ESP-Arduino PWM波形控制输出

Posted 2022-02-20 pocean2012

PWM作为重要的IO输出功能，应用广泛，常见应用包括：

1. 电机控制（调速，调扭矩，恒压/恒流/恒扭矩控制等等）

2. 控制蜂鸣器输出音调

3. 播放声音文件

4. 呼吸灯

简单粗暴的方式，可以直接用软件模拟

/*
gen the PMW pulse via software
*/

#define PULSE 18
#define LED 22
// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() 
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(PULSE, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);

int loop_count=0;
// the loop function runs over and over again forever
void loop() 
  
  digitalWrite(PULSE, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delayMicroseconds(20);                       // wait for a second
  digitalWrite(PULSE, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delayMicroseconds(10);                       // wait for a second
  

可以控制LED的亮度，如果用Logic抓取波形，像这样子：

低电平10us， 全周期30us（当然，是差不多，一般加上软件代码执行的时间，us级），和程序设定基本一致。 

 但是这样的例子没有实用性，因为CPU全被占用了，其他事啥也干不了。

所以我们需要有后台执行的方式，才能和其他应用结合起来。

ESP32在arduino中没有提供PWM例程，没有像Arduino 官方板子之类的有analogWrite方法，所以可以利用其LEDC的控制接口来输出PWM波，为了方便学习，可以配合逻辑分析仪软件来进行波形抓取和分析。

官网下载链接：

Logic analyzer software from Saleae

可以自定义插件，还可以用python来调用API，非常强大！页面也比老版本漂亮多了。

 ESP32的LEDC接口用来生成PWM非常方便，详见下面这篇文章

ESP32学习笔记（15）——LEDC(PWM)接口使用 - 简书

LEDC接口函数方法

ESP32有一个LEDC，原本设计用来控制LED，可以作简单的PWM输出，可以指定输出到任一GPIO. 
LEDC总共有16个路通道（0 ~ 15），分为高低速两组，高速通道（0 ~ 7）由80MHz时钟驱动，低速通道（8 ~ 15）由1MHz时钟驱动。

方法函数：
double ledcSetup(uint8_t channel, double freq, uint8_t resolution_bits)
channel为通道号，取值0 ~ 15；
freq，设置频率；
resolution_bits计数位数，取值0 ~ 20（该值决定后面ledcWrite方法中占空比的最大值，如该值写10，则占空比最大可写2^10-1=1023 ；
通道最终频率 = 时钟频率 / ( 分频系数 * ( 2^计数位数 ) )；（分频系数最大为1024）
 

案例一，输出PWM方波

#include <Arduino.h>

int freq = 2000;    // 频率
int channel = 0;    // 通道
int resolution = 8;   // 分辨率
int dutyCycle=100;    // 

const int led = 18; // define the pin

void setup()


  ledcSetup(channel, freq, resolution); // 设置通道
  ledcAttachPin(led, channel);  // 将通道与对应的引脚连接
  
  ledcWrite(channel, dutyCycle);  // 输出PWM


void loop()

  

输出波形

从测量数据可以看到频率2K， 占空比接近40%（100/255也差不多）

 案例二.  变化的PWM波--呼吸灯

#include <Arduino.h>

int freq = 1000;    // 频率
int channel = 0;    // 通道
int resolution = 8;   // 分辨率

const int led = 18;
void setup()


  ledcSetup(channel, freq, resolution); // 设置通道
  ledcAttachPin(led, channel);  // 将通道与对应的引脚连接


void loop()

  // 逐渐变亮
  for (int dutyCycle = 0; dutyCycle <= 255; dutyCycle = dutyCycle + 5)
  
    ledcWrite(channel, dutyCycle);  // 输出PWM
    delay(20);
  

  // 逐渐变暗
  for (int dutyCycle = 255; dutyCycle >= 0; dutyCycle = dutyCycle - 5)
  
    ledcWrite(channel, dutyCycle);  // 输出PWM
    delay(20);
  

 观察呼吸灯的效果

案例三. 播放不同音调的声音，须配合带驱动的蜂鸣器或者带功放的喇叭，可惜手边没有