Raspberry Pi Pico als Taktgenerator

Ein Taktgenerator ist in digitalen Schaltungen ein wichtiges Element, dass dafür sorgt, dass alle Teile der Schaltung synchron arbeiten. In klassischen Schaltungen übernehmen Bauteile wie Transistoren oder Timer-ICs die Aufgabe, ein Taktsignal zu erzeugen. Beim Raspberry Pi Pico ersetzt die Software diese Funktion. Die eigentliche Hardware beschränkt sich auf den Mikrocontroller. Die Blinkfrequenz oder das Muster werden flexibel durch den Programmcode bestimmt.

Dabei gibt es nicht nur eine einzige Lösung. Verschiedene Programmieransätze führen zum Ziel und alle haben ihre eigenen Vorzüge. Wer experimentiert, entdeckt schnell, dass es mehrere Wege gibt, einen einfachen Taktgenerator zu realisieren, und dass sicher noch weitere Varianten denkbar sind.

So entsteht ein minimalistischer, aber vielseitiger Taktgenerator: wenige Bauteile, dafür maximale Freiheit durch die Software.

Aufbau und Bauteile

Raspberry Pi Pico: Taktgenerator

Hinweis: Wenn man keine LED-Leiste hat, dann kann man auch einfach die Onboard-LED verwenden.

Programmcode

Taktgeneratoren lassen sich vergleichsweise einfach programmieren. Allerdings gibt es verschiedene Lösungen, die mal mehr mal weniger gut sind. Gut im Sinne von präzise. Ein Taktsignal ist ein zeitkritisches Signal, dass immer exakt die gleichen Zeitwerte haben muss.

Am besten eignen sich Lösung, die unabhängig vom laufenden Programmcode initialisiert werden können. Zum Beispiel ein PWM-Signal oder eine Timer-Lösung, welche auf einer internen Funktion des Mikrocontrollers beruhen.

Wir wählen hier die Timer-Lösung, weil diese präzise ist, unabhängig vom weiteren Programmcode läuft und ein großer Frequenzbereich möglich ist.
Zu beachten ist, dass hier die Frequenz in Hertz (Hz) eingestellt wird. Bei der Timer-Initialisierung wird die Frequenz deshalb durch zwei geteilt, weil die Funktion, die das Ausgangssignal bestimmt (High/Low), toggelt.

# Bibliotheken laden
from machine import Pin, Timer

# Frequenz
F_CLOCK = 2.5   # Hz

# Initialisierung von GPIO13 als Ausgang
clock_out = Pin(15, Pin.OUT)

# Definition einer Funktion, die der Timer aufruft
def clock(timer):
    clock_out.toggle()

# Timer initialisieren
Timer().init(freq=F_CLOCK/2, mode=Timer.PERIODIC, callback=clock)

Experimente

Wähle eine andere Timer-Frequenz. Wann blinkt die LED langsamer und wann schneller?

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