本文由網友投稿。
作者：陳顯達
原文標題：【單片機入門】(四)應用層軟體開發的單片機學習之路-----esp32 開發板 pwm 控制電機以及中斷的使用
原文連結：https://www.cnblogs.com/1996-Chinese-Chen/p/16846218.html
引言
各位大佬，晚上好啊，在上一篇博客中，我們講了什麼是 uart 串口通訊，以及使用 usb 轉 ttl 使得單片機可以和 c#上位機做一個串口通訊，接下來，為大家帶來 pwm 的概念原理，以及實際案例，使用 pwm 對電機進行速度調製，因為本課程的最後是做一個紅外遙控的智能小車，所以是需要電機四個，驅動四個，輪胎四個，所以 pwm 對於最後的成果也是極為重要，並且在實際開發中，pwm 也是比較常用的調速方式。
概念
pwm 全稱 pulse width modulation，中文翻譯為脈衝寬度調製，其基本原理為控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等但寬度不一致的脈衝，用這些脈衝來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產生多個脈衝，使各脈衝的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規則對各脈衝的寬度進行調製，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。
可能上面對於原理的解釋過於官方，大家可能看不懂，通俗易懂的來說，就是通過對電子元器件的電路進行高低電平進行控制，在一段時間內，高低電平在輸出會形成一段波動，這個波動可以成為 pwm 波形，而我們需要使用代碼去控制 pwm 的輸出波形，高電平在這一段波動中，通電時間即高電平時間是占了總時間多少，同時在這一段 pwm 波形中，高低電平來回切換的頻率又是多少，形成了這麼一段波形，這就引入了兩個概念，占空比(duty ratio)和頻率，占空比代表著，高電平通電總時和總時的一個占比(這段波形中，高低電平的總共占用時間)，而頻率則是高低電平在這段波形中，來回切換的一個頻率。
如下圖，下方在 arduino 串口繪圖器中，展示了一段鋸齒波形，看下方的 gif 我們可以看到對應的電機運動也是有快到慢的一個運動狀態。
代碼解析
void setup() {
Serial.begin(9600);
ledcSetup(0, 5000, 8);
ledcAttachPin(12, 0);
}
// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
for (int dutyCycle = 0; dutyCycle <= 255; dutyCycle++) {
ledcWrite(0, dutyCycle);
delay(7);
Serial.println(dutyCycle);
}
}
在 arduino 中我們可以使用 ledc 來實現對 pwm 的控制，而在純 c 樂鑫的開發板中，是可以使用 mcpwm 進行控制，但是由於 arduino 在此處不能使用 mcpwm，則就有了 ledc 作為替代品，esp32 帶有一個 16 通道的一個 led pwm 控制器，對應使用的是樂鑫的 led pwm 控制，esp32 led pwm，分為 8 路高速通道和 8 路低速通道，然後我們使用不同的頻率，和占空比來實現控制電機轉速的控制。
在上面的代碼中，我們先設置了 ledc 的通道為 0，頻率為 5000，第八個低速 led 控制器，即代碼為 ledcsetup (0, 5000, 8);然後需要將通道和引腳進行管理使用 ledcattachpin(12, 0);將引腳 12 和第 0 個通道關聯起來，在 loop 代碼中，可以看到，我們寫入的最大的占空比為 255，而 0-255 總數為 256，那是因為，占空比是和通道是有關係的，上文提到，led 的 pwm 控制器一共有 16 個，此處我們使用 8，而 256 則為 2 的 8 次方的值，所以占空比最大為 256，如果取值為 10，占空比的最大值則為 1024-1;ledcwrite(0,dutycycle);則是將占空比寫入對應的通道，便完成了 pwm 對電機進行調速設置。
arduino 針對 esp32 樂鑫 pwm 的封裝，目前已知的有 ledc，不需要安裝，默認就可以使用，而其他的也有對於 pwm 的封裝，個人測試了一兩個倒也沒有這個好用，後續各位朋友也可以繼續探索其他好用的 pwm 庫進行開發。
