一、设计要求

基于12指神探RP2040扩展版设计伺服连接器，Pmod CON3 可轻松用于与最多四个小型伺服电机连接，这些电机可提供 50 至 300 盎司/英寸的扭矩，例如无线电控制飞机或汽车以及一些机电一体化项目中使用的电机。电源可以来自系统板，也可以通过一对螺丝端子从外部电源获取。

二、12指神探

本次设计主要是基于RP2040的12指神探拓展板设计的伺服连接器，通过12指神探为其供电，驱动并选择外接电机工作。

12指神探这是一款基于树莓派基金会推出的微控制器RP2040制作的多功能硬件调试助手 - 取名为“12指神探”，意为它有12根引脚、功能灵活、搭配不同的程序，可以做成各种调试器。

下图为12值神探的引出的12个引脚，本次设计主要由12指神探为连接器供电，四个IO口驱动外接电机工作。

三、伺服电机特性

伺服电机是一种能够根据控制信号精确地控制位置、速度和力矩的电机。以下是伺服电机的特性：

• 高精度控制：伺服电机能够实现高精度的位置和速度控制，通常具有较低的定位误差和迅速的响应能力。这使得它们在需要准确位置控制的应用中非常有用，如机器人、自动化设备和CNC加工等。
• 反馈系统：伺服电机通常配备了反馈系统，例如编码器或位置传感器。通过反馈系统，控制系统可以实时监测电机的位置、速度和力矩，并与指令进行比较，从而实现闭环控制。反馈系统使得伺服电机能够更准确地跟踪目标位置或速度，提高稳定性和精度。
• 快速响应：伺服电机具有快速的响应能力和较高的动态性能。它们能够在短时间内达到所需的位置或速度，并且能够快速调整输出力矩以适应负载变化。 
• 高功率密度：伺服电机通常具有较高的功率密度，即在相同尺寸和重量下能够输出更大的功率。这使得它们在空间有限或需要高功率输出的应用中非常有效 。
• 编程和配置灵活性：伺服电机的控制系统通常可以通过编程或配置进行灵活调整。用户可以根据具体需求调整控制参数、运动曲线和运动模式等，以满足特定应用的要求。这种灵活性使得伺服电机适用于各种不同的应用场景。

四、板卡主要器件

• 四个标准3线伺服电机连接器
• 电位选择连接器   
• 2*6的连接器：用于连接12指神探  

实物图：

PCB图：

五、代码

PWM是脉宽调制（Pulse Width Modulation）的缩写，是一种常用的控制技术。在PWM中，信号的占空比（High电平与总周期的比例）被调整来控制输出信号的模拟值。

PWM的工作原理如下：

• 生成基准周期：先确定一个基准周期，通常是一个固定频率的周期性信号（如方波），称为PWM周期。
• 确定占空比：根据需要的输出信号，设置一个占空比，表示高电平的持续时间与PWM周期的比例。
• 产生PWM信号：在PWM周期内，根据所设定的占空比，通过开关电路控制高电平和低电平的切换，从而生成PWM信号。

将外接的四个舵机设置不同的占空比控制舵机的转速，观察舵机的工作情况，占空比越大舵机转动的速度越小，可看视频中的实验展示部分。

 from machine import PWM,Pin
%定义引脚
Servo_PWM1 = PWM(Pin(25))
Servo_PWM2 = PWM(Pin(26))
Servo_PWM3 = PWM(Pin(27))
Servo_PWM4 = PWM(Pin(28))
%设置频率
Servo_PWM1.freq(50)
Servo_PWM2.freq(50)
Servo_PWM4.freq(50)
Servo_PWM4.freq(50)
%设置占空比
while 1:   
    Servo_PWM1.duty_u16(1700)
    Servo_PWM2.duty_u16(2400)
    Servo_PWM3.duty_u16(3000)
    Servo_PWM4.duty_u16(3600)

六、总结

本次设计是基于RP2040树莓派12指神探的伺服连接器，利用Kicad画原理图和PCB图，然后打板焊接元器件，利用micropython编写代码调试板子，利用脉冲调制技术PWM，设置不同的占空比调试板子。