即可触发，无需重复启停状态机。
• 若需要调整方波占空比，可在set(pins, 1)后添加若干个nop()指令延长高电平时长，对应调整StateMachine的freq参数即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Chang