中斷
在上面講完 pwm 之後，我們再來講一下中斷，以及中斷的一個實際案例。中斷，顧名思義，是在程式執行期間，遇到某一個事件的時候，將暫停手上的工作先去執行某一件事情，這個事情則是我們中斷當下工作，去執行的事情，這個動作，稱之為中斷。雖然在代碼中，可以註冊一個後台任務（在純 c 中），進行不停的 while，但是這樣在性能上還是無法發揮單片機的功效，所以這種場景下我們便需要使用中斷，來實現我們的某種功能，例如使用按鈕，來判斷是否需要打開 led，或者是其他的行為。
在 arduino 中，我們可以使用 attachinterrupt 函數來進行對引腳增加中斷以及使用 detachinterrupt 來移除中斷，
attachinterrupt 函數需要三個參數，第一個為中斷需要使用的引腳 pin，第二個為中斷觸發的函數，第三個為中斷的類型，對於 esp32 的中斷，在 arduino 中，其方法名前面必須加一個 iram_attr 標記其為中斷函數，第一個函數中的 digitalpintointerrupt 為將 27 和中斷進行一個綁定，同時還有其他方法，但是官方均不推薦，
在下方的代碼中，我們定義了一個 change 的函數用來處理 esp32 27 引腳的中斷，用 27 引腳的電平控制 led 引腳 2 的電平，以此來控制是否點亮 led 燈，先設置引腳 2 為輸出模式，27 引腳為上拉輸入模式，可以理解為上拉電阻的一般都需要用到這種模式，然後我們將引腳 27 和中斷進行關聯，設置中斷函數為 change，模式為 change。然後在 loop 函數中，我們給引腳 2 寫入 state 的值，當進入 change 中斷函數中，會將 state 取反，然後進入 loop 寫入值。以此實現控制 led 的顯示和不顯示，在這裡，提醒一下，由於在單片機中，中斷以及定時器都是非阻塞模式，而 serial.println 函數是阻塞寫入緩衝區，會導致中斷函數會不斷的輸出錯誤，錯誤：guru meditation error: core 1 panic'ed (interrupt wdt timeout on cpu1).
這是因為 println 函數阻塞導致定時器無法繼續執行，所過非要使用此函數，可以嘗試設置中間變量，然後在 loop 函數中判斷是否改變值，然後進行輸出信息到串口。
可以在下方 gif 看到，我們使用按鈕進行控制 led 的顯示和不顯示。
volatile byte state = LOW;
void IRAM_ATTR change()
{
state=!state;
}
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
pinMode(2, OUTPUT);
pinMode(27, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(27), change, CHANGE);
}
void loop() {
digitalWrite(2, state);// put your main code here, to run repeatedly:
}
可以看到第二個方法是傳入一個 interrupt 的中斷編號，但是 esp32 上面的中斷編號，不在官方資料中，所以我們只有需要第一個方法來進行引腳和中斷函數的關聯，當然了可能最後一個也是可以，只是此處我沒有嘗試，感興趣的可以進行嘗試，
在 mode 中，arduino 是支持五種模式，第一種為 low,，看翻譯我們知道，這個是在電平處於低電平時會觸發中斷函數，
第二個 change 是不管是高到低，還是低到高，都會觸發
第三種是引腳在由低電平到高電平時觸發，而不是已經到了高電平觸發，
第四種是下降，當電平由高到低時會觸發中斷函數，
第五種是電平處於高電平時會觸發中斷函數。
結語
今天講了 pwm 還有中斷的使用，可能一次性講的有點多，有點難以消化，有什麼不懂的可以及時問我，以及後面我更新的時間會稍微慢一點，防止講的過快，一時間不明白，後面還會有對於 iic,spi 的一個案例講解，在這些講完後，我會開始準備最終極的目標，做一個智能小車，其中會需要的配件，這兩天我會總結好發到群里，以及購買連結。有感興趣的同學可以加 qq 群，一起學習，一起討論，博主也是一個剛開始玩單片機的學徒，後面也會研究 stm32 系列單片機，歡迎大家加入討論，學習。
