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## 一、LED PWM 控制器

### 1、簡介

LED 控制器 (LEDC) 主要用于控制 LED，也可產(chǎn)生 PWM 信號用于其他設(shè)備的控制。 該控制器有 16 路通道，可以產(chǎn)生獨立的波形來驅(qū)動 RGB LED 等設(shè)備。

LEDC 通道共有兩組，分別為 8 路高速通道和 8 路低速通道。高速通道模式在硬件中實現(xiàn)，可以自動且無干擾地改變 PWM 占空比。低速通道模式下，PWM 占空比需要由軟件中的驅(qū)動器改變。每組通道都可以使用不同的時鐘源。

LED PWM 控制器可在無需 CPU 干預的情況下自動改變占空比，實現(xiàn)亮度和顏色漸變。

[參考](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html)

設(shè)置 LEDC 通道在 [高速模式或低速模式](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#ledc-api-high-low-speed-mode) 下運行，需要進行如下配置：

1. [定時器配置](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#ledc-api-configure-timer) 指定 PWM 信號的頻率和占空比分辨率。
2. [通道配置](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#ledc-api-configure-channel) 綁定定時器和輸出 PWM 信號的 GPIO。
3. [改變 PWM 信號](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#ledc-api-change-pwm-signal) 輸出 PWM 信號來驅(qū)動 LED?？赏ㄟ^軟件控制或使用硬件漸變功能來改變 LED 的亮度。

另一個可選步驟是可以在漸變終端設(shè)置一個中斷。

在解釋ESP32上的PWM功能之前，讓我們討論一些與PWM相關(guān)的術(shù)語。
● **TON（導通時間）**：信號為高電平時的持續(xù)時間。

● **TOFF（關(guān)斷時間）**：信號為低電平時的持續(xù)時間。

● **周期**：PWM信號的導通時間和關(guān)斷時間之和。

● **占空比**：PWM信號周期內(nèi)信號為高電平的時間百分比。

? 例如，如果總周期為10ms的脈沖保持 ON（高）5ms。然后，占空比將為：占空比 = 5/10 * 100 = 50%

● **PWM的頻率：**PWM信號的頻率決定了PWM完成一個周期的速度。一個周期是一個PWM信號的完整ON和OFF，如上圖所示。

### 2、配置定時器

要設(shè)置定時器，可調(diào)用函數(shù) [`ledc_timer_config()`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv417ledc_timer_configPK19ledc_timer_config_t)，并將包括如下配置參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) [`ledc_timer_config_t`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv419ledc_timer_config_t) 傳遞給該函數(shù)：

- 速度模式 [`ledc_mode_t`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv411ledc_mode_t)
- 定時器索引 [`ledc_timer_t`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv412ledc_timer_t)
- PWM 信號頻率
- PWM 占空比分辨率
- 時鐘源 [`ledc_clk_cfg_t`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv414ledc_clk_cfg_t)

頻率和占空比分辨率相互關(guān)聯(lián)。PWM 頻率越高，占空比分辨率越低，反之亦然。如果 API 不是用來改變 LED 亮度，而是用于其它目的，這種相互關(guān)系可能會很重要。更多信息詳見 [頻率和占空比分辨率支持范圍](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#ledc-api-supported-range-frequency-duty-resolution) 一節(jié)。

時鐘源同樣可以限制PWM頻率。選擇的時鐘源頻率越高，可以配置的PWM頻率上限就越高。

**通道配置**

定時器設(shè)置好后，請配置所需的通道（[`ledc_channel_t`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv414ledc_channel_t) 之一）。配置通道需調(diào)用函數(shù) [`ledc_channel_config()`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv419ledc_channel_configPK21ledc_channel_config_t)。

通道的配置與定時器設(shè)置類似，需向通道配置函數(shù)傳遞包括通道配置參數(shù)的結(jié)構(gòu)體 [`ledc_channel_config_t`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv421ledc_channel_config_t) 。

此時，通道會按照 [`ledc_channel_config_t`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv421ledc_channel_config_t) 的配置開始運作，并在選定的 GPIO 上生成由定時器設(shè)置指定的頻率和占空比的 PWM 信號。在通道運作過程中，可以隨時通過調(diào)用函數(shù) [`ledc_stop()`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/peripherals/ledc.html#_CPPv49ledc_stop11ledc_mode_t14ledc_channel_t8uint32_t) 將其暫停。

