ESP32开发之LED闪烁和呼吸的完成

• 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.
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* @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 [0, (2**duty_resolution)-1] */
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 [0, (2**duty_resolution)]
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(ev&LED_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(ev&LED_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.
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* @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 (1<<
    0)//事件组bit0设置为关灯事件
    //此时为开灯状态
    #define LED_ON_EV (1<<
    1)//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(ev&LED_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(ev&LED_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