第十章 ESP32开发指南---PWM全彩LED灯显示

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学习目的及目标

学习LED灯电路及硬件原理

学习ESP32 的PWM（ledc）功能的配置

掌握PWM（ledc）控制全彩LED灯渐变程序

全彩 LED 灯简介

全彩 LED 灯，实质上是一种把红、绿、蓝单色发光体集成到小面积区域中的 LED 灯，控制时对这三种颜色的灯管输出不同的光照强度，即可混合得到不同的颜色，其混色原理与光的三原色混合原理一致。

例如，若红绿蓝灯都能控制输出光照强度为[0:255]种等级，那么该灯可混合得到使用RGB888表示的所有颜色(包括以 RGB三个灯管都全灭所表示的纯黑色)。

全彩 LED 灯控制原理

本教程配套开发板中的 RGB灯就是一种全彩 LED 灯，前面介绍 LED 基本控制原理的时候，只能控制 RGB三色灯的亮灭，即 RGB每盏灯有[0:1]两种等级，因此只能组合出 8种颜色。

要使用ESP32控制 LED灯输出多种亮度等级，可以通过控制输出脉冲的占空比来实现。就是我们今天要学习的PWM功能，在ESP32中就是ledc功能。

上图列出了周期相同而占空比分别为 100%、80%、50和 20%的脉冲波形，假如利用这样的脉冲控制 LED 灯，即可控制 LED 灯亮灭时间长度的比例。若提高脉冲的频率，LED 灯将会高频率进行开关切换，由于视觉暂留效应，人眼看不到 LED 灯的开关导致的闪烁现象，而是感觉到使用不同占空比的脉冲控制 LED 灯时的亮度差别。即单个控制周期内，LED 灯亮的平均时间越长，亮度就越高，反之越暗。

把脉冲信号占空比分成 256 个等级，即可用于控制 LED 灯输出 256种亮度，使用三种这样的信号控制 RGB灯即可得到 256*256*256种颜色混合的效果。而要控制占空比，直接使用 ESP32的LEDC功能即可。

硬件设计及原理

同LED章原理图。

本实验板连接了一个 RGB彩灯，RGB彩灯实际上由三盏分别为红色、绿色、蓝色的 LED 灯组成，通过控制 RGB颜色强度的组合，可以混合出各种色彩。

LED标号	LED颜色	接至ESP32的引脚
LP2A	红色	IO2
LP2B	绿色	IO18
LP2C	蓝色	IO19

若您使用的实验板 LED 灯的连接方式或引脚不一样，只需根据我们的工程修改引脚即可，程序的控制原理相同。

软件设计

代码逻辑

ESP32的PWM（ledc）接口介绍

LEDC配置函数：ledc_channel_config();

函数原型	esp_err_t ledc_channel_config ( const ledc_channel_config_t* ledc_conf )
函数功能	LEDC配置函数
参数	[in] ledc_conf:ledc配置结构体ledc_channel_config_t typedef struct { int gpio_num;//IO编号 ledc_mode_t speed_mode;//速度 ledc_channel_t channel;//通道 ledc_intr_type_t intr_type;//中断使能 ledc_timer_t timer_sel; //定时器通道 uint32_t duty; //占空比 } ledc_channel_config_t;
返回值	ESP_OK：成功 ESP_ERR_INVALID_ARG : 参数错误

LEDC渐变安装函数：ledc_fade_func_install();

函数原型	esp_err_t ledc_fade_func_install ( int intr_alloc_flags )
函数功能	LEDC渐变安装使能函数
参数	[in] intr_alloc_flags:分配中断标记
返回值	ESP_OK：成功 ESP_ERR_INVALID_ARG : 参数错误

LEDC渐变函数：ledc_set_fade_with_time();

函数原型	esp_err_t ledc_set_fade_with_time ( ledc_mode_t speed_mode, ledc_channel_t channel, uint32_t target_duty, int max_fade_time_ms )
函数功能	LEDC渐变函数
参数	[in] speed_mode:速度 [in] channel:通道 [in] target_duty:目标占空比 [in] max_fade_time_ms:到达目标占空比需要的时间
返回值	ESP_OK：成功 ESP_ERR_INVALID_ARG : 参数错误 ESP_ERR_INVALID_STATE：LEDC渐变未安装 ESP_FAIL：LEDC渐变安装失败

LEDC渐变开始函数：ledc_fade_start();

函数原型	esp_err_t ledc_fade_start ( ledc_mode_t speed_mode, ledc_channel_t channel, ledc_fade_mode_t wait_done )
函数功能	LEDC渐变开始函数
参数	[in] speed_mode:速度 [in] channel:通道 [in] wait_done:是否等待
返回值	ESP_OK：成功 ESP_ERR_INVALID_ARG : 参数错误 ESP_ERR_INVALID_STATE：LEDC渐变未安装

