ESP32的LEDC——以电机调速、舵机控制为例_esp32 舵机

引言
在微控制器编程中，PWM（脉冲宽度调制）是一种重要的技术，它可以用于模拟模拟信号，控制LED亮度，驱动电机，以及生成音频信号等。ESP32是内置了一个高级LEDC（LED PWM Controller）硬件，用于产生高精度的PWM信号。本文将详细介绍ESP32的LEDC功能，包括其工作原理，编程方法，以及应用实例。

LEDC基础
LEDC是ESP32特有的一个硬件PWM控制模块。与传统的PWM不同，LEDC提供更高的分辨率，更多的通道，以及更灵活的频率控制。ESP32支持高速模式和低速模式两种LEDC运行模式，分别有8个独立的通道。

LEDC的特点

• 独立通道：ESP32提供高速模式和低速模式，每种模式8个通道。
• 高分辨率：支持高达14位的分辨率，即16384个不同的占空比水平。
• 灵活的频率调节：频率范围从几赫兹到几十兆赫兹。
• 波形生成：可用于生成复杂的波形序列。

LEDC的工作模式
在ESP-IDF开发框架中，LEDC模块可以工作在两种模式下：

• 高速模式：高速模式通常用于需要高频PWM信号的应用，如LED照明。在这种模式下，PWM信号的频率可以非常高，可以达到数十甚至数百千赫兹（kHz）。这对于LED照明是非常理想的，因为高频率确保了人眼无法察觉到任何闪烁，从而提供平滑的光线调整和更好的视觉体验。在高速模式下，LEDC模块使用ESP32的高速定时器。这些定时器的时钟来源于APB_CLK，这是一个较高的系统时钟频率，由此可以生成较高频率的PWM信号。

例子：初始化一个LEDC通道在高速模式

ledc_timer_config_t ledc_timer = {  .duty_resolution = LEDC_TIMER_13_BIT, // 分辨率  .freq_hz = 5000,                      // 频率  .speed_mode = LEDC_HIGH_SPEED_MODE,   // 高速模式  .timer_num = LEDC_TIMER_0             // 定时器};ledc_timer_config(&ledc_timer);ledc_channel_config_t ledc_channel = {  .channel    = LEDC_CHANNEL_0,  .duty       = 0,  .gpio_num   = 18,  .speed_mode = LEDC_HIGH_SPEED_MODE,  .timer_sel  = LEDC_TIMER_0};ledc_channel_config(&ledc_channel);

• 低速模式：低速模式适用于不需要很高频率PWM信号的场合，例如在电机控制等应用中。在这种模式下，PWM信号的频率较低，可以是几赫兹到几千赫兹。对于许多类型的电机控制，这种较低的频率是足够的，且有助于降低系统的功耗。在低速模式下，LEDC模块使用ESP32的低速定时器。这些定时器可以选择APB_CLK或RTC_CLK（来自RTC模块的慢速时钟）作为时钟源。使用RTC_CLK时，甚至在深度睡眠模式下，PWM也可以继续运作，对于低功耗场景非常有用。

#include "driver/ledc.h"// 定义LED连接的GPIO引脚#define LED_PIN 2// 初始化LEDC定时器的配置结构体ledc_timer_config_t ledc_timer = {  .speed_mode = LEDC_LOW_SPEED_MODE, // 低速模式  .duty_resolution = LEDC_TIMER_13_BIT, // 分辨率为13位  .timer_num = LEDC_TIMER_0, // 定时器编号  .freq_hz = 1000, // PWM信号的频率, 例如1000 Hz  .clk_cfg = LEDC_AUTO_CLK, // 自动选择时钟源};// 初始化LEDC通道的配置结构体ledc_channel_config_t ledc_channel = {  .gpio_num   = LED_PIN,  .speed_mode = LEDC_LOW_SPEED_MODE,  .channel    = LEDC_CHANNEL_0,  .timer_sel  = LEDC_TIMER_0,  .duty       = 0, // 初始占空比为0  .hpoint     = 0};// 初始化LEDC定时器ledc_timer_config(&ledc_timer);// 初始化LEDC通道ledc_channel_config(&ledc_channel);// 设置通道的占空比到一定的值，例如50%ledc_set_duty(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel, 1 << (ledc_timer.duty_resolution - 1));ledc_update_duty(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel);

