使用 ESP32-S3 的 LED PWM 控制器控制 LED 亮度

引言

在物联网（IoT）设备中，LED 控制是一个常见的应用场景。ESP32-S3 开发板提供了强大的 LED PWM 控制器（LEDC），可以用来控制 LED 的亮度以及其他需要 PWM 信号的应用。本文将详细介绍如何使用 ESP-IDF 框架中的 LEDC 驱动程序来控制 LED 的亮度。

环境准备

在开始之前，请确保你已经安装了 ESP-IDF 开发环境，并且熟悉基本的 ESP32 项目构建流程。如果你还没有安装 ESP-IDF，可以从 Espressif 官网 获取安装指南。

LED PWM 控制器概述

简介

LED 控制器 (LEDC) 主要用于控制 LED，也可产生 PWM 信号用于其他设备的控制。该控制器有 8 路通道，可以产生独立的波形，驱动 RGB LED 等设备。LEDC PWM 控制器可在无需 CPU 干预的情况下自动改变占空比，实现亮度和颜色渐变。

功能概览

  1. 设置 LEDC 通道：

    • 定时器配置：指定 PWM 信号的频率和占空比分辨率。
    • 通道配置：绑定定时器和输出 PWM 信号的 GPIO。
    • 改变 PWM 信号：输出 PWM 信号来驱动 LED。可通过软件控制或使用硬件渐变功能来改变 LED 的亮度。

  2. 电源管理：

    • LEDC 驱动不使用电源管理锁来防止系统进入 Light-sleep。可以通过配置ledc_channel_config_t::sleep_mode来选择 LEDC 外设电源域状态和 PWM 信号在睡眠期间的输出行为。

  3. 频率和占空比分辨率支持范围：

    • LED PWM 控制器主要用于驱动 LED。该控制器 PWM 占空比设置的分辨率范围较广。例如，PWM 频率为 5 kHz 时，占空比分辨率最大可为 13 位。然而，这些参数取决于为 LEDC 定时器计时的时钟信号。

示例代码

我们将使用 ESP-IDF 提供的示例代码来演示如何使用 LEDC 驱动程序控制 LED 的亮度。以下是完整的示例代码：

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#include "driver/ledc.h"
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

static const char* TAG = "example";

// LEDC 通道配置
#define LEDC_TIMER              LEDC_TIMER_0
#define LEDC_MODE               LEDC_LOW_SPEED_MODE
#define LEDC_OUTPUT_IO          (2)       // 根据你的硬件连接修改 GPIO
#define LEDC_CHANNEL            LEDC_CHANNEL_0
#define LEDC_DUTY_RESOLUTION    10        // 占空比分辨率
#define LEDC_FREQUENCY          (5000)    // PWM 频率 (Hz)

void app_main(void)
{
    // 配置 LEDC 定时器
    ledc_timer_config_t ledc_timer = {
        .speed_mode       = LEDC_MODE,
        .timer_num        = LEDC_TIMER,
        .duty_resolution  = LEDC_DUTY_RESOLUTION,
        .freq_hz          = LEDC_FREQUENCY,
        .clk_cfg          = LEDC_AUTO_CLK,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_timer_config(&ledc_timer));

    // 配置 LEDC 通道
    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, // 初始占空比
        .hpoint         = 0,
        .flags          = 0,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_channel_config(&ledc_channel));

    // 循环改变 LED 亮度
    while (1) {
        for (int duty = 0; duty <= 1023; duty++) {
            ESP_ERROR_CHECK(ledc_set_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, duty));
            ESP_ERROR_CHECK(ledc_update_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL));
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
        }
        for (int duty = 1023; duty >= 0; duty--) {
            ESP_ERROR_CHECK(ledc_set_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, duty));
            ESP_ERROR_CHECK(ledc_update_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL));
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
        }
    }
}

代码解析

1. 包含头文件

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#include "driver/ledc.h"
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
  • driver/ledc.h：包含 LEDC 驱动程序的 API 声明。
  • esp_log.h：包含日志记录功能。
  • freertos/FreeRTOS.h 和 freertos/task.h：包含 FreeRTOS 任务管理功能。

2. 定义日志标签

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static const char* TAG = "example";
  • 定义了一个日志标签，用于标识日志信息的来源。

