一起玩儿物联网人工智能小车（ESP32）——21. ESP32的LED PWM控制器说明

摘要：本文介绍ESP32的LED PWM控制器的详细原理说明

ESP32芯片提供了2种用于输出PWM的信号的PWM控制器，一种LED控制器（LEDC），一种是马达PWM控制器（MCPWM）。其中MCPWM是专门用于马达调速控制的控制器，这个留在以后再讲解。今天讲解相对简单的LEDC。

LEDC虽然叫LED控制器，是主要用来控制LED，但其产生的信号用于其他设备的控制也是没有问题的。

LEDC是指LED PWM控制器，它有16路外接通道，其中8路为高速通道，另外8路为低速通道。每一个通道都可以使用不同的时钟源。

高速通道模式在硬件中实现，可以自动且无干扰地改变PWM占空比。而低速通道模式下的PWM占空比则需要由软件中的驱动器改变。高速模式的优点是可平稳地改变定时器设置。也就是说，高速模式下如定时器设置改变，在该定时器的下一次溢出中断后自动生效。而更新低速定时器的设置时，并不会自动生效，需要由软件通过函数调用来使其生效。

在使用LED PWM控制器生成PWM信号时，首先需要进行以下两个设置：

一、定时器配置

在进行定时器的配置时，需要给出以下一些信息：

1. 速度模式，也就是使用LEDC的高速模式还是低速模式。
2. 定时器索引，指定使用哪一个定时器。
3. PWM信号频率，用于指定生成PWM信号的频率。
4. PWM信号占空比分辨率，这个参数决定着PWM信号的占空比。PWM信号的频率参数和占空比分辨率是相关联的，频率越高，占空比分辨率越低，反之亦然。
5. 时钟源，指定LEDC所使用的时钟源，这个时钟源也与PWM信号频率相关，时钟源的频率越高，可以配置的PWM信号频率上限也就越高。

下表列举了ESP32 LEDC时钟源的时钟频率、速度模式和相关特性：Á

时钟名称	时钟频率	速度模式	时钟功能
APB_CLK	80 MHz	高速 / 低速	/
REF_TICK	1 MHz	高速 / 低速	支持动态调频 (DFS) 功能
RC_FAST_CLK	~ 8 MHz	低速	支持动态调频（DFS）功能，支持 Light-sleep 模式

那么PWM信号占空比最大分辨率与指定的时钟源频率、输出的PWM信号频率之间的关系如下公式所示：

其中：floor()函数为向下取整。

下表为不同时钟源对应常用的PWM信号频率的PWM信号占空比最大分辨率和PWM信号的最高精度。

LEDC时钟源	LEDC输出(PWM)频率	占空比最大分辨率	最高精度
APB_CLK (80 MHz)	1 kHz	16 bit	1/65536
APB_CLK (80 MHz)	5 kHz	13 bit	1/8192
APB_CLK (80 MHz)	10 kHz	12 bit	1/4096
RTC8M_CLK (8 MHz)	1 kHz	12 bit	1/4096
RTC8M_CLK (8 MHz)	8 kHz	9 bit	1/512
REF_TICK (1 MHz)	1 kHz	9 bit	1/512

所以，在开发的时候，要依据计划输出的PWM信号的频率和可以选取的时钟源来计算出所生成PWM信号占空比的最高精度，以此来判断是否满足设计的要求。

配置完LEDC的定时器后，还需要进行通道配置。

二、通道配置

通道配置的有些参数与前面定时器配置的参数含义相同，这里就不解释了。最主要的不同就是要指定PWM信号输出GPIO引脚，也就是由那个GPIO引脚输出PWM信号。在选择GPIO引脚的时候同样要注意之前说的注意事项。最关键的就是两点，一是有特殊功能且被占用的引脚不能使用，另一个就是只有输入功能的GPIO不能使用。

在完成通道的配置后，该通道便开始运行，并在选定的GPIO引脚上生成由定时器设置指定的频率和占空比的PWM信号。

PWM信号在输出的过程中，开发人员还可以通过软件来改变PWM信号的频率和占空比。另外，LEDC也提供了硬件自动改变占空比，也就是不在CPU的干预下，可以自动的改变输出PWM信号的占空比，这个功能主要用来实现LED的颜色和亮度的渐变。

好了，ESP32的LEDC PWM控制器的基本知识就介绍到这里了，似乎有些复杂，一时理解不了也没关系，初期能够照着例子把程序做出来就可以了。这么多参数也不是都需要配置的，开发软件会给很多参数选取合适的默认值。所以，真正开发起来，并不是那么的难。

今天就到这里了，接下来会讲解如何用Mixly实现PWM波形的输出。