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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。可通過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 <stdio.h>
#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轉(zhuǎn)子位置。

?      為了完成這一任務，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。

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**。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)

- 設置低輸出

- 設置高輸出

- 開關(guān)輸出

  用戶應確定電機可能的故障模式以及在檢測到特定故障時應采取的行動。

  例如：對有刷電機驅(qū)動所有輸出為低，或?qū)Σ竭M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)體中設置定時器頻率和初始任務的設置。

- 非必須：設置定時器分辨率（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；表示對應的A還是B
  ```

- **2、設置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置任務，則可以選擇調(diào)用`mcpwm_set_duty_in_us()`。可以通過調(diào)用`mcpwm_set_duty_type()`來改變PWM占空比的模式（占空比數(shù)值對應高還是對應低）。

  **mcpwm_set_duty (in_us) （）** //設置占空比

  ```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 <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/mcpwm.h"

#define GPIO_PWM0A_OUT 15 //設置 GPIO 15 作為 PWM0A
#define GPIO_PWM0B_OUT 16 //設置 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);
}
```