ESP-IDF+vscode开发ESP32第十一讲——LEDC

前言

一、知识前提

二、工程编写

[2.1 LEDC.c](#2.1 LEDC.c)

[2.2 LEDC.h](#2.2 LEDC.h)

[2.3 main.c](#2.3 main.c)

[2.4 代码说明](#2.4 代码说明)

前言

本章是一个基础的PWM波产生工程，主要用于控制LED灯，可以实现精准的颜色和呼吸变化。也可用于其他需要PWM的控制设备。本文不解释PWM的形成和作用。

开发板是微雪的**ESP32-P4-Module-DEV-KIT。**ESP-IDF版本是6.0.1。基于第一章的工程模板。

一、知识前提

在实现之前，需要同学们了解什么是PWM以及PWM的作用，一个PWM所有参数只有频率、占空比和相位，一般相位不重要也不设置。

官方给的LEDC讲解很细致，建议阅读《LED PWM 控制器》

使用PWM输出需要完成定时器配置、通道配置和PWM信号设置。定时器用于指定 PWM 信号的频率和占空比分辨率。通道用于绑定定时器和输出 PWM 信号的 GPIO。

官方文档中对于改变PWM信号分为使用软件改变和使用硬件改变，但是并没有说明两种区别。其实软件改变就是用户靠一行代码设置PWM占空比，硬件改变就是按照用户预先设定的一套PWM占空比变化方式，接着LED PWM 控制器可在无需 CPU 干预的情况下自动改变占空比。

ESP32-P4的LED PWM控制器特性如下：

八个独立的 PWM 生成器（即八个通道）
PWM 占空比最大精度为 20 位；PWM 输出信号相位可调节
占空比自动渐变---即 PWM 信号占空比可逐渐增加或减小，无须处理器干预，渐变完成时产生中断
每个 PWM 生成器包含 16 个占空比渐变区间，用于生成占空比伽马曲线渐变的信号。每个区间都可以独立配置占空比变化方向（增加或减少）、变化步长、变化次数以及变化频率
低功耗模式 (Light-sleep mode) 下可输出 PWM 信号

LED PWM 控制器通过 GPIO 交换矩阵可配置使用任意GPIO管脚

ESP32-P4的LED PWM控制器可设置时钟源频率最大为80M，那么最大PWM频率可为 40 MHz，但此时占空比只能设置为50%；当PWM 频率为 50 kHz 时，占空比分辨率最大可为 10 bit，通过示波器查看，精度还是很高的，跳变沿只有10ns，没有过冲。能驱动市面上大量的PWM控制设备。

二、工程编写

首先自定义组件LEDC。CMakeLists.txt添加依赖

bash 复制代码

idf_component_register(SRCS "LEDC.c"
                    INCLUDE_DIRS "include"
                    PRIV_REQUIRES esp_driver_ledc)