3. 定义 LEDC 配置参数

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#define LEDC_TIMER              LEDC_TIMER_0
#define LEDC_MODE               LEDC_LOW_SPEED_MODE
#define LEDC_OUTPUT_IO          (2)       // 根据你的硬件连接修改 GPIO
#define LEDC_CHANNEL            LEDC_CHANNEL_0
#define LEDC_DUTY_RESOLUTION    10        // 占空比分辨率
#define LEDC_FREQUENCY          (5000)    // PWM 频率 (Hz)
  • LEDC_TIMER：使用的定时器编号。
  • LEDC_MODE：速度模式，ESP32-S3 仅支持低速模式。
  • LEDC_OUTPUT_IO：输出 PWM 信号的 GPIO 编号。
  • LEDC_CHANNEL：使用的通道编号。
  • LEDC_DUTY_RESOLUTION：占空比分辨率。
  • LEDC_FREQUENCY：PWM 信号的频率。

4. 配置 LEDC 定时器

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ledc_timer_config_t ledc_timer = {
    .speed_mode       = LEDC_MODE,
    .timer_num        = LEDC_TIMER,
    .duty_resolution  = LEDC_DUTY_RESOLUTION,
    .freq_hz          = LEDC_FREQUENCY,
    .clk_cfg          = LEDC_AUTO_CLK,
};
ESP_ERROR_CHECK(ledc_timer_config(&ledc_timer));
  • 创建一个ledc_timer_config_t结构体，并设置定时器参数。
  • 使用ledc_timer_config函数配置定时器。

5. 配置 LEDC 通道

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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, // 初始占空比
    .hpoint         = 0,
    .flags          = 0,
};
ESP_ERROR_CHECK(ledc_channel_config(&ledc_channel));
  • 创建一个ledc_channel_config_t结构体，并设置通道参数。
  • 使用ledc_channel_config函数配置通道。

6. 循环改变 LED 亮度

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while (1) {
    for (int duty = 0; duty <= 1023; duty++) {
        ESP_ERROR_CHECK(ledc_set_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, duty));
        ESP_ERROR_CHECK(ledc_update_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL));
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
    }
    for (int duty = 1023; duty >= 0; duty--) {
        ESP_ERROR_CHECK(ledc_set_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, duty));
        ESP_ERROR_CHECK(ledc_update_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL));
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
    }
}
  • 在一个无限循环中，逐步增加和减少占空比，从而实现 LED 亮度的渐变。
  • 使用ledc_set_duty设置新的占空比，并使用ledc_update_duty使新配置生效。
  • 使用vTaskDelay设置任务延迟，控制亮度变化的速度。

使用中断

LEDC 驱动还可以配置中断，在渐变完成时触发中断。以下是一个简单的示例，展示如何注册中断处理程序：

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void IRAM_ATTR ledc_fade_isr(void* arg)
{
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    // 处理中断事件
    ESP_LOGI(TAG, "Fade complete");
    portYIELD_FROM_ISR();
}

void app_main(void)
{
    // 配置 LEDC 定时器和通道（同上）

    // 注册中断处理程序
    ledc_isr_register(ledc_fade_isr, NULL, ESP_INTR_FLAG_IRAM, NULL);

    // 启用渐变功能
    ledc_fade_func_install(0);

    // 设置渐变参数并启动渐变
    ledc_set_fade_with_time(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, 1023, 1000);
    ledc_fade_start(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, LEDC_FADE_NO_WAIT);
}

7. 注册中断处理程序

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ledc_isr_register(ledc_fade_isr, NULL, ESP_INTR_FLAG_IRAM, NULL);
  • 使用ledc_isr_register函数注册中断处理程序。
  • ledc_fade_isr：中断处理函数。
  • ESP_INTR_FLAG_IRAM：确保中断处理函数在 IRAM 中执行。

8. 启用渐变功能

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ledc_fade_func_install(0);
  • 使用ledc_fade_func_install函数启用渐变功能。

9. 设置渐变参数并启动渐变

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ledc_set_fade_with_time(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, 1023, 1000);
ledc_fade_start(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, LEDC_FADE_NO_WAIT);
  • 使用ledc_set_fade_with_time函数设置渐变参数。
  • 使用ledc_fade_start函数启动渐变。

总结

通过上述代码，我们可以轻松地在 ESP32-S3 上实现对 LED 的 PWM 控制，从而控制 LED 的亮度。这个示例展示了如何使用 ESP-IDF 提供的 LEDC 驱动程序进行基本的操作，包括定时器配置、通道配置和改变 PWM 信号。你可以根据实际需求，进一步扩展这个示例，比如控制多个 LED 或实现更复杂的渐变效果。

希望这篇博客笔记对你有所帮助！如果你有任何问题或建议，欢迎在评论区留言。

参考文档

教程
#esp32 #esp-idf
使用 ESP32-S3 的 LED PWM 控制器控制 LED 亮度
https://bubao.github.io/posts/11756890.html
作者
一念
发布于
2025年5月18日
许可协议