更多更详细接口请参考官方指南。

渐变RGB彩灯源码编写

获取按键状态，等于0表示按键按下，然后死等松手，切换灯状态。

包含头文件、IO宏定义、ledc宏定义

#include <stdio.h>
#include "esp_system.h"
#include "esp_spi_flash.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event_loop.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_err.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/ledc.h"
#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/ledc.h"
#define LED_R_IO 2
#define LED_G_IO 18
#define LED_B_IO 19
#define LEDC_MAX_DUTY                (8191) //2的13次方-1(13位PWM)
#define LEDC_FADE_TIME     (1000) //渐变时间(ms)

RGB灯PWM（ledc）配置，并使能渐变函数

/*
* void ledc_init(void):定时器0用在PWM模式，输出3通道的LEDC信号
*/
void ledc_init(void)
{
//定时器配置结构体
ledc_timer_config_t ledc_timer;
//定时器配置->timer0
ledc_timer.duty_resolution = LEDC_TIMER_13_BIT; //PWM分辨率
ledc_timer.freq_hz = 5000;                        //频率
ledc_timer.speed_mode = LEDC_HIGH_SPEED_MODE;   //速度
ledc_timer.timer_num = LEDC_TIMER_0;            // 选择定时器
ledc_timer_config(&ledc_timer); //设置定时器PWM模式
//PWM通道0配置->IO2->红色灯
g_ledc_ch_R.channel    = LEDC_CHANNEL_0; //PWM通道
g_ledc_ch_R.duty       = 0; //占空比
g_ledc_ch_R.gpio_num   = LED_R_IO; //IO映射
g_ledc_ch_R.speed_mode = LEDC_HIGH_SPEED_MODE; //速度
g_ledc_ch_R.timer_sel  = LEDC_TIMER_0; //选择定时器
ledc_channel_config(&g_ledc_ch_R); //配置PWM
//PWM通道1配置->IO18->绿色灯
g_ledc_ch_G.channel    = LEDC_CHANNEL_1; //PWM通道
g_ledc_ch_G.duty       = 0; //占空比
g_ledc_ch_G.gpio_num   = LED_G_IO; //IO映射
g_ledc_ch_G.speed_mode = LEDC_HIGH_SPEED_MODE; //速度
g_ledc_ch_G.timer_sel  = LEDC_TIMER_0; //选择定时器
ledc_channel_config(&g_ledc_ch_G); //配置PWM
//PWM通道2配置->IO19->蓝色灯
g_ledc_ch_B.channel    = LEDC_CHANNEL_2; //PWM通道
g_ledc_ch_B.duty       = 0; //占空比
g_ledc_ch_B.gpio_num   =LED_B_IO ; //IO映射
g_ledc_ch_B.speed_mode = LEDC_HIGH_SPEED_MODE; //速度
g_ledc_ch_B.timer_sel  = LEDC_TIMER_0; //选择定时器
ledc_channel_config(&g_ledc_ch_B); //配置PWM
//使能ledc渐变功能
ledc_fade_func_install(0);
}

主函数：渐变RGB灯

RGB灯由0%到100%渐变（暗到亮），历时1秒

RGB灯由100%到0%渐变（亮到暗），历时1秒

/*
 * 应用程序的函数入口
*/
void app_main()
{
ledc_init();//ledc初始化
    while(1)
{
//ledc 红灯渐变至100%，时间LEDC_FADE_TIME
ledc_set_fade_with_time(g_ledc_ch_R.speed_mode,
                                     g_ledc_ch_R.channel,
         LEDC_MAX_DUTY,
                                     LEDC_FADE_TIME);
//渐变开始
ledc_fade_start(g_ledc_ch_R.speed_mode,
      g_ledc_ch_R.channel,
      LEDC_FADE_NO_WAIT);
//略过
           vTaskDelay(LEDC_FADE_TIME / portTICK_PERIOD_MS);
//ledc 红灯 渐变至0%，时间LEDC_FADE_TIME
ledc_set_fade_with_time(g_ledc_ch_R.speed_mode,
                                      g_ledc_ch_R.channel,
          0,
                                      LEDC_FADE_TIME);
//渐变开始
ledc_fade_start(g_ledc_ch_R.speed_mode,
      g_ledc_ch_R.channel,
      LEDC_FADE_NO_WAIT);
//略过
           vTaskDelay(LEDC_FADE_TIME / portTICK_PERIOD_MS);
}
}

硬件连接

开发板默认已经连接好RGB灯，下载程序即可，使用其他开发板需要修改程序或者修改硬件连接皆可。

效果展示

RGB灯由暗到亮，再由亮变暗，如此循环。

PWM（ledc）总结

渐变在指示灯处比较常用。

不用渐变的时候可以使用，设置占空比函数直接怼。

设置占空比ledc_set_duty();

还有几个常用的ledc库函数，请参考ledc.h文件，太简单不做介绍。

源码地址：https://github.com/xiaolongba/wireless-tech

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