标签: 呼吸灯

硬件电路介绍 GPIO输出模式 GPIO配置过程 闪烁灯的源码 LED PWM的控制器(LEDC)概述 LEDC配置过程及现象 整体流程 硬件电路介绍 电路图如下： 只要有硬件基础的应该都知道上图中，当GPIO4的输出电平为高时，LED灯亮，反之则熄灭。如果每间隔一段时间进行一次电平的反转，则将使LED产生闪烁的效果。 GPIO模式 在进行GPIO控制之前，需要熟悉一下ESP32的GPIO几种模式： GPIO模式 模式宏定义 说明 输入模式 GPIO_MODE_INPUT 可以通过配置项pull_up_en或pull_down_en配置上拉或者下拉 推挽输出模式 GPIO_MODE_OUTPUT 高低电平输出 开漏输出模式 GPIO_MODE_OUTPUT_OD 通常用于I2C 中断 可通过intr_type配置项配置触发方式：上升沿/下降沿/双沿/电平触发等 禁用 GPIO_MODE_DISABLE 禁用GPIO,不作为输入也不作为输出 输入输出模式 GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT 输入及开漏输出 GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT_OD 注意： 使用中断时，将GPIO模式设置为输入模式 如果GPIO用于I2C的SDA，设置模式为 GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT_OD ，且需要配置上拉，也可在芯片相关引脚增加上拉电路 GPIO配置过程 配置GPIO 使用结构体gpio_config_t对GPIO相关参数进行配置 注册GPIO 通过函数 gpio_config 函数将以上配置注册进系统 通过GPIO相关API函数对GPIO进行控制 比如此次实验是控制LED闪烁，那么则是使用 gpio_set_level 函数进行输出电平控制 闪烁灯的源码 /** * Copyright (C) 2024-2034 HalfMoon2. * All rights reserved. * * @file Filename without the absolute path * @brief Brief description * @author HalfMoon2 * @date 2025-05-20 * @version v0.1 * * @revision history: * 2025-05-20 - Initial version. */ # include stdio.h # include "freertos/FreeRTOS.h" # include "freertos/task.h" # include "driver/gpio.h" # include "esp_log.h" # define LED_GPIO GPIO_NUM_4 //根据实际的连接方式更改 void ledCtlTask ( void *pvParam) { while ( 1 ){ gpio_set_level (LED_GPIO, 1 ); // 设置为高电平（点亮 LED） vTaskDelay ( pdMS_TO_TICKS ( 500 )); // 延时 0.5 秒 gpio_set_level (LED_GPIO, 0 ); // 设置为低电平（熄灭 LED） vTaskDelay ( pdMS_TO_TICKS ( 500 )); // 延时 0.5 秒 } } void app_main ( void ) { // 配置 GPIO gpio_config_t io_conf = { .pin_bit_mask = ( 1ULL LED_GPIO), // 选择 GPIO .mode = GPIO_MODE_OUTPUT, // 设置为输出模式 .pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE, // 不启用上拉 .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE, // 不启用下拉 .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE // 不启用中断 }; gpio_config (io_conf); xTaskCreatePinnedToCore (ledCtlTask, "ledCtlTask" , 2048 , NULL , 3 , NULL , 1 ); } LED PWM的控制器(LEDC)概述 从以上案例可以看出，对于通用GPIO的控制要么是高电平，要么是低电平。所以只能控制LED的闪烁现象。而对于ESP32-S3却有专用控制LED的控制器，称之LED PWM。它有8路低速通道。专用于控制LED。当然也可以产生PWM控制电机等。ESP32有两组LED PWM控制器，一组为8路高速通道，另一组为8路低速通道。 LED PWM 控制器可在无需 CPU 干预的情况下自动改变占空比，实现亮度渐变，如果是RGB LED，还能实现颜色的渐变。 LEDC的配置过程及现象 1. 定时器的配置过程 创建定时器配置结构体 typedef struct { ledc_mode_t speed_mode; /* LEDC速度模式, high-speed mode (only exists on esp32) or low-speed mode */ ledc_timer_bit_t duty_resolution; /* LEDC占空比分辨率 */ ledc_timer_t timer_num; /* The timer source of channel (0 - LEDC_TIMER_MAX-1) */ uint32_t freq_hz; /* LEDC 的时钟频率 */ ledc_clk_cfg_t clk_cfg; /*配置LEDC的时钟源. */ bool deconfigure; /*是否取消此配置之前的配置，取消之前先要关闭定时器 */ } ledc_timer_config_t 使用相关函数将结构体完成配置 esp_err_t ledc_timer_config ( const ledc_timer_config_t *timer_conf) ; //参数为以上定义的结构体 /*返回值： * ESP_OK 成功 * ESP_ERR_INVALID_ARG 参数错误 * ESP_FAIL 无法根据给定频率和当前占空比分辨率找到合适的预分频器编号 *ESP_ERR_INVALID_STATE 定时器未配置或未暂停 */ 2. 