实验3: LED呼吸灯实验流程

一、实验目标

使用 ESP32 开发板自带的 LED 灯（通常连接在 GPIO2），通过 PWM（脉冲宽度调制）技术实现呼吸灯效果。

二、实验器材

• ESP32 开发板 ×1
• USB-C 数据线 ×1
• 电脑（已安装 Arduino IDE） ×1

三、PWM 原理简介

四、实验步骤

步骤1：硬件确认

1. 观察 ESP32 开发板，找到板载 LED。
2. 确认 LED 位置（通常位于 USB 接口附近，标注为 "ON" 或 "LED"）。
3. 使用 USB 线连接 ESP32 和电脑。
4. 观察板载 LED 是否亮起（电源指示灯）。

步骤2：软件准备

1. 打开 Arduino IDE
2. 设置开发板类型：工具 → 开发板 → ESP32 Arduino → ESP32 Dev Module
3. 选择端口：工具 → 端口 → 选择对应的 COM 端口（Windows）

步骤3：编写呼吸灯程序

在 Arduino IDE 中输入以下代码：

// 定义LED引脚
const int ledPin = 2;  

// 设置PWM属性
const int freq = 5000;          // 频率 5000Hz
const int resolution = 8;       // 分辨率 8位 (0-255)

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 【新版用法】直接将引脚、频率和分辨率绑定
  // 它会自动返回一个关联的通道（如果需要的话）
  ledcAttach(ledPin, freq, resolution);
}

void loop() {
  // 逐渐变亮
  for(int dutyCycle = 0; dutyCycle <= 255; dutyCycle++){   
    // 【新版用法】直接通过引脚号写入，不再需要指定通道
    ledcWrite(ledPin, dutyCycle);   
    delay(10);
  }

  // 逐渐变暗
  for(int dutyCycle = 255; dutyCycle >= 0; dutyCycle--){
    ledcWrite(ledPin, dutyCycle);   
    delay(10);
  }
  
  Serial.println("Breathing cycle completed");
}

步骤4：上传程序

1. 点击上传按钮（→）。
2. 观察上传过程：
   • 如果出现 "上传失败"，尝试按住 BOOT 按钮再点击上传。
   • 等待直到看到 "上传成功" 提示。
3. 观察板载 LED 是否开始呼吸闪烁。

步骤5：观察效果与调试

1. 观察 LED 变化：
   • LED 应缓慢变亮再缓慢变暗。
   • 循环往复，形成呼吸效果。
2. 打开串口监视器：
   • 点击右上角 "串口监视器" 图标。
   • 设置波特率为 115200。
   • 观察输出的呼吸周期计数。
3. 修改呼吸速度：
   • 修改代码中 delay(10) 的数值。
   • 数值变大 → 呼吸变慢。
   • 数值变小 → 呼吸变快。
   • 重新上传观察效果变化。

五、常见问题及解决

问题1：LED不亮

• 检查是否选择正确的开发板型号。
• 确认 GPIO 引脚定义是否正确（有些板子 LED 不在 GPIO2）。
• 尝试其他 GPIO 引脚（如 GPIO13）。

问题2：呼吸效果不明显

• 增加 PWM 分辨率：resolution = 12（占空比范围 0-4095）。
• 减慢呼吸速度：增加 delay() 值。

问题3：上传失败

• 按住 BOOT 按钮再点击上传。
• 检查 USB 线是否支持数据传输。
• 重新选择正确的 COM 端口。

六、实验总结

知识点掌握

1. PWM 原理： 通过调节占空比（Duty Cycle）控制 LED 平均亮度。
2. ESP32 PWM 配置：
   • ledcSetup()：配置 PWM 通道参数（频率、分辨率）。
   • ledcAttachPin()：绑定引脚到 PWM 通道。
   • ledcWrite()：设置通道的占空比值。
3. 呼吸灯算法： 通过循环结构（for循环）逐渐递增和递减占空比，配合 delay() 实现平滑过渡。

七、课后思考