今天我們來玩兒PWM。
概述
脈寬調制(PWM)是一種可以自由控制的產生可控數字信號波形的技術,說直白一點就是占空比不同的數字信號,下面用一幅圖簡單介紹一下微控制器實現PWM的原理:
我們以STM32內部的定時器講一講原理,如上圖,當TIMER向上計時時,計數值會跟比較通道的CCR去比較,如果低于比較值,通道輸出高電平,高于比較值,則輸出低電平,這個只是打個比方,具體輸出什么可以自由配置。到設置的最大值之后,重新從0開始計時,如此不停的循環,就產生了PWM信號了。我們如果控制不同的占空比,就可以控制輸出的平均電壓,也就可以控制燈的亮度了。
ESP32 不同于普通的PWM,它這里叫LED PWM,主要用于控制LED的亮度與顏色,當然,也可以用于其它用途,一共有16路通道,8路高速8低速,這16路通道可以分配給任意一個IO(某些只有輸入功能的除外)。
16個通道,根據速度分,分為兩組,每組有4個定時器對應8個通道,兩個通道共享一個定時器,所以,最多能輸出8個不同頻率的PWM。
硬件
PWM輸出引腳可以分配給任意一個IO,如下圖所示,紅框內的為可配置PWM的引腳,GPIO34-35,GPIO36,GPIO39除外。
軟件
分配通道到GPIO引腳
確定好要使用的PWM通道PWM_Ch,綁定到GPIO_Pin。
ledcAttachPin(GPIO_Pin, PWM_Ch);
頻率,分辨率設置
配置選擇通道的PWM頻率,分辨率可以設置1位到16位,比如我們設置成8位,占空比范圍就是0-255,設置成10位,就是0-1023這樣,函數也很簡單。
/*
* PWM_Ch PWM通道 0-15
* PWM_Freq PWM頻率
* PWM_Res PWM分辨率 1-16
* */
ledcSetup(PWM_Ch, PWM_Freq, PWM_Res);;
設置占空比
直接寫入對應占空比即可在對應IO上輸出PWM。
ledcWrite(PWM_Ch, DutyCycle);
完整程序
#define LED_GPIO 4
#define PWM1_Ch 0
#define PWM1_Res 10
#define PWM1_Freq 1000
int PWM1_DutyCycle = 0;
void setup()
{
ledcAttachPin(LED_GPIO, PWM1_Ch);
ledcSetup(PWM1_Ch, PWM1_Freq, PWM1_Res);
}
void loop()
{
while(PWM1_DutyCycle < 1023)
{
ledcWrite(PWM1_Ch, PWM1_DutyCycle++);
delay(10);
}
while(PWM1_DutyCycle > 0)
{
ledcWrite(PWM1_Ch, PWM1_DutyCycle--);
delay(10);
}
}
我們這里使用1kHz的PWM頻率,將PWM通道0綁定到GPIO4,選擇10位的分辨率,我們可以看下視頻,PWM變化還是非常絲滑的。然后在主循環中將占空比逐漸從最小到最大,再從最大到最小,一直循環。
對于ESP32,還有專門用于電機控制的脈寬調制器PWM,后面我們項目中再細說,整體來說使用還是非常簡單的,大家快去試一試吧!
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