配置通道以及指定GPIO 创建配置通道结构体 typedef struct { int gpio_num; /* LEDC的输出GPIO*/ ledc_mode_t speed_mode; /* LEDC 速度模式，ESP32S3只能配置为低速 */ ledc_channel_t channel; /*LED PWM的控制器(LEDC) LEDC的通道 */ ledc_intr_type_t intr_type; /*是否开启渐变中断 */ ledc_timer_t timer_sel; /*选择定时器l (0 - LEDC_TIMER_MAX-1) */ uint32_t duty; /*! LEDC 通道占空比*/ int hpoint; /*! LEDC channel hpoint value, the range is */ struct { unsigned int output_invert: 1 ; /*! Enable (1) or disable (0) gpio output invert */ } flags; /*! LEDC 标志 */ } ledc_channel_config_t ; 使用函数完成配置 esp_err_t ledc_channel_config ( const ledc_channel_config_t *ledc_conf) ; 3. 配置占空比改变PWM信号 使能硬件PWM //参数intr_alloc_flags为分配的中断优先级 esp_err_t ledc_fade_func_install ( int intr_alloc_flags) 配置渐变参数 /* 参数： speed_mode：LEDC的速度模式,只有ESP32有高速模式 channel：通道，0-7 target_duty：占空比，取值范围 max_fade_time_ms：最大的渐变时间 */ esp_err_t ledc_set_fade_with_time ( ledc_mode_t speed_mode, ledc_channel_t channel, uint32_t target_duty, int max_fade_time_ms) 开启渐变 /* 参数： speed_mode：LEDC的速度模式 channel：通道，0-7 fade_mode：是否阻塞直到渐变完成，如果设置成LEDC_FADE_WAIT_DONE模式，则不渐变到预定值则不返回 */ esp_err_t ledc_fade_start ( ledc_mode_t speed_mode, ledc_channel_t channel, ledc_fade_mode_t fade_mode) 4. 第一阶段实例：实现LED缓慢亮灯 /** * Copyright (C) 2024-2034 HalfMoon2. * All rights reserved. * * @file Filename without the absolute path * @brief Brief description * @author HalfMoon2 * @date 2025-05-27 * @version v0.1 * * @revision history: * 2025-05-27 - Initial version. */ # include stdio.h # include "freertos/FreeRTOS.h" # include "freertos/task.h" # include "driver/gpio.h" # include "esp_log.h" # include driver/ledc.h # define LEDC_MODE LEDC_LOW_SPEED_MODE # define LEDC_DUTY_RES LEDC_TIMER_13_BIT # define LEDC_TIMER_NUM LEDC_TIMER_0 # define LEDC_FREQ 5000 # define LEDC_CHANNEL LEDC_CHANNEL_0 # define LEDC_GPIO GPIO_NUM_4 # define LEDC_DUTY 4095 //2^13-1 void ledc_init ( void ) { ledc_timer_config_t timer_config={ .speed_mode= LEDC_MODE, .duty_resolution= LEDC_DUTY_RES, .timer_num= LEDC_TIMER_NUM, .clk_cfg=LEDC_AUTO_CLK, .freq_hz=LEDC_FREQ }; ledc_timer_config (timer_config); ledc_channel_config_t ledc_channel={ .speed_mode = LEDC_MODE, .channel = LEDC_CHANNEL, .gpio_num = LEDC_GPIO, .intr_type = LEDC_INTR_DISABLE, .duty = 0 , .hpoint = 0 }; ledc_channel_config (ledc_channel); } void app_main ( void ) { ledc_init (); ledc_fade_func_install ( 0 ); ledc_set_fade_with_time (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL, 4095 , 10000 ); ledc_fade_start (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_FADE_NO_WAIT); } 波形说明：可以明显的看到PWM的占空比的变化，LED也缓慢的亮起。 那么接下来就是实现从亮起再缓慢的熄灭，以此循环则实现了LED呼吸的效果。 5. 