### 3、示例

```c
//1. ESP32 下面是一個呼吸燈的整理，可以直接使用，歡迎參考。
#include
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/ledc.h"
#include "esp_err.h"
#define LEDC_HS_TIMER LEDC_TIMER_0
#define LEDC_HS_MODE LEDC_HIGH_SPEED_MODE
#define LEDC_HS_CH0_CHANNEL LEDC_CHANNEL_0
#define LEDC_HS_CH0_GPIO (2)
#define LEDC_TEST_DUTY (4000)
#define LEDC_TEST_FADE_TIME (3000)
void app_main(void)
{
//1. PWM: 定時器配置

ledc_timer_config_t ledc_timer = {
.duty_resolution = LEDC_TIMER_13_BIT, // resolution of PWM duty
.freq_hz = 5000, // frequency of PWM signal
.speed_mode = LEDC_HS_MODE, // timer mode
.timer_num = LEDC_HS_TIMER, // timer index
.clk_cfg = LEDC_AUTO_CLK, // Auto select the source clock
};

ledc_timer_config(&ledc_timer);
//2. PWM:通道配置
ledc_channel_config_t ledc_channel= {
.channel = LEDC_HS_CH0_CHANNEL,
.duty = 0,
.gpio_num = LEDC_HS_CH0_GPIO, //這里是SDK帶的呼吸燈案例，你看下能看懂不，我現(xiàn)在給你修改個引腳，你的燈就用上了， 2表示你板子上的那個燈 2引腳的那個
.speed_mode = LEDC_HS_MODE,
.hpoint = 0,
.timer_sel = LEDC_HS_TIMER
};

ledc_channel_config(&ledc_channel);
//3.PWM:使用硬件漸變
ledc_fade_func_install(0);
//4. 輸出PWM信號控制燈

while (1) {
//燈：由滅慢慢變亮
printf("1. LEDC fade up to duty = %d\n", LEDC_TEST_DUTY);
ledc_set_fade_with_time(ledc_channel.speed_mode,
ledc_channel.channel, LEDC_TEST_DUTY, LEDC_TEST_FADE_TIME);
ledc_fade_start(ledc_channel.speed_mode,
ledc_channel.channel, LEDC_FADE_NO_WAIT);
vTaskDelay(LEDC_TEST_FADE_TIME / portTICK_PERIOD_MS);
//燈：由亮慢慢變滅
printf("2. LEDC fade down to duty = 0\n");
ledc_set_fade_with_time(ledc_channel.speed_mode,
ledc_channel.channel, 0, LEDC_TEST_FADE_TIME);
ledc_fade_start(ledc_channel.speed_mode,
ledc_channel.channel, LEDC_FADE_NO_WAIT);
vTaskDelay(LEDC_TEST_FADE_TIME / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
```

## 二、Motor Control Pulse Width Modulator(MCPWM)

### 1、簡介

ESP32有兩個MCPWM單元，可用于控制不同類型的電機。每個單元有三對PWM輸出。

**作用**：

- PWM輸出
- 每個單元還能夠收集諸如同步信號等輸入，檢測電機過電流或過電壓等故障信號，
- 以及在例如轉(zhuǎn)子位置上獲得捕獲信號的反饋。

每個A/B對可由三個定時器中的任何一個MCPWM定時器0、1和2中的任何一個時鐘。（相同的定時器可用于時鐘多對PWM輸出）

從上圖我們不難發(fā)現(xiàn)，MCPWM具有的功能（上圖彩色的虛線框）有：

- `OPERATOR `操作器模塊
- `CAPTURE `狀態(tài)捕獲模塊
- `FAULT DETECT`故障處理器模塊
- `CLOCK/TIMER`時鐘、時鐘預分頻器模塊
（黑色虛線框指的是GPIO矩陣 (GPIO Matrix)）

**1、操作器模塊 Operator**

**操作員 (Operator) 用于操作連接到MCPWM單元的電機。**例如改變旋轉(zhuǎn)方向（順時針或逆時針），或改變轉(zhuǎn)速。

? 操作員輸出一共有 3 對，我們可以對其施加控制信號。標記為“A”和“B”的稱為一對。A、B均有自己對應(yīng)的名為“Generator”的子模塊來驅(qū)動諸如PWM的輸出信號。

