4. 定时器与PWM输出：ESP Timer API使用、硬件定时器配置、LEDC实现PWM调光、呼吸灯实验

定时器和PWM，这两个东西在嵌入式开发里太常用了。说白了，定时器就是芯片的“心跳”，PWM就是靠这个心跳模拟出来的“假模拟信号”。这一章，咱们就把它俩彻底搞明白。

4.1 硬件定时器：ESP32的“节拍器”

ESP32内部有4组64位通用定时器，每组都支持独立配置。我个人习惯把它们分成两类：一类是周期性中断，用来做固定频率的任务调度；另一类是单次定时，用来做超时检测。

定时器特性	说明
定时器数量	4组（TIMG0 ~ TIMG3）
计数器位宽	64位（可配置为16/32/64位）
时钟源	APB_CLK（默认80MHz）或XTAL_CLK
工作模式	递增/递减/自动重载
中断能力	支持边沿触发和电平触发

嗯，这里要注意：ESP32的定时器时钟源默认是APB_CLK，也就是80MHz。如果你改了CPU频率，APB_CLK也会跟着变，定时器的实际精度就会受影响。我在项目里踩过这个坑——调试时好好的，一上量产固件，定时周期全偏了。后来查了半天才发现是CPU频率配置不一样。

4.2 ESP Timer API：新框架，更顺手

ESP-IDF从v4.4开始推荐使用esp_timer这个高层API。它底层其实还是用硬件定时器，但帮你封装好了回调、优先级、任务上下文这些麻烦事。

为什么推荐用这个？因为它的回调是在高优先级任务里执行的，不会被其他用户任务阻塞。你想想看，如果定时器回调被一个延时函数卡住，那整个时序就乱套了。

// 一个简单的周期性定时器示例
#include "esp_timer.h"

void my_timer_callback(void* arg) {
    // 这里放你的定时任务
    // 注意：不要做阻塞操作，不要调用 vTaskDelay()
    static uint32_t count = 0;
    count++;
    // 比如翻转一个GPIO
    gpio_set_level(LED_GPIO, count % 2);
}

void app_main(void) {
    const esp_timer_create_args_t timer_args = {
        .callback = &my_timer_callback,
        .arg = NULL,
        .name = "my_periodic_timer"
    };

    esp_timer_handle_t timer_handle;
    ESP_ERROR_CHECK(esp_timer_create(&timer_args, &timer_handle));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_timer_start_periodic(timer_handle, 1000000)); // 1秒 = 1,000,000微秒
}

4.3 LEDC：ESP32的PWM“专业户”

LEDC（LED Controller）是ESP32专门为PWM输出设计的硬件模块。它支持8个通道，每个通道可以独立配置频率和占空比。说白了，它就是专门干“调光”这活的。

LEDC的核心参数有三个：

• 频率（freq） — PWM波的频率，人眼能感知的闪烁大约是50Hz以下，所以调光一般用1kHz以上
• 分辨率（duty_resolution） — 占空比的精度，比如10位分辨率就是0~1023
• 定时器（timer） — LEDC内部有4个定时器，多个通道可以共用同一个定时器

参数	推荐值	说明
PWM频率	1kHz ~ 5kHz	调光用，太高了MOS管开关损耗大
占空比分辨率	10位 ~ 13位	位数越高，调光越细腻
定时器时钟源	LEDC_USE_APB_CLK	默认80MHz，够用

4.4 呼吸灯实验：从亮到暗，再从暗到亮

呼吸灯的原理很简单：让PWM的占空比按照正弦波或者三角波变化。我一般用三角波，因为计算简单，效果也够平滑。

具体步骤是这样的：

1. 配置LEDC定时器和通道
2. 设置PWM频率为1kHz，分辨率为10位
3. 在主循环里，让占空比从0递增到1023，再从1023递减到0
4. 每次变化后加一个短延时，控制呼吸速度

#include "driver/ledc.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

#define LEDC_TIMER      LEDC_TIMER_0
#define LEDC_MODE       LEDC_LOW_SPEED_MODE
#define LEDC_CHANNEL    LEDC_CHANNEL_0
#define LEDC_GPIO       GPIO_NUM_2
#define LEDC_FREQ_HZ    1000
#define LEDC_RESOLUTION LEDC_TIMER_10_BIT

void app_main(void) {
    // 配置定时器
    ledc_timer_config_t timer_conf = {
        .speed_mode = LEDC_MODE,
        .timer_num = LEDC_TIMER,
        .duty_resolution = LEDC_RESOLUTION,
        .freq_hz = LEDC_FREQ_HZ,
        .clk_cfg = LEDC_USE_APB_CLK
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_timer_config(&timer_conf));

    // 配置通道
    ledc_channel_config_t channel_conf = {
        .gpio_num = LEDC_GPIO,
        .speed_mode = LEDC_MODE,
        .channel = LEDC_CHANNEL,
        .timer_sel = LEDC_TIMER,
        .duty = 0,
        .hpoint = 0
    };
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_channel_config(&channel_conf));

    // 呼吸灯主循环
    int duty = 0;
    int step = 5;  // 步进值，控制呼吸速度
    while (1) {
        // 渐亮
        for (duty = 0; duty <= 1023; duty += step) {
            ledc_set_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, duty);
            ledc_update_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL);
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
        }
        // 渐暗
        for (duty = 1023; duty >= 0; duty -= step) {
            ledc_set_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL, duty);
            ledc_update_duty(LEDC_MODE, LEDC_CHANNEL);
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
        }
    }
}

4.5 知识体系：定时器与PWM的关系

下面这张图，把这一章的核心逻辑串起来了。你看一遍，应该就能明白ESP32里定时器和PWM是怎么配合工作的。

从这张图可以看得很清楚：时钟源是基础，硬件定时器是中间层，ESP Timer API和LEDC是两种不同的上层应用方式。ESP Timer适合做周期性任务调度，LEDC专门做PWM输出。呼吸灯实验，就是把LEDC的占空比按照一定规律变化而已。