渐变回调函数 LEDC控制器在使能渐变后，每个通道都可以有一个回调函数,通过ledc_cb_register()进行注册 esp_err_t ledc_cb_register ( ledc_mode_t speed_mode, ledc_channel_t channel, ledc_cbs_t *cbs, void *user_arg) /*参数： speed_mode：速度模式，只有ESP32有高速模式 channel： LEDC通道，低速模式有8个通道 cbs：回调函数原型定义在 ledc_cbs_t 结构体中 user_arg：用户注册时的数据，用于给回调函数传参 */ 6. 通过事件组的方式将此时LED的状态发送出去，即设置事件值 在中断中避免处理复杂的内容，所以在渐变回调函数中只使用事件组方式发送相关事件。不了解这块的知识可以参考我之前的文章 《ESP32开发之freeRTOS的事件组》 bool IRAM_ATTR ledc_fade_cb ( const ledc_cb_param_t *param, void *user_arg) { BaseType_t pxHigherPriorityTaskWoken; //如果当前LEDC占空比最大，说明此时LED为开灯状态,反之为关灯状态 if (param-duty){ xEventGroupSetBitsFromISR (s_ledc_ev,LED_ON_EV,pxHigherPriorityTaskWoken); } else { xEventGroupSetBitsFromISR (s_ledc_ev,LED_OFF_EV,pxHigherPriorityTaskWoken); } return pxHigherPriorityTaskWoken; } 7. 创建一个任务来接收事件并做渐变过程的改变 void ledc_fade_task ( void * param) { EventBits_t ev; while ( 1 ){ ev= xEventGroupWaitBits (s_ledc_ev,LED_OFF_EV|LED_ON_EV,pdTRUE,pdFALSE,portMAX_DELAY); if (ev){ if (evLED_OFF_EV){ ledc_set_fade_with_time (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_DUTY, 1000 ); ledc_fade_start (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_FADE_NO_WAIT); } if (evLED_ON_EV){ ledc_set_fade_with_time (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL, 0 , 1000 ); ledc_fade_start (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_FADE_NO_WAIT); } } //处理完成需要再次注册回调函数，产生循环 ledc_cbs_t cbs={.fade_cb=ledc_fade_cb}; ledc_cb_register (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,cbs, NULL ); } } 8. 第二阶段实例：完整实现渐变的循环 /** * Copyright (C) 2024-2034 HalfMoon2. * All rights reserved. * * @file Filename without the absolute path * @brief Brief description * @author HalfMoon2 * @date 2025-05-27 * @version v0.1 * * @revision history: * 2025-05-27 - Initial version. */ # include stdio.h # include "freertos/FreeRTOS.h" # include "freertos/task.h" # include "driver/gpio.h" # include "esp_log.h" # include driver/ledc.h # define LEDC_MODE LEDC_LOW_SPEED_MODE # define LEDC_DUTY_RES LEDC_TIMER_13_BIT # define LEDC_TIMER_NUM LEDC_TIMER_0 # define LEDC_FREQ 5000 # define LEDC_CHANNEL LEDC_CHANNEL_0 # define LEDC_GPIO GPIO_NUM_4 # define LEDC_DUTY 4095 //2^13-1 //通知渐变完成 static EventGroupHandle_t s_ledc_ev = NULL ; //此时为关灯状态 # define LED_OFF_EV (10) //事件组bit0设置为关灯事件 //此时为开灯状态 # define LED_ON_EV (11) //事件组bit1设置为开灯事件 /** * @brief 渐变结束回调函数 * @param *param：LEDC callback parameter * @param *user_arg：User registered data * @return 返回是否唤醒高优先级任务 * @note 此函数为中断服务函数，所以不应处理过多的操作，那么在此函数中通过发送事件的方式，由渐变任务函数处理事件 */ bool IRAM_ATTR ledc_fade_cb ( const ledc_cb_param_t *param, void *user_arg) { BaseType_t pxHigherPriorityTaskWoken; //如果当前LEDC占空比最大，说明此时LED为开灯状态,反之为关灯状态 if (param-duty){ xEventGroupSetBitsFromISR (s_ledc_ev,LED_ON_EV,pxHigherPriorityTaskWoken); } else { xEventGroupSetBitsFromISR (s_ledc_ev,LED_OFF_EV,pxHigherPriorityTaskWoken); } return pxHigherPriorityTaskWoken; } /** * @brief led渐变任务 * @param 