【esp32】 PWM控制LED亮度原理及代码详解

通俗的解释PWM的原理

PWM：脉冲宽度调制器

比如你有5V电源，要控制一台灯的亮度。你可以用传统的方式，串联一个可调电阻，改变电阻，灯的亮度就会改变。

使用PWM调节的原理：保持一定的电压或者电流不变，改变一定周期内的导通和关断的时间。等效于，保持导通，改变电压或者电流的大小。

【频率控制灯的闪烁：】

相当于串联了一个开关，假设在1s时间内，0.5s打开，0.5s关闭，那么灯亮0.5s，熄灭0.5s，人看到就是灯在闪烁。如果把频率调高，1s改为1ms，0.5ms打开，0.5ms关闭，那么看起来灯的闪烁频率就很高。

【占空比控制灯的亮度：】

当闪烁频率超过一直的阈值时，人眼就感受不到了。比如，在1ms内，0.9ms是关闭的，0.1ms是打开的，那么灯的亮度就只有原来的十分之一了。即通过改变LED的通电时间长短来调节亮度，通电时间长则亮度高。

ESP32-ledc源码分析

参考：ESP32 — LEDC_PWM

占空比：高电平接通时间与周期的比

分辨率：就是占空比的最小值

如代码中设置分辨率为 2**13 次方，则占空比为50%时的数字就是 ，（2**13 - 1）* 50% = 4095

以esp32为例，设置pwm的相关参数：参考库中的 esp-idf-master\examples\peripherals\ledc\ledc_basic\main

注意：占空比的设置，LEDC_DUTY 和分辨率有关

设置占空比为50%#define LEDC_DUTY (4095) // Set duty to 50%. ((2 ** 13) - 1) * 50% = 4095

#define LEDC_TIMER              LEDC_TIMER_0
#define LEDC_MODE               LEDC_LOW_SPEED_MODE
#define LEDC_OUTPUT_IO          (5) 					// Define the output GPIO
#define LEDC_CHANNEL            LEDC_CHANNEL_0
#define LEDC_DUTY_RES           LEDC_TIMER_13_BIT // Set duty resolution to 13 bits
#define LEDC_DUTY               (4095) // Set duty to 50%. ((2 ** 13) - 1) * 50% = 4095
#define LEDC_FREQUENCY          (5000) // Frequency in Hertz. Set frequency at 5 kHz

static void example_ledc_init(void)
{
    // Prepare and then apply the LEDC PWM timer configuration
    ledc_timer_config_t ledc_timer = {
        .speed_mode       = LEDC_MODE,
        .timer_num        = LEDC_TIMER,
        .duty_resolution  = LEDC_DUTY_RES,
        .freq_hz          = LEDC_FREQUENCY,  // Set output frequency at 5 kHz
        .clk_cfg          = LEDC_AUTO_CLK
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_timer_config(&ledc_timer));

    // Prepare and then apply the LEDC PWM channel configuration
    ledc_channel_config_t ledc_channel = {
        .speed_mode     = LEDC_MODE,
        .channel        = LEDC_CHANNEL,
        .timer_sel      = LEDC_TIMER,
        .intr_type      = LEDC_INTR_DISABLE,
        .gpio_num       = LEDC_OUTPUT_IO,
        .duty           = 0, // Set duty to 0%
        .hpoint         = 0
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_channel_config(&ledc_channel));
}
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两路LED以不同频的方式闪烁

拓展：
两路LED以不同频的方式闪烁；代码中不同的GPIO配置不同的定时器和channel，然后设置不同的频率。

现象：

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拓展：可以和按键检测结合起来：
短按，实现灯开，再短按一次，实现灯关
长按2s，实现双灯不同频闪烁
长按4s，实现双灯同频闪烁

中断：设置上升沿和下降沿触发，按下按键和抬起按键之间，发消息给消息队列。

中断方式：采用中断的方式， 坏处是必须等按键松开才可以计算按键时间长短，用户体验稍差。 好处是相比定时器的方式，会大大减小CPU的资源。

定时器扫描：开一个线程或者定时器，不断的扫描GPIO的输入状态， 好处是随时扫描到gpio的状态用户体验好。 坏处是浪费cpu资源。

若开一个定时器，本代码未实现，参考资料：[【ESP32—GPIO输入，按键的长按和短按】]
通过添加printf信息打印消息，测试原代码发现，存在时间偏差较大的情况，分析代码发现代码存在以下下问题：
目的是：当按键按下时，开始记录按下的时刻A，按键松开时，记录松开的时刻B，通过 B-A 计算按下的时间。但是源代码中按下按键时，可能多次重新计算了时刻A的值，造成测试不准的现象。