📚 课程目录第3章 PWM呼吸灯

3. PWM呼吸灯

任务目标

使用ESP32内置的LEDC（LED Control）PWM模块，通过改变PWM占空比控制LED亮度，实现从暗到亮再到暗的呼吸灯效果。通过本案例理解PWM调光的基本原理与ESP32 LEDC的配置方法。

硬件与接线

ESP32开发板 × 1
LED（普通5mm或贴片均可）× 1
限流电阻 220Ω × 1
面包板与跳线若干

接线方式：将LED阳极（长脚）串联220Ω电阻后连接至GPIO2，LED阴极（短脚）接GND。GPIO2为ESP32板载LED常用引脚，也可换用其他可用GPIO。

PWM与LEDC原理简述

PWM（脉冲宽度调制）通过固定频率下改变高电平占空比来调节LED的平均电流，从而控制亮度。ESP32的LEDC模块提供16个通道（0~15），可绑定任意GPIO，支持配置PWM频率与分辨率（1~16位）。本案例使用8位分辨率（占空比0~255），频率5kHz（对LED无频闪感）。

完整代码

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/ledc.h"
#include "esp_err.h"

#define LED_GPIO        2
#define LEDC_MODE       LEDC_LOW_SPEED_MODE
#define LEDC_CHANNEL    LEDC_CHANNEL_0
#define LEDC_TIMER      LEDC_TIMER_0
#define PWM_FREQ_HZ     5000
#define PWM_RES_BITS    8          // 8位分辨率，占空比0~255
#define DUTY_MAX        ((1 << PWM_RES_BITS) - 1)  // 255
#define STEP_DELAY_MS   10         // 每步延时（毫秒）

void app_main(void)
{
    // 1. 配置LEDC定时器
    ledc_timer_config_t timer_conf = {
        .speed_mode      = LEDC_MODE,
        .timer_num       = LEDC_TIMER,
        .duty_resolution = PWM_RES_BITS,
        .freq_hz         = PWM_FREQ_HZ,
        .clk_cfg         = LEDC_AUTO_CLK
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_timer_config(&timer_conf));

    // 2. 配置LEDC通道并绑定GPIO
    ledc_channel_config_t channel_conf = {
        .gpio_num   = LED_GPIO,
        .speed_mode = LEDC_MODE,
        .channel    = LEDC_CHANNEL,
        .intr_type  = LEDC_INTR_DISABLE,
        .timer_sel  = LEDC_TIMER,
        .duty       = 0,
        .hpoint     = 0
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_channel_config(&channel_conf));

    // 3. 呼吸灯主循环：渐亮→渐暗
    while (1) {
        // 渐亮：占空比从0增加到255
        for (int duty = 0; duty <= DUTY_MAX; duty++) {
            ESP_ERROR_CHECK(ledc_set_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, duty));
            ESP_ERROR_CHECK(ledc_update_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL));
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(STEP_DELAY_MS));
        }
        // 渐暗：占空比从255减小到0
        for (int duty = DUTY_MAX; duty >= 0; duty--) {
            ESP_ERROR_CHECK(ledc_set_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, duty));
            ESP_ERROR_CHECK(ledc_update_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL));
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(STEP_DELAY_MS));
        }
    }
}

编译与烧录

本案例基于ESP-IDF开发框架（v5.x）。在项目目录下创建上述代码为 main.c，并确保 CMakeLists.txt 中已注册main组件。然后执行：

idf.py set-target esp32
idf.py build
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash monitor

将 /dev/ttyUSB0 替换为实际串口设备名（Windows下为 COMx）。

验证方法

观察LED是否呈现周期性由暗到亮、再由亮到暗的平滑渐变，周期约为 256×2×10ms ≈ 5.1秒。
若LED不亮，检查GPIO2接线方向与电阻连接；若亮度跳变而非渐变，检查 STEP_DELAY_MS 是否过小导致变化过快。
可通过调整 STEP_DELAY_MS 改变呼吸速度，或修改 PWM_RES_BITS 改变亮度级数（如改为10位则占空比上限为1023，需同步修改循环边界）。

常见问题

编译报错找不到ledc头文件：确认在ESP-IDF环境下编译，且 driver/ledc.h 路径正确。
LED亮度无变化：检查GPIO是否被其他功能占用（如板载LED可能连接Flash），换用GPIO4、GPIO5等空闲引脚测试。
闪烁而非渐变：PWM频率过低（如低于1kHz）会产生可见闪烁，确认 PWM_FREQ_HZ 设置为5000。