### 第2课 呼吸灯

#### 2.1 项目介绍

在之前的研究中，我们知道LED有亮/灭状态，那么如何进入中间状态呢?如何输出一个中间状态让LED“半亮”?这就是我们将要学习的。呼吸灯，即LED由灭到亮，再由亮到灭，就像“呼吸”一样。那么，如何控制LED的亮度呢?我们将使用ESP32的PWM来实现这个目标。

#### 2.2 模块相关资料

![](media/led-schematic-diagram.png)

|工作电压:|DC 3.3-5V|
|-|-|
|工作电流：| 20mA|
|最大功率：|0.1W|
|控制接口:|数字口（数字输入）|
|工作温度：|-10°C ~ +50°C|
|LED显示颜色：|黄色|

#### 2.3 元件知识

![](media/PWM.png)

**Analog & Digital**

模拟信号在时间和数值上都是连续的信号。相反，数字信号或离散时间信号是由一系列数字组成的时间序列。生活中的大多数信号都是模拟信号。一个熟悉的模拟信号的例子是，全天的温度是如何不断变化的，而不是突然从0到10的瞬间变化。然而，数字信号的值可以瞬间改变。这个变化用数字表示为1和0(二进制代码的基础)。如下图所示，我们可以更容易地看出它们的差异。

![](media/Analog-Digital.png)

在实际应用中，我们经常使用二进制作为数字信号，即一系列的0和1。由于二进制信号只有两个值(0或1)，因此具有很大的稳定性和可靠性。最后，可以将模拟信号和数字信号相互转换。

**PWM：**

脉宽调制(PWM)是一种利用数字信号控制模拟电路的有效方法。普通处理器不能直接输出模拟信号。PWM技术使这种转换(将数字信号转换为模拟信号)非常方便。PWM技术利用数字引脚发送一定频率的方波，即高电平和低电平的输出，交替持续一段时间。每一组高电平和低电平的总时间一般是固定的，称为周期(注:周期的倒数是频率)。高电平输出的时间通常称为脉宽，占空比是脉宽(PW)与波形总周期(T)之比的百分比。高电平输出持续时间越长，占空比越长，模拟信号中相应的电压也就越高。下图显示了对应于脉冲宽度0%-100%的模拟信号电压在0V-3.3V(高电平为3.3V)之间的变化情况.

![](media/PWM1.png)

PWM占空比越长，输出功率越高。既然我们了解了这种关系，我们就可以用PWM来控制LED的亮度或直流电机的速度等等。从上面可以看出，PWM并不是真实的模拟信号，电压的有效值等于相应的模拟信号。因此，我们可以控制LED和其他输出模块的输出功率，以达到不同的效果。

**ESP32 与 PWM**

在ESP32上，LEDC(PWM)控制器有16个独立通道，每个通道可以独立控制频率，占空比，甚至精度。与传统的PWM引脚不同，ESP32的PWM输出引脚是可配置的，每个通道有一个或多个PWM输出引脚。最大频率与比特精度的关系如下公式所示：

![](media/ESP32-PWM.png)

其中比特的最大值为31。例如,生成PWM的8位精度(2的8次方 = 256。取值范围为0 ~ 255)，最大频率为80,000,000/255 = 312,500Hz。)

#### 2.4 实验组件*

|![](media/esp32.png)|![](media/yellow-led2.png)|![](media/3p.png)|![](media/usb.png)|
|-|-|-|-|
|ESP32 Plus主板 *1|黄色LED模块 *1|3P线 *1|USB线 *1|

#### 2.5 模块接线图

黄色LED的控制引脚：

* 黄色LED灯（S引脚）io12

⚠️ **特别注意：智能家居已经组装好了，这里不需要把LED模块拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！**


![](media/pjt1.png)


#### 2.6 实验代码

![](media/pjty2.png)

#### 2.7 实验结果

按照接线图接好线，外接电源，选择好正确的开发板板型（ESP32 Dev Module）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击按钮![](media/upload2.png)上传示例代码至ESP32主控板。示例代码上传成功后，可以看到黄色LED灯渐亮渐暗，似乎在呼吸。

![Img](../../media/image-02.gif)