ESP32零基础教学第二章： 2.3 ESP32 PWM（脉宽调制）

ESP32零基础教学第二章： 2.3 ESP32 PWM（脉宽调制）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/Hi__gril/article/details/145915971

PWM（脉宽调制）是嵌入式开发中非常重要的一项技术，广泛应用于LED调光、电机控制、舵机驱动、音频输出等领域。本文将详细讲解PWM的原理、ESP32中PWM的实现方法以及如何利用PWM完成具体的应用。

PWM简介

什么是PWM？

PWM是一种通过快速切换信号的高低电平来模拟不同电压的技术。简单来说，PWM信号是一个周期性变化的方波，通过调整方波中高电平的持续时间（占空比），可以控制输出信号的平均电压。

占空比

占空比（Duty Cycle）是指一个PWM周期内，高电平时间占整个周期时间的比例。占空比通常用百分比表示，范围是0%到100%。

例如：

• 占空比为0%：信号始终为低电平。
• 占空比为50%：高电平时间和低电平时间相等。
• 占空比为100%：信号始终为高电平。

频率

PWM频率是指每秒钟完成的PWM周期数，单位为赫兹（Hz）。频率决定了PWM信号的周期长度。

例如：

• 频率为1kHz：每个周期长度为1ms。
• 频率为10kHz：每个周期长度为0.1ms。

PWM波形图

以下是一个PWM信号的示意图：

图中：

• 横轴表示时间，纵轴表示电压。
• T代表一个PWM周期。
• Ton代表高电平时间，Toff代表低电平时间。
• 占空比 = Ton / T。

ESP32的PWM

PWM引脚

ESP32大部分GPIO引脚都支持PWM输出，但以下引脚是常用的PWM引脚：

• GPIO2, GPIO4, GPIO5, GPIO12, GPIO13, GPIO14, GPIO15, GPIO16, GPIO17, GPIO18, GPIO19, GPIO21, GPIO22, GPIO23, GPIO25, GPIO26, GPIO27。

PWM配置

ESP32的PWM功能通过LEDC（LED Control）模块实现。以下是PWM的基本配置步骤：

1. 设置PWM的频率。
2. 设置PWM的分辨率（决定占空比的精度）。
3. 将PWM信号输出到指定引脚。

默认情况下，ESP32的PWM频率为5kHz，分辨率为8位（占空比范围为0到255）。

analogWrite()函数详解

在ESP32中，analogWrite()函数用于生成PWM信号。该函数的原型为：

void analogWrite(uint8_t pin, int value);  

参数说明：

• pin：PWM输出的引脚。
• value：占空比值，范围为0到255。

例如：

• analogWrite(5, 128);：在GPIO5上生成占空比为50%的PWM信号。

PWM应用实例

控制LED亮度

通过调整PWM信号的占空比，可以控制LED的亮度。

硬件连接

• 将LED的正极连接到ESP32的GPIO5。
• 将LED的负极通过一个220Ω电阻接地。

示例代码

int ledPin = 5; // 使用GPIO5控制LED
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT); // 设置引脚为输出模式
}
void loop() {
  // 逐渐增加亮度
  for (int dutyCycle = 0; dutyCycle <= 255; dutyCycle++) {
    analogWrite(ledPin, dutyCycle);
    delay(10); // 等待10ms
  }
  // 逐渐降低亮度
  for (int dutyCycle = 255; dutyCycle >= 0; dutyCycle--) {
    analogWrite(ledPin, dutyCycle);
    delay(10); // 等待10ms
  }
}  

效果

• LED会逐渐变亮，然后逐渐变暗，形成呼吸灯效果。

驱动舵机

舵机是一种角度控制的执行器，通过PWM信号可以控制其旋转角度。

硬件连接

• 将舵机的信号线连接到ESP32的GPIO5。
• 将舵机的电源线连接到外部电源（注意电压与舵机规格匹配）。
• 将舵机的地线连接到ESP32的地线。

示例代码

int servoPin = 5; // 使用GPIO5控制舵机
void setup() {
  pinMode(servoPin, OUTPUT);
}
void loop() {
  // 从0度到180度
  for (int angle = 0; angle <= 180; angle++) {
    int pulseWidth = map(angle, 0, 180, 500, 2500); // 映射角度到脉冲宽度
    analogWrite(servoPin, pulseWidth); // 生成PWM信号
    delay(10); // 等待10ms
  }
  // 从180度到0度
  for (int angle = 180; angle >= 0; angle--) {
    int pulseWidth = map(angle, 0, 180, 500, 2500); // 映射角度到脉冲宽度
    analogWrite(servoPin, pulseWidth); // 生成PWM信号
    delay(10); // 等待10ms
  }
}  

效果

• 舵机会从0度旋转到180度，然后从180度旋转回0度。

常见问题与调试

1. PWM信号不稳定

• 检查电源是否稳定。
• 确保接地良好。

2. 舵机不工作

• 检查舵机电源电压是否匹配。
• 确保PWM信号的频率和脉冲宽度正确。

3. LED亮度不均匀

• 检查PWM频率是否过高或过低。
• 确保占空比范围正确。

总结

PWM是一项非常实用的技术，在ESP32中可以通过analogWrite()函数轻松实现。通过调整占空比和频率，可以完成LED亮度控制、舵机驱动等多种应用。希望这篇教程能帮助读者掌握PWM的基本原理，并成功应用到自己的项目中！