ESP32学习笔记（15）——LEDC(PWM)接口使用

Posted 2021-05-13 Leung_ManWah

一、简介

LED控制（LEDC）外围设备主要用于控制LED的强度，尽管它也可以用于生成PWM信号用于其他目的。它具有16个通道，可以生成独立的波形，这些波形可以用于驱动RGB LED器件。

LEDC通道分为两组，每组8个通道。一组LEDC通道以高速模式运行。此模式在硬件中实现，并提供PWM占空比的自动且无干扰的更改。另一组通道在低速模式下运行，PWM占空比必须由驱动程序在软件中进行更改。每组通道还能够使用不同的时钟源。

PWM控制器可以自动逐渐增加或减少占空比，从而允许淡入而不会受到任何处理器干扰。

ESP-IDF 编程指南——LED控制

1.1 功能概述

分三步完成在高速或低速模式下设置LEDC的通道：

1. 通过指定PWM信号的频率和占空比分辨率进行定时器配置。

2. 通过将其与计时器和GPIO关联来进行通道配置以输出PWM信号。

3. 更改驱动输出的PWM信号以更改LED的强度。这可以在软件的完全控制下或通过硬件淡入淡出功能来完成。

作为可选步骤，也可以在淡入淡出端设置中断。

1.1.1 定时器配置

通过调用函数ledc_timer_config()并传递ledc_timer_config_t包含以下配置设置的数据结构来完成定时器的设置：

• 速度模式 ledc_mode_t
• 计时器编号 ledc_timer_t
• PWM信号频率
• PWM占空比分辨率

频率和占空比分辨率是相互依赖的。PWM频率越高，可用的占空比分辨率越低，反之亦然。如果您打算将此API用于除更改LED强度以外的目的，则这种关系可能很重要。有关更多详细信息，请参见“频率和占空比分辨率的支持范围”部分。

1.1.2 频道配置

设置定时器后，配置所需的通道（ledc_channel_t）。这是通过调用函数来完成的ledc_channel_config()。

与定时器配置类似，通道设置功能应传递一个ledc_channel_config_t包含通道配置参数的结构。

此时，该通道应开始工作，并ledc_channel_config_t按照定时器设置中指定的频率和给定的占空比，按照所配置的在选定的GPIO上生成PWM信号。可以通过调用函数随时暂停通道操作（信号生成）ledc_stop()。

1.1.3 改变PWM信号

一旦通道开始工作并以恒定的占空比和频率生成PWM信号，就有两种方法可以更改此信号。驱动LED时，主要是改变占空比以改变光强度。

以下两节描述了如何使用软件和硬件衰落来更改占空比。如果需要，也可以更改信号的频率。它在“更改PWM频率”部分中进行了介绍。

• 使用软件更改PWM占空比
  要设置占空比，请使用专用功能ledc_set_duty()。之后，调用ledc_update_duty()以激活更改。要检查当前设置的值，请使用相应的_get_功能ledc_get_duty()。

  设置占空比以及其他一些通道参数的另一种方法是调用ledc_channel_config()Section Channel Configuration中的Covered。

  传递给函数的占空比值的范围取决于选择的值，duty_resolution并且应从0到。例如，如果选定的占空比分辨率为10，则占空比值的范围可以从0到1023。这提供了〜0.1％的分辨率。(2 ^ duty_resolution) - 1

• 使用硬件更改PWM占空比
  LEDC硬件提供了从一个占空比值逐渐过渡到另一个占空比值的方法。要使用此功能，请启用衰落，ledc_fade_func_install()然后通过调用可用的衰落函数之一对其进行配置：

  • ledc_set_fade_with_time()
  • ledc_set_fade_with_step()
  • ledc_set_fade()

  最后开始渐渐消失ledc_fade_start()。

  如果不再需要，可以使用禁用衰落和相关的中断ledc_fade_func_uninstall()。

• 更改PWM频率
  LEDC API提供了几种“即时”更改PWM频率的方法：

  • 通过调用设置频率ledc_set_freq()。有一个相应的功能ledc_get_freq()可以检查当前频率。
  • 通过调用ledc_bind_channel_timer()将其他计时器绑定到通道来更改频率和占空比分辨率。
  • 通过调用更改频道的计时器ledc_channel_config()。

1.1.4 使用中断

配置LEDC通道时，在其中选择的参数之一ledc_channel_config_t是ledc_intr_type_t在淡入淡出完成时触发中断。

要注册处理程序以解决此中断，请调用ledc_isr_register()。

1.2 LEDC高低速模式

高速模式可以无故障地切换计时器设置。这意味着如果修改了计时器设置，则更改将自动应用到计时器的下一个溢出中断。相反，在更新低速计时器时，设置的更改应由软件明确触发。LEDC驱动程序在后台处理它，例如，当ledc_timer_config()或被ledc_timer_set()调用时。