? 為了提供PWM信號，每個Operator本身由三個可用的定時器（MCPWM Timer）中的任何一個進行計時。

? 為了簡化API，API會 自動關(guān)聯(lián) 具有相同索引`Timer`以驅(qū)動`Operator`。例如`Timer 0`與`Operator 0`關(guān)聯(lián)。

**2、捕獲模塊 Capture**
捕獲模塊在功能上相當于由沿中斷控制的捕獲定時器

? 對于無刷直流電機，控制的要求之一是感應(yīng)轉(zhuǎn)子位置。

? 為了完成這一任務(wù)，每個 MCPWM單元提供三個傳感輸入以及專用的硬件。該硬件能夠檢測輸入信號的邊緣，并測量信號之間的時間。

? 因此，控制軟件更簡單，CPU功率可能用于其他任務(wù)。

注意：3個Capture可以在不使用PWM輸出時**單獨使用**，即只配置Capture實現(xiàn)邊緣捕獲功能。**因此MCPWM還可用于非電機外設(shè)**。例如，使用MCPWM的Capture0去捕獲**HC-SR04**超聲波模塊ECHO引腳的高電平時間，進而實現(xiàn)測距。

**3、故障處理器模塊 Fault Detect**
MCPWM的每個單元都能夠感知外部信號，包括有關(guān)電機、電機驅(qū)動器或連接到MCPWM的任何其他設(shè)備的故障信息。每個單元有三個錯誤輸入，可以路由到用戶可選擇的GPIO。當接收到故障信號時，MCPWM可以配置為對A/B輸出執(zhí)行四種預定義的動作之一：

- 鎖定輸出的當前狀態(tài)

- 設(shè)置低輸出

- 設(shè)置高輸出

- 開關(guān)輸出

用戶應(yīng)確定電機可能的故障模式以及在檢測到特定故障時應(yīng)采取的行動。

例如：對有刷電機驅(qū)動所有輸出為低，或?qū)?a href="http://www.makelele.cn/tags/步進電機/" target="_blank">步進電機鎖定電流狀態(tài)等。這個動作會使電機處于安全狀態(tài)，以減少故障造成的損壞的可能性。

**4、載波 Carrier和中斷 Interrupts**
MCPWM有一個載波子模塊，如果使用互感原理（如通過變壓器）向電機驅(qū)動傳遞A/B輸出信號（例如需要讓電機驅(qū)動器輸入電流與ESP32 GPIO輸出電流相互隔離）。任何A和B輸出信號都可以100%占空，并且當電機在滿載時需要穩(wěn)定運行時，信號不會改變。

? 通過調(diào)用`mcpwm_isr_register()`可以注冊MCPWM中斷處理程序。
注意，如果使用了`mcpwm_capture_enable_channel()`，那么將安裝一個默認的ISR例程來實現(xiàn)簡化API的回調(diào)。因此，如果使用了`mcpwm_capture_enable_channel()`，請不要再調(diào)用mcpwm_isr_register()這個函數(shù)來注冊中斷。

### 2、使用 MCPWM 輸出 PWM 信號

#### 2.1 創(chuàng)建MCPWM

初始化MCPWM需要的步驟：

- 配置GPIO口

- 在一個`mcpwm_config_t`結(jié)構(gòu)體中設(shè)置定時器頻率和初始任務(wù)的設(shè)置。

- 非必須：設(shè)置定時器分辨率（默認為10,000,000）。使用函數(shù)`mcpwm_group_set_resolution() `和 `mcpwm_timer_set_resolution()`
- 使用上述參數(shù)調(diào)用mcpwm_init()以使配置生效。

1，配置GPIO口：使用函數(shù)mcpwm_gpio_init()或函數(shù)mcpwm_set_pin()。

兩者的區(qū)別是前者為指定的功能配置 GPIO，而后者是一次性配置所有的GPIO。

**mcpwm_gpio_init()** //初始化一個GPIO

```c
esp_err_t mcpwm_gpio_init(mcpwm_unit_t mcpwm_num, mcpwm_io_signals_t io_signal, int gpio_num)
//mcpwm_num類型為：mcpwm_unit_t；MCPWM單元
//io_signal類型為：mcpwm_io_signals_t；MCPWM功能signal，如MCPWM0A表示某MCPWM的A輸出
//gpio_num類型為：int；表示想要配置為哪個GPIO
```

