ESP32是一款功能强大的微控制器，具有多种硬件接口。本文以"ESP32硬件控制"为主题，逐步介绍GPIO（通用输入输出）、PWM（脉宽调制）、ADC（模数转换）等功能的原理与实现，并结合实际硬件进行演示，包括LED灯、按钮、电阻和DS18B20温度传感器等的应用。通过本教程，你将能够掌握ESP32的基本硬件控制技能，并用MicroPython编写控制程序。
GPIO（通用输入输出）
GPIO基础知识
GPIO（General Purpose Input Output）是ESP32控制外部设备的主要方式。GPIO引脚可以设置为输入模式 或输出模式，以接收信号或控制设备。
- 输入模式：用于检测按钮等设备的状态。
- 输出模式：用于控制LED、继电器等设备的状态。
GPIO基本操作
硬件准备
- ESP32开发板
- LED灯（1个）
- 按钮（1个）
- 电阻（330欧姆）
电路连接
- 将LED的正极（长引脚）连接到ESP32的GPIO 2，负极连接到电阻后再接地（GND）。
- 将按钮一端接到GPIO 4，另一端接地（GND）。
实现LED点亮与按钮输入控制
python
from machine import Pin
import time
# 初始化LED和按钮引脚
led = Pin(2, Pin.OUT) # 将GPIO 2设置为输出，用于控制LED
button = Pin(4, Pin.IN) # 将GPIO 4设置为输入，用于检测按钮状态
while True:
if button.value() == 0: # 检测按钮是否按下
led.on() # 按下时点亮LED
else:
led.off() # 松开时熄灭LED
time.sleep(0.1)- Pin初始化 ：通过
Pin(2, Pin.OUT)将GPIO 2设置为输出，用于控制LED；GPIO 4设置为输入，用于检测按钮。 - 循环检测按钮状态：每次检测按钮状态，按下时点亮LED，松开时熄灭。
PWM（脉宽调制）
PWM（Pulse Width Modulation）通过调整信号高电平的时间占整个周期的比例，控制LED亮度、电机转速等。
PWM原理
PWM的两个主要参数：
- 频率：信号变化速度。
- 占空比：高电平持续时间占总周期的比例，控制输出强度。
PWM调节LED亮度
硬件准备
- ESP32开发板
- LED灯（1个）
- 电阻（330欧姆）
电路连接
将LED的正极连接到ESP32的GPIO 2，负极连接到330欧姆电阻后接地（GND）。
使用PWM调节LED亮度
python
from machine import Pin, PWM
import time
# 初始化PWM，频率设为1000Hz
led = PWM(Pin(2), freq=1000)
# 逐步调节亮度
while True:
for duty in range(0, 1024): # 逐渐增加亮度
led.duty(duty)
time.sleep(0.01)
for duty in range(1023, -1, -1): # 逐渐减小亮度
led.duty(duty)
time.sleep(0.01)- PWM初始化 ：
PWM(Pin(2), freq=1000)将GPIO 2设为PWM输出，频率为1000Hz。 - 循环调节占空比 ：通过
led.duty(duty)控制LED亮度，占空比增大，亮度增加；减小则亮度减弱。
ADC（模数转换）
ADC（Analog to Digital Converter）用于将模拟信号转换为数字信号。ESP32集成了ADC模块，能读取如温度传感器、光线传感器等模拟传感器的信号。
ADC工作原理
ADC将输入电压（通常在0V至VCC之间）转换为数值。ESP32的ADC转换值范围在0至4095之间，0代表0V，4095代表最大电压。
ADC实现实例
硬件准备
- ESP32开发板
- 模拟传感器（如光敏电阻）
- 电阻（10k欧姆）
电路连接
将光敏电阻和10k欧姆电阻串联成一个分压电路，光敏电阻一端接3.3V，另一端连接电阻和ADC引脚（如GPIO 34），然后接地（GND）。
代码实现：读取光线强度
python
from machine import ADC, Pin
import time
# 初始化ADC
adc = ADC(Pin(34)) # 创建ADC对象
adc.atten(ADC.ATTN_11DB) # 设置量程，最大输入电压约为3.3V
adc.width(ADC.WIDTH_12BIT) # 设置分辨率为12位，返回0到4095的值
while True:
light_intensity = adc.read() # 读取模拟信号
print('光线强度:', light_intensity)
time.sleep(1)- ADC初始化 ：使用
ADC(Pin(34))将GPIO 34配置为ADC输入引脚。 - 设置ADC量程 ：通过
adc.atten(ADC.ATTN_11DB)设置量程，使最大输入电压接近3.3V。 - 读取ADC值 ：
adc.read()返回一个介于0到4095的数值，表示当前光线强度。
综合应用：传感器数据的PWM输出
通过综合使用ADC和PWM，可以将传感器的模拟信号用于控制LED亮度，实现动态反馈。例如，根据光线强度控制LED亮度。
硬件连接
- 将光敏电阻电路接到ADC输入（GPIO 34）
- 将LED接到PWM输出（GPIO 2）
综合代码实现
python
from machine import ADC, Pin, PWM
import time
# 初始化ADC和PWM
adc = ADC(Pin(34))
adc.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc.width(ADC.WIDTH_12BIT)
led = PWM(Pin(2), freq=1000)
while True:
light_intensity = adc.read() # 读取光线强度
duty_cycle = int(light_intensity / 4095 * 1023) # 映射到PWM占空比
led.duty(duty_cycle) # 调整LED亮度
print('光线强度:', light_intensity, 'PWM占空比:', duty_cycle)
time.sleep(0.1)- 传感器读值映射：将ADC读数（0至4095）映射为PWM占空比（0至1023）。
- 动态控制：根据光线强度自动调节LED亮度，实现自动光照反馈。
总结
通过本教程，你已学习了ESP32的硬件控制基础，包括GPIO、PWM和ADC的使用。熟悉这些功能后，你可以轻松实现传感器数据采集、控制电机和LED等硬件操作。