1. ESP-IDF中的LEDC使用步骤：
ESP-IDF为LEDC提供了一系列的API函数，用于配置和控制LEDC。以下是使用LEDC进行编程的基本步骤：

2. 配置LEDC
使用LEDC之前，需要配置LEDC通道和定时器。每个通道都必须关联一个定时器，定时器定义了PWM信号的频率和分辨率。

ledc_timer_config_t ledc_timer = {    .duty_resolution = LEDC_TIMER_8_BIT, // 分辨率    .freq_hz = 5000,                     // 频率    .speed_mode = LEDC_HIGH_SPEED_MODE,   // 速度模式    .timer_num = LEDC_TIMER_0            // 定时器编号};ledc_timer_config(&ledc_timer);

3. 配置LEDC通道
每个LEDC通道可以连接到一个GPIO引脚，并且可以独立控制PWM信号的占空比。

ledc_channel_config_t ledc_channel = {    .channel    = LEDC_CHANNEL_0,    .duty       = 0,    .gpio_num   = 18,    .speed_mode = LEDC_HIGH_SPEED_MODE,    .timer_sel  = LEDC_TIMER_0};ledc_channel_config(&ledc_channel);

4. 控制PWM信号
配置好LEDC通道和定时器后，就可以使用API函数来控制PWM信号了。

// 设置PWM占空比ledc_set_duty(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel, duty);ledc_update_duty(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel);

arduino环境中的LEDC
虽然analogWrite函数现在已经支持ESP32使用，但是LEDC更加的灵活准确：

• LEDC是针对ESP32微控制器的一组硬件特定功能，它利用ESP32的LED PWM控制器来实现精确的PWM输出。它允许用户对频率和占空比进行更精细的控制，并可以在高速模式和低速模式之间选择。
• LEDC提供了更多的配置选项，如不同的定时器分辨率、不同的频率设置以及独立的通道管理，这使得它在需要精确控制PWM信号时更为有用。
• LEDC允许用户选择不同的分辨率，例如从1位到16位，我们可以产生精度从2级到65536级的PWM信号。

舵机实例

下面我们来详细的分析一下舵机控制的代码

#include <Arduino.h>// 定义LEDC通道、GPIO引脚和分辨率#define LEDC_CHANNEL    0#define LEDC_PIN        12#define LEDC_RESOLUTION 10 // 设置分辨率为10位void setup() {// 初始化LEDC通道ledcSetup(LEDC_CHANNEL, 50, LEDC_RESOLUTION); // 设置频率为50Hz，分辨率为10位ledcAttachPin(LEDC_PIN, LEDC_CHANNEL); // 将GPIO引脚与LEDC通道关联}void loop() {int dutyCycle = (pow(2, LEDC_RESOLUTION) - 1) * 0.075; // 使用10位分辨率计算占空比值ledcWrite(LEDC_CHANNEL, dutyCycle);// 延迟1秒delay(1000);dutyCycle = (pow(2, LEDC_RESOLUTION) - 1) * 0.0875; // 使用10位分辨率计算占空比值ledcWrite(LEDC_CHANNEL, dutyCycle);delay(1000);dutyCycle = (pow(2, LEDC_RESOLUTION) - 1) * 0.075; // 使用10位分辨率计算占空比值ledcWrite(LEDC_CHANNEL, dutyCycle);delay(1000);dutyCycle = (pow(2, LEDC_RESOLUTION) - 1) * 0.0625; // 使用10位分辨率计算占空比值ledcWrite(LEDC_CHANNEL, dutyCycle);delay(1000);}

 这段代码是为Arduino编写的，用于在ESP32微控制器上配置LEDC（LED PWM控制器）以产生PWM信号。以下是详细解析：

包含库

#include <Arduino.h>

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