ESP32的LED_PWM实现呼吸灯效果

          点亮一盏led灯再简单不过了，貌似没什么好写的，但今天要说的灯涉及到了一个常用的原理那就是pwm。乐鑫的ESP32的esp_idf实现了一个呼吸灯的接口;我按着接口写了个小程序去实现闪烁和呼吸的效果，但调了半天才调出了想要的呼吸效果；故作此笔记；先来说下几个简单的概念；

PWM:Pulse Width Modulation 的缩写，即脉冲宽度调制；它的作用可以简单的说使用数字信号来实现模拟信号；在这假设pwm的周期是100ms，那么他的频率就是10hz,每个周期内会有高电平和低电平即0和1，这0和1在一个周期内的所占的时间比可以不同也可以相同，这就是pwm 的存在意义或者说本质；

占空比 ：高电平时间占整个周期的比例；比如1占50ms,0占50ms那上例的占空比就是50%了。

esp32的呼吸灯就是基于pwm原理实现，只不过牛人写的底层接口代码就是难懂，但仔细看也很好理解；ESP32的LED_PWM主要用于控制 LED 的亮度和颜色，也可以产生 PWM 信号用于其他用途，有16路通道，能够产生独立的数字波形来驱动led设备，呼吸灯的效果就是通过该PWM 控制器自动逐渐增加或减少占空比，在无须处理器干预的情况下实现亮度和颜色渐变，这就是呼吸灯的来源了。

以上是官方的pwm 实现原理，一句话：系统时钟源xCLK--->分频器Divider---->计数器Counter--->比较器--->输出的pwm信号sig-out. 其中分频器的输出时钟作为计数器的基准时钟，该分频器为18位高A10位整数部分，B低8位小数部分，所以分频系数计算公式：

LEDC_CLK_DIV _NUM_HSTIMERx = A*B/256

再者就是计数器，计数范围由 LEDC_HSTIMERx_DUTY_RES 进行配置每次计数达到最大值 2 ^LEDC_HSTIMERx_DUTY _RES −1 时，产生溢出中断，并且计数值回归到 0。因此pwm的频率就可以确定（请注意下面的“！”号，它实现两个时钟源的二选一）：

      顺便说下那两个比较器high_level_comparator和low_level_comparator，当计数器的值达到 hpoint 时，输出信号翻转为高电平， hpoint，由 LEDC_HPOINT_HSCHn 配置。当计数器的值等于 lpoint 时，输出信号翻转为低电平， 其中lpoint，由以下几个寄存器LEDC_DUTY_HSCHn，LEDC_DUTY_START_HSCHn，LEDC_DUTY_INC_HSCHn，LEDC_DUTY_NUM_HSCHn 以及 LEDC_DUTY_SCALE_HSCHn 共同决定，请注意这几个寄存器的配置可实现渐变占空比，呼吸灯就依赖它们了。

至此pwm 的实现原理就说得差不多了，所以的pwm基本都这套路，大学时的51和stm32都是这么玩的了。下面是我随意写的一个呼吸灯程序。

esp_err_t led_custom_breathing(gpio_num_t gpio_num){
    esp_err_t ret = ESP_OK;
    ledc_channel_config_t ledc_conf;
    ledc_timer_config_t ledc_timer_conf;
    printf("led_custom led init!\n");
    ledc_conf.gpio_num=gpio_num;
    ledc_conf.speed_mode=LEDC_HIGH_SPEED_MODE;
    ledc_conf.intr_type=LEDC_INTR_DISABLE;
    ledc_conf.timer_sel=LEDC_TIMER_0;
    ledc_conf.duty=2047;//在此控制亮度比例 占空比=duty/duty_resolution :一个周期内高电平所占 
                        //的比例 脉宽=占空比/频率 脉宽：脉宽是在一个周期内高电平所占的时间；
    ledc_conf.channel=LEDC_CHANNEL_0;

	ledc_timer_conf.timer_num=LEDC_TIMER_0;
	ledc_timer_conf.speed_mode=LEDC_HIGH_SPEED_MODE;
	ledc_timer_conf.duty_resolution=LEDC_TIMER_11_BIT;
	ledc_timer_conf.freq_hz=500;//一秒内的周期数，所以要达到2047个周期数大概需要4秒，即最亮；

	if(ledc_timer_config(&ledc_timer_conf)){
	  printf("ledc_timer_config failled!!!\n");
	  ret = ESP_FAIL;
	}
	
	if(ESP_OK!=ledc_channel_config(&ledc_conf)){
	  printf("ledc_channel_config failled!!!\n");
	  ret = ESP_FAIL;
	}
	max_fade_time_ms=max_fade_time_ms;

	ledc_fade_func_install(0);
	while(1){//实现呼吸效果
    	ledc_set_fade_with_step(LEDC_HIGH_SPEED_MODE, LEDC_CHANNEL_0, 2047, 1, 1);
    	ledc_fade_start(LEDC_HIGH_SPEED_MODE, LEDC_CHANNEL_0, 1);
    	ledc_set_fade_with_step(LEDC_HIGH_SPEED_MODE, LEDC_CHANNEL_0, 0, 1, 1);
    	ledc_fade_start(LEDC_HIGH_SPEED_MODE, LEDC_CHANNEL_0, 1);
    	vTaskDelay(500 / portTICK_RATE_MS);
    	printf(" led_breathing !!\n");
	}
	return ret;
}

      不管呼吸灯还是闪烁灯都需要先配置定时器ledc_timer_config和通道ledc_channel_config，而且顺序还不能反，因为仔细看ledc_channel_config（）函数它是要配置定时器的，就是所谓的依赖关系，很多函数与函数之间都有这种依赖关系，搞反了不是报错就是没法实现特定功能。这里还需注意两个参数ledc_timer_conf.freq_h和ledc_conf.duty，这两个参数的数值设置不好呼吸灯就成了常亮或闪烁。

此外要实现呼吸先ledc_set_fade_with_step(ledc_mode_t speed_mode, ledc_channel_t channel, uint32_t target_duty, int scale, int cycle_num)；再ledc_fade_start(ledc_mode_t speed_mode, ledc_channel_t channel, ledc_fade_mode_t wait_done)；当duty达到target_duty时duty保持直到你再次设置ledc_set_fade_with_step；其中scale是duty的增长或减少方向；注意这里当ledc_set_fade_with_step之后必须ledc_fade_start；所以在循坏里就形成了呼吸灯；实现呼吸灯其实还有很多种方式，这里只讲了其中的一种，原理都是一样的，代码实现的比较粗略献丑啦。