任务参数 * @note 接收事件并做LED操作 */ void ledc_fade_task ( void * param) { EventBits_t ev; while ( 1 ){ ev= xEventGroupWaitBits (s_ledc_ev,LED_OFF_EV|LED_ON_EV,pdTRUE,pdFALSE,portMAX_DELAY); if (ev){ if (evLED_OFF_EV){ ledc_set_fade_with_time (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_DUTY, 1000 ); ledc_fade_start (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_FADE_NO_WAIT); } if (evLED_ON_EV){ ledc_set_fade_with_time (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL, 0 , 1000 ); ledc_fade_start (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_FADE_NO_WAIT); } } //处理完成需要再次注册回调函数，产生循环 ledc_cbs_t cbs={.fade_cb=ledc_fade_cb}; ledc_cb_register (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,cbs, NULL ); } } void ledc_init ( void ) { ledc_timer_config_t timer_config={ .speed_mode= LEDC_MODE, .duty_resolution= LEDC_DUTY_RES, .timer_num= LEDC_TIMER_NUM, .clk_cfg=LEDC_AUTO_CLK, .freq_hz=LEDC_FREQ }; ledc_timer_config (timer_config); ledc_channel_config_t ledc_channel={ .speed_mode = LEDC_MODE, .channel = LEDC_CHANNEL, .gpio_num = LEDC_GPIO, .intr_type = LEDC_INTR_DISABLE, .duty = 0 , .hpoint = 0 }; ledc_channel_config (ledc_channel); //创建事件组，用于接收和发送渐变事件 s_ledc_ev = xEventGroupCreate (); //开启硬件PWM ledc_fade_func_install ( 0 ); //设置渐变参数 ledc_set_fade_with_time (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_DUTY, 1000 ); //启动渐变 ledc_fade_start (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,LEDC_FADE_NO_WAIT); //注册渐变回调函数 ledc_cbs_t cbs={.fade_cb=ledc_fade_cb,}; ledc_cb_register (LEDC_MODE,LEDC_CHANNEL,cbs, NULL ); xTaskCreatePinnedToCore (ledc_fade_task, "ledc_fade_task" , 2048 , NULL , 3 , NULL , 1 ); } void app_main ( void ) { ledc_init (); } 整体流程

本项目将在Arduino IDE环境下，利用ESP32产生的PWM信号控制多个LED。项目所需物料如下： ESP32 DOIT DEVKIT V1板 3x 5mm LED 3x 330欧姆电阻器 面包板 跳线若干 ESP32带一个包含16通道LED PWM控制器，可配置以产生不同特性的PWM信号。项目开始之前需要先安装Arduino IDE，连接妥当后就可以把ESP32 DOIT DEVKIT V1板用作LED PWM控制器了。 使用Arduino IDE进行LED调光的步骤如下： 1. 从0 to 15选择PWM通道。 2. 设置PWM频率，LED频率选择5000Hz较好。 3. 选择信号的占空比:，其分表率范围1-16bits。本项目使用8bit，这样可控制的LED亮度等级值为0-255。 4. 指定信号出现的GPIO or GPIOs：其函数为ledcAttachPin(GPIO, channel)。该函数具有两个变量，第一个GPIO用来输出信号，第二个表示产生信号的通道。 5. 使用PWM控制LED亮度，函数为ledcWrite(channel, dutycycle)。其中，第一个变量产生PWM信号，第一个变量是占空比。 一个LED调光控制 点亮一个LED并调光时，应将LED连接于GPIO 16引脚。 ESP32 DEVKIT V1模块有30个GPIOs，只要能用作输出，就可用作PWM引脚以连接LED。 请打开并拷入如下代码： const int ledPin = 16; const int freq = 5000; const int ledChannel = 0; const int resolution = 8; void setup(){ ledcSetup(ledChannel, freq, resolution); ledcAttachPin(ledPin, ledChannel);} void loop(){ for(int dutyCycle = 0; dutyCycle <= 255; dutyCycle++){ ledcWrite(ledChannel, dutyCycle); delay(15); } = 0; dutyCycle--){ ledcWrite(ledChannel, dutyCycle); delay(15); }} 这些代码的含义是，设定的PWM信号频率为5000Hz，选择通道 0 来产生信号，信号的分辨率为8bits。 