有关速度模式的更多详细信息，请参阅《ESP32技术参考手册》 >“ LED PWM控制器（LEDC） [ PDF ]”。请注意，SLOW_CLOCKLEDC驱动程序尚不支持本手册中提到的支持。

二、API说明

以下 LEDC 接口位于 driver/include/driver/ledc.h。

2.1 ledc_timer_config

2.2 ledc_channel_config

2.3 ledc_fade_func_install

2.4 ledc_set_fade_with_time

2.5 ledc_fade_start

2.6 ledc_set_duty

2.7 ledc_update_duty

三、PWM呼吸灯

3.1 引脚确定

我使用的是 ESP32-LyraT V4.3 开发板

有个 IO 口为 22 的绿色 LED 灯

3.2 示例代码

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/ledc.h"
#include "esp_err.h"

#define LEDC_HS_TIMER          LEDC_TIMER_0
#define LEDC_HS_MODE           LEDC_HIGH_SPEED_MODE
#define LEDC_HS_CH0_GPIO       (22)
#define LEDC_HS_CH0_CHANNEL    LEDC_CHANNEL_0

#define LEDC_TEST_CH_NUM       (1)
#define LEDC_TEST_DUTY         (4000)    // 渐变的变大最终目标占空比
#define LEDC_TEST_FADE_TIME    (3000)    // 变化时长

void app_main(void)
{
    int ch;

    /*
     * Prepare and set configuration of timers
     * that will be used by LED Controller
     */
    ledc_timer_config_t ledc_timer = {
        .duty_resolution = LEDC_TIMER_13_BIT, // PWM占空比分辨率
        .freq_hz = 5000,                      // PWM信号频率
        .speed_mode = LEDC_HS_MODE,           // 定时器模式
        .timer_num = LEDC_HS_TIMER,            // 定时器序号
        .clk_cfg = LEDC_AUTO_CLK,              // Auto select the source clock
    };
    // Set configuration of timer0 for high speed channels
    ledc_timer_config(&ledc_timer);

    /*
     * Prepare individual configuration
     * for each channel of LED Controller
     * by selecting:
     * - controller's channel number
     * - output duty cycle, set initially to 0
     * - GPIO number where LED is connected to
     * - speed mode, either high or low
     * - timer servicing selected channel
     *   Note: if different channels use one timer,
     *         then frequency and bit_num of these channels
     *         will be the same
     */
    // 配置定时器0的高速通道
    ledc_channel_config_t ledc_channel[LEDC_TEST_CH_NUM] = {
        {
            .channel    = LEDC_HS_CH0_CHANNEL,
            .duty       = 0,
            .gpio_num   = LEDC_HS_CH0_GPIO,
            .speed_mode = LEDC_HS_MODE,
            .hpoint     = 0,
            .timer_sel  = LEDC_HS_TIMER
        }
    };

    // 配置LED控制器
    for (ch = 0; ch < LEDC_TEST_CH_NUM; ch++) {
        ledc_channel_config(&ledc_channel[ch]);
    }

    // 初始化淡入淡出服务
    ledc_fade_func_install(0);    // 注册LEDC服务，在调用前使用，参数是作为是否允许中断

    while (1) {
        printf("1. LEDC fade up to duty = %d\\n", LEDC_TEST_DUTY);
        for (ch = 0; ch < LEDC_TEST_CH_NUM; ch++) {
            // 配置LEDC定时器
            ledc_set_fade_with_time(ledc_channel[ch].speed_mode,
                    ledc_channel[ch].channel, LEDC_TEST_DUTY, LEDC_TEST_FADE_TIME);
            // 开始渐变
            ledc_fade_start(ledc_channel[ch].speed_mode,
                    ledc_channel[ch].channel, LEDC_FADE_NO_WAIT);
        }
        // 等待渐变完成
        vTaskDelay(LEDC_TEST_FADE_TIME / portTICK_PERIOD_MS);

        printf("2. LEDC fade down to duty = 0\\n");
        for (ch = 0; ch < LEDC_TEST_CH_NUM; ch++) {
            ledc_set_fade_with_time(ledc_channel[ch].speed_mode,
                    ledc_channel[ch].channel, 0, LEDC_TEST_FADE_TIME);
            ledc_fade_start(ledc_channel[ch].speed_mode,
                    ledc_channel[ch].channel, LEDC_FADE_NO_WAIT);
        }
        vTaskDelay(LEDC_TEST_FADE_TIME / portTICK_PERIOD_MS);

        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

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• 由 Leung 写于 2021 年 5 月 11 日

• 参考：乐鑫Esp32学习之旅⑤ 接触实践esp32的pwm宽度脉冲功能的LEDC， 实现呼吸效果闪烁一盏LED灯
　　　　ESP32 开发笔记(三）源码示例 3_LEDC_PWM 使用LEDC实现LED呼吸灯