2.1 LEDC.c

cpp 复制代码

#include "LEDC.h"
#include "driver/ledc.h"         // ESP32 LEDC驱动函数

static const char *TAG = "LEDC"; // 日志标签
/*--------------------------------------------------------------------------*/
/**
 * @brief 一个简单低速的PWM输出示例，输出频率为10kHz，占空比为50%
 * @param[in] void
 * @note 
 * @return void
 */
/*--------------------------------------------------------------------------*/
void LEDC_PWMOUT_INIT(void)
{
    ledc_timer_config_t ledc_timer = {
        .speed_mode       = LEDC_LOW_SPEED_MODE, // 低速模式
        .timer_num        = LEDC_TIMER_0,        // 定时器0
        .duty_resolution  = LEDC_TIMER_10_BIT,   // 10位分辨率
        .freq_hz          = 10000,               // 频率10kHz
        .clk_cfg          = LEDC_AUTO_CLK         // 自动选择时钟源
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_timer_config(&ledc_timer)); // 配置LEDC定时器
    ESP_LOGI(TAG, "最大占空比分辨率: %d bits", ledc_find_suitable_duty_resolution(80000, ledc_timer.freq_hz/1000)); // 查找合适的占空比分辨率
    ledc_channel_config_t ledc_channel = {
        .gpio_num       = PWM_OUTIO,            // PWM输出引脚
        .speed_mode     = LEDC_LOW_SPEED_MODE, // 低速模式
        .channel        = LEDC_CHANNEL_0,      // 通道0
        .timer_sel      = LEDC_TIMER_0,       // 使用定时器0
        .duty           = 0,                  // 初始占空比为0
        .hpoint         = 0                   // 初始hpoint为0
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_channel_config(&ledc_channel)); // 配置LEDC通道
    // Set duty to 50%
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_set_duty_and_update(LEDC_LOW_SPEED_MODE, LEDC_CHANNEL_0, 512, 0)); // 占空比512/1024 = 50%
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100)); // 等待1秒钟
    ESP_LOGI(TAG,"当前占空比为: %d%%", ledc_get_duty(LEDC_LOW_SPEED_MODE, LEDC_CHANNEL_0)*100/(1<<10)); // 获取当前占空比
}
/*--------------------------------------------------------------------------*/
/**
 * @brief 一个在时间周期内渐变的PWM输出示例，输出频率为5kHz，占空比从0%渐变到100%，再从100%渐变到0%，循环进行
 * @param[in] void
 * @note 
 * @return void
 */
/*--------------------------------------------------------------------------*/
void LEDC_led_fade(void)
{
    ledc_timer_config_t ledc_timer = {
        .speed_mode       = LEDC_LOW_SPEED_MODE, // 低速模式
        .timer_num        = LEDC_TIMER_1,        // 定时器1
        .duty_resolution  = LEDC_TIMER_10_BIT,   // 10位分辨率
        .freq_hz          = 50000,               // 频率50KHz
        .clk_cfg          = LEDC_AUTO_CLK         // 自动选择时钟源
    };
    ESP_LOGI(TAG, "最大占空比分辨率: %d bits", ledc_find_suitable_duty_resolution(80000, ledc_timer.freq_hz/1000)); // 查找合适的占空比分辨率
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_timer_config(&ledc_timer)); // 配置LEDC定时器
    ledc_channel_config_t ledc_channel = {
        .gpio_num       = PWM_FADEIO,            // PWM输出引脚
        .speed_mode     = LEDC_LOW_SPEED_MODE, // 低速模式
        .channel        = LEDC_CHANNEL_1,      // 通道1
        .timer_sel      = LEDC_TIMER_1,       // 使用定时器1
        .duty           = 0,                  // 初始占空比为0
        .hpoint         = 0                   // 初始hpoint为0
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_channel_config(&ledc_channel)); // 配置LEDC通道
    ledc_fade_func_install(0); // 安装LEDC渐变功能
    ESP_LOGI(TAG, "LED渐变: 从0到100再从100到0，循环进行");
    while(1)
    {
        ledc_set_fade_time_and_start(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel, 1024, 2000,LEDC_FADE_WAIT_DONE); // 从0%渐变到100%，时间1秒
        ledc_set_fade_time_and_start(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel, 0, 2000,LEDC_FADE_WAIT_DONE); // 从100%渐变到0%，时间1秒
    }
}

2.2 LEDC.h

cpp 复制代码

#ifndef __LEDC_H
#define __LEDC_H

#include <stdio.h>               // 输入输出函数
#include <string.h>              // 字符串处理函数
#include "esp_log.h"             // ESP32日志函数
#include "FreeRTOS/FreeRTOS.h"   // FreeRTOS函数
#include "FreeRTOS/task.h"       // FreeRTOS任务管理函数
#include "FreeRTOS/semphr.h"     // FreeRTOS信号量管理函数

#define     PWM_OUTIO      27  // 定义PWM输出引脚为GPIO27
#define     PWM_FADEIO     4  // 定义PWM渐变引脚为GPIO4

void LEDC_PWMOUT_INIT(void);
void LEDC_led_fade(void);
#endif                          // __LEDC_H

2.3 main.c

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include "user.h"
#include "LEDC.h"
void app_main(void)
{
    CONSOLE_REPL_INIT(); // 初始化控制台REPL环境
    //LEDC_PWMOUT_INIT();
    LEDC_led_fade();
    while(1)
    {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

2.4 代码说明

LEDC.c中有两个代码，LEDC_PWMOUT_INIT只用来输出一个固定PWM占空比的信号，LEDC_led_fade可用来输出周期内渐变的PWM占空比信号。其中的个函数比较简单，可以看官方手册或者我总结的文档《ESP32实用API指南3-CSDN博客》