**mcpwm_set_pin()** //配置所有與MCPWM有關(guān)的GPIO

```c
esp_err_t mcpwm_set_pin(mcpwm_unit_t mcpwm_num, const mcpwm_pin_config_t *mcpwm_pin)
//mcpwm_num類型為：mcpwm_unit_t；表示MCPWM單元索引
//*mcpwm_pin類型為：mcpwm_pin_config_t指針；表示一個結(jié)構(gòu)體，包含所有與MCPWM功能對于的GPIO
```

2，配置mcpwm參數(shù)

通過函數(shù)`mcpwm_init()`，傳遞一個`mcpwm_config_t`結(jié)構(gòu)體指針

**mcpwm_init()**

```c
esp_err_t mcpwm_init(mcpwm_unit_t mcpwm_num,
mcpwm_timer_t timer_num,
const mcpwm_config_t *mcpwm_conf)
//mcpwm_num類型為：mcpwm_unit_t；表示MCPWM索引
//timer_num類型為：mcpwm_timer_t；表示初始化哪個MCPWM定時器，對應(yīng)與其相同索引的Operator
//*mcpwm_conf類型為：const mcpwm_config_t；表示配置結(jié)構(gòu)體指針

typedef struct {
uint32_t frequency;//頻率
float cmpr_a;//A輸出的占空比
float cmpr_b;//B輸出的占空比
mcpwm_duty_type_t duty_mode;//占空比模式 (對應(yīng)高還是低)
mcpwm_counter_type_t counter_mode;//定時器計數(shù)方向
}

//示例
mcpwm_config_t mcpwmConfig = {
.frequency = 1000,
.cmpr_a = 0,
.cmpr_b = 0,
.counter_mode = MCPWM_UP_COUNTER,
.duty_mode = MCPWM_DUTY_MODE_0,
};
mcpwm_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0, &mcpwmConfig);
```

#### 2.2 PWM信號控制

- **1、設(shè)置為全速（非PWM信號）**
我們可以使用`mcpwm_set_signal_high()`或`mcpwm_set_signal_low()`函數(shù)來驅(qū)動特定的信號穩(wěn)定為高或低。這將使電機以最大速度旋轉(zhuǎn)或停止。

**mcpwm_set_signal_high(或low) ()** // 設(shè)置MCPWM的某個generator信號為高[或低]

```c
esp_err_t mcpwm_set_signal_high(mcpwm_unit_t mcpwm_num,
mcpwm_timer_t timer_num,
mcpwm_generator_t gen)
//mcpwm_num類型為：mcpwm_unit_t；表示MCPWM單元
//timer_num類型為：mcpwm_timer_t；表示哪組MCPWM Operator
//gen類型為：mcpwm_generator_t；表示對應(yīng)的A還是B
```

- **2、設(shè)置PWM信號**
若要更改PWM的占空比，調(diào)用`mcpwm_set_duty()`并以%為單位提供占空比的百分數(shù)值。如果您希望以微秒為單位設(shè)置任務(wù)，則可以選擇調(diào)用`mcpwm_set_duty_in_us()`?？梢酝ㄟ^調(diào)用`mcpwm_set_duty_type()`來改變PWM占空比的模式（占空比數(shù)值對應(yīng)高還是對應(yīng)低）。

**mcpwm_set_duty (in_us) （）** //設(shè)置占空比

```c
esp_err_t mcpwm_set_duty(mcpwm_unit_t mcpwm_num,
mcpwm_timer_t timer_num,
mcpwm_generator_t gen,
float duty)
//mcpwm_num類型為：mcpwm_unit_t；表示MCPWM單元
//timer_num類型為：mcpwm_timer_t；表示哪組MCPWM輸出
//gen類型為：mcpwm_generator_t；表示A輸出還是B輸出
//duty[_in_us]類型為：float；表示占空比百分數(shù)%[或微秒]
```