当然，也可以设置为其他参数，获得不同的PWM信号，例如： const int freq = 5000; const int ledChannel = 0; const int resolution = 8; 接下来，选择信号的GPIO引脚，函数为ledcAttachPin(ledPin, ledChannel); 增加LED亮度的占空比为0-255， for(int dutyCycle = 0; dutyCycle <= 255; dutyCycle++){ ledcWrite(ledChannel, dutyCycle); delay(15); } 然后，从255-0自减，就降低了LED的亮度。 = 0; dutyCycle--){ ledcWrite(ledChannel, dutyCycle); delay(15); } 调节LED亮度，须使用 ledcWrite() 函数。该函数有两个参数：产生信号的通道、duty cycle。注意，这里的 ledcWrite() 函数中产生信号的变量是通道，而不是GPIO。 把代码上传到 ESP32，确定板子和COM端口选择正确，再对照下单路，就可以测试调光效果了。 多个LED调光控制 也可以从相同通道的不同GPIO取得同样的信号，这需要将这些GPIOs连接到 setup() 的相同通道。以下我们对上述操作稍作改动，来通过相同通道的相同PWN信号对３个LED进行调光控制。 我们的目标是通过30 GPIOs的ESP32 DEVKIT V1模块来控制三个LED。 首先，将下列代码拷贝到Arduino IDE中。 // the number of the LED pin const int ledPin = 16; const int ledPin2 = 17; const int ledPin3 = 5; // setting PWM properties const int freq = 5000; const int ledChannel = 0; const int resolution = 8; void setup(){ // configure LED PWM functionalitites ledcSetup(ledChannel, freq, resolution); // attach the channel to the GPIO to be controlled ledcAttachPin(ledPin, ledChannel); ledcAttachPin(ledPin2, ledChannel); ledcAttachPin(ledPin3, ledChannel); } void loop(){ // increase the LED brightness for(int dutyCycle = 0; dutyCycle <= 255; dutyCycle++){ // changing the LED brightness with PWM ledcWrite(ledChannel, dutyCycle); delay(15); } // decrease the LED brightness = 0; dutyCycle--){ // changing the LED brightness with PWM ledcWrite(ledChannel, dutyCycle); delay(15); } } 这些代码在前面基础上有一些改动：为两个新的LED增加了多个变量，具体参考 GPIO 17 和 GPIO 5。 const int ledPin2 = 17; // 17 corresponds to GPIO17 const int ledPin3 = 5; // 5 corresponds to GPIO5 然后，在　setup()　中，添加如下两行代码，将这两个 GPIOs 指派给通道0。这表示，在两个GPIO的通道0上产生了相同个信号。 ledcAttachPin(ledPin2, ledChannel); ledcAttachPin(ledPin3, ledChannel); 把修改后的代码上传到 ESP32，确定板子和COM端口选择正确后，就可以测试者三个LED调光效果了。 由于所有GPIOs 输出了相同PWM信号，所有三个LED亮度的增加与减少是同时进行的，这样就产生了一个非常美妙的同步效果。 本项目演示了如何在Arduino IDE环境下，使用ESP32的LED PWM控制器进行调光控制。通过设置正确的信号属性，这种方法可用来控制其他PWM输出，如马达、LED 呼吸灯等。

呼吸灯是手机上的一个小东西，一个灯由明变暗再由暗变明，象是一个人在呼吸一样。可以用硬件实现这个呼吸灯，但体积会比较大。这里用软件做了一个： #define BREATHLEVEL 6*256 void BreathLED(void){   static uint16_t cnt=0,illu=0,rep=0,stt=1;   rep++;   cnt++;   if(cnt illu) LED2OFF();   else LED2ON();   if(rep == BREATHLEVEL){     rep = 0;     cnt = 0;     if(stt){       illu++;       if(illu = BREATHLEVEL){         stt = 0;       }      }       else{              illu--;       if(illu 1){         stt = 1;       }         }     } }   把这个函数中的点灯灭灯的宏指向板子上的硬件LED。在定时中断里调用这个函数就能实现呼吸灯。

 这是一个简单而有趣的开源项目，硬件制作极简单，又有一定的趣味性，既适合初学者入门学习使用，也适合于做教学项目。 打开：七彩灯视频（http://edures.lyvec.net/Item/73.aspx）可以看到3组视频。     先看第1段视频，猜一猜怎么做的？然后看第2段视频和第3段视频，里里外外看个够！只有1个8脚集成电路，3个按钮和1个LED灯。片中的USB纯粹用于供电。 所使用的芯片是STC15系列，这是与80C51在指令级兼容的高速单片机芯片，仅有8个引脚。 原理图如下：   本打算将程序全贴上，但系统不让发，说是超过4000字了？其实肯定没有4000字，，，，没办法，给个链接啦。 http://edures.lyvec.net/Item/74.aspx