**mcpwm_set_duty_type()** //設(shè)置占空比類型，并恢復PWM輸出

```c
esp_err_t mcpwm_set_duty_type(mcpwm_unit_t mcpwm_num,
mcpwm_timer_t timer_num,
mcpwm_generator_t gen,
mcpwm_duty_type_t duty_type)
//mcpwm_num類型為：mcpwm_unit_t；表示MCPWM單元
//timer_num類型為：mcpwm_timer_t；表示哪組MCPWM輸出
//gen類型為：mcpwm_generator_t；表示A輸出還是B輸出
//duty_type類型為：mcpwm_duty_type_t；表示占空比
```

- **3、啟動輸出**
通過調(diào)用`mcpwm_start()`或`mcpwm_stop()`來驅(qū)動PWM信號的輸出。 當使用`mcpwm_init()`后，ESP32 會自動調(diào)用`mcpwm_start()`啟動電機

**mcpwm_start(或stop）()** // 啟動[或關(guān)閉]MCPWM輸出

```c
esp_err_t mcpwm_start(mcpwm_unit_t mcpwm_num,
//mcpwm_num類型為：mcpwm_unit_t；表示MCPWM單元
mcpwm_timer_t timer_num)
//timer_num類型為：mcpwm_timer_t；表示哪組MCPWM
```

### 3、示例

使用mcpwm驅(qū)動直流電機

```c
#include
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/mcpwm.h"

#define GPIO_PWM0A_OUT 15 //設(shè)置 GPIO 15 作為 PWM0A
#define GPIO_PWM0B_OUT 16 //設(shè)置 GPIO 16 作為 PWM0B

//---------電機向前移動
static void brushed_motor_forward(mcpwm_unit_t mcpwm_num, mcpwm_timer_t timer_num, float duty_cycle)
{
mcpwm_set_signal_low(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_B);
mcpwm_set_duty(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_A, duty_cycle);
mcpwm_set_duty_type(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_A, MCPWM_DUTY_MODE_1);
}

//--------- 電機向后移動
static void brushed_motor_backward(mcpwm_unit_t mcpwm_num, mcpwm_timer_t timer_num, float duty_cycle)
{
mcpwm_set_signal_low(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_A);
//設(shè)置MCPWM的某個generator信號為高[或低]
mcpwm_set_duty(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_B, duty_cycle);
//設(shè)置占空比
//mcpwm_num類型為：mcpwm_unit_t；表示MCPWM單元
//timer_num類型為：mcpwm_timer_t；表示哪組MCPWM輸出
//gen類型為：mcpwm_generator_t；表示A輸出還是B輸出
//duty[_in_us]類型為：float；表示占空比百分數(shù)%[或微秒]

mcpwm_set_duty_type(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_B, MCPWM_DUTY_MODE_1);
// 設(shè)置占空比類型，并恢復PWM輸出
}

//---------電機停止
static void brushed_motor_stop(mcpwm_unit_t mcpwm_num, mcpwm_timer_t timer_num)
{
mcpwm_set_signal_low(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_A);
mcpwm_set_signal_low(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_B);
}

//---------為直流電機配置MCPWM
static void mcpwm_task(void *arg)
{
//1. mcpwm gpio 初始化
printf("initializing mcpwm gpio!\n");
mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM0A, GPIO_PWM0A_OUT); //配置GPIO口
mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM0B, GPIO_PWM0B_OUT);

//2. 初始化 mcpwm 配置
printf("Setting mcpwm!\n");
mcpwm_config_t pwm_config = {
.frequency = 1000, //頻率 = 500Hz,
.cmpr_a = 0, // PWMxA占空比 = 0
.cmpr_b = 0, // PWMxB占空比 = 0
.duty_mode = MCPWM_DUTY_MODE_0, //占空比模式 (對應(yīng)高還是低)
.counter_mode = MCPWM_UP_COUNTER, //定時器計數(shù)方向
};
mcpwm_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0, &pwm_config);

while (1)
{
brushed_motor_forward(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0, 50.0);
printf("正轉(zhuǎn)\n");
vTaskDelay(2000 / portTICK_RATE_MS);
brushed_motor_backward(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0, 30.0);
printf("逆轉(zhuǎn)\n");
vTaskDelay(2000 / portTICK_RATE_MS);
brushed_motor_stop(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0);
printf("停\n");
vTaskDelay(2000 / portTICK_RATE_MS);
}
}

void app_main(void)
{
printf("Testing motor !\n");
xTaskCreate(mcpwm_task, "Mcpwm_task", 4096, NULL, 5, NULL);
}
```
審核編輯：符乾江