前言：ESP32 為什麼需要 PWM？
前面的 GPIO 數位輸出只能讓 ESP32 輸出兩種狀態：
HIGH
LOW因此控制 LED 時，最基本只能做到：
HIGH → LED 亮
LOW → LED 滅如果我們想讓 LED：
25% 亮度
50% 亮度
75% 亮度
慢慢變亮
慢慢變暗或者控制：
RGB LED 顏色
蜂鳴器音調
馬達速度
風扇速度就需要使用：
PWM
PWM 全名：
Pulse Width Modulation
中文通常稱為：
脈衝寬度調變
ESP32 具有專門的 LEDC（LED Control）PWM 周邊。Espressif 官方說明 LEDC 主要設計用途是 LED 亮度控制，但同樣可以產生其他用途的 PWM 訊號，而且多個 Channel 可以產生獨立波形，例如用於 RGB LED。
這一章將完整學習：
PWM
↓
Frequency
↓
Resolution
↓
Duty Cycle
↓
LEDC
↓
LED 調光
↓
呼吸燈
↓
RGB LED
↓
Passive Buzzer最後完成：
ESP32 呼吸燈 + RGB LED 漸變
完整實作。
一、PWM 是什麼？
ESP32 的 GPIO 是數位輸出，因此基本狀態仍然是：
HIGH或者：
LOWPWM 並不是讓 GPIO 真的輸出：
1.2V
1.8V
2.5V這種連續類比電壓。
它實際上是讓 GPIO 非常快速地：
HIGH
LOW
HIGH
LOW
HIGH
LOW切換。
例如：
HIGH ──── ──── ────
LOW ──── ────當切換速度很快時，LED 會呈現出不同的平均亮度。
因此：
PWM 是利用快速切換 HIGH / LOW 的時間比例，控制平均輸出效果。
二、PWM 的三個核心參數
學習 ESP32 PWM 時，最重要的是理解三個參數：
Frequency
Resolution
Duty Cycle也就是：
- PWM Frequency
- PWM Resolution
- PWM Duty Cycle
這三個參數會直接影響 PWM 的使用方式。
三、什麼是 PWM Frequency？
Frequency 就是：
PWM 頻率
單位：
Hz例如：
100 Hz代表 PWM 每秒執行：
100 個週期如果：
5000 Hz就是：
每秒 5000 個 PWM 週期本章 LED 與 RGB LED 實驗使用：
const uint32_t PWM_FREQ = 5000;也就是：
5 kHz
這是一組適合拿來進行 LED PWM 教學的設定。
四、什麼是 PWM Duty Cycle？
Duty Cycle 中文通常叫：
工作週期
占空比
它代表在一個 PWM 週期中：
HIGH 所占的時間比例。
例如：
0% Duty Cycle
LOW ─────────────────────LED：
熄滅25% Duty Cycle
HIGH ── ── ──
LOW ────── ──────LED：
較暗50% Duty Cycle
HIGH ──── ────
LOW ──── ────LED 大約處於中間亮度範圍。
100% Duty Cycle
HIGH ───────────────────LED：
最亮所以可以簡單理解：
| Duty Cycle | LED 效果 |
|---|---|
| 0% | 熄滅 |
| 25% | 暗 |
| 50% | 中等 |
| 75% | 亮 |
| 100% | 最亮 |
五、什麼是 PWM Resolution？
Resolution 就是：
PWM 解析度
假設設定：
8-bit代表 PWM 可以分成：
2^8 = 256個等級。
因此 Duty 值就是：
0 ～ 255例如：
| Duty | 約略比例 |
|---|---|
| 0 | 0% |
| 64 | 25% |
| 128 | 50% |
| 192 | 75% |
| 255 | 100% |
如果改成：
10-bit則有：
2^10 = 1024個階級：
0 ～ 1023Arduino-ESP32 官方目前的 ledcAttach() 文件指出，LEDC Resolution 一般依 SoC 支援 1～14 bit，而原始 ESP32 可達 1～20 bit。
本章為了讓程式容易理解，統一採用：
8-bit
0 ～ 255六、Frequency 與 Resolution 不是完全獨立
這是一個很重要的 ESP32 PWM 觀念。
ESP32 的：
Frequency與：
Resolution存在取捨關係。
Espressif 官方說明：
PWM Frequency 越高
↓
可使用的最高 Resolution 通常越低反過來：
Resolution 越高
↓
可設定的最高 PWM Frequency 通常越低因此不能任意要求「最高頻率 + 最高解析度」。實際可用範圍還會受到 ESP32 型號與 LEDC Clock Source 等因素影響。
七、ESP32 LEDC 是什麼？
LEDC 全名：
LED Control
它是 ESP32 用來產生 PWM 的重要硬體周邊。
LEDC 可以控制：
PWM Frequency
PWM Resolution
Duty Cycle
Fade
Tone因此不只可以控制：
LED還能應用在：
RGB LED
Passive Buzzer
照明
馬達控制訊號
其他 PWM 裝置Espressif 的 ESP-IDF 文件也明確指出 LEDC 可以控制 LED 強度以及產生其他 PWM 訊號。
八、Arduino-ESP32 3.x LEDC 新語法
這一點非常重要。
很多舊 ESP32 教學使用：
ledcSetup(channel, frequency, resolution);
ledcAttachPin(pin, channel);
ledcWrite(channel, duty);但是：
Arduino-ESP32 3.x 已經改版
官方 Migration Guide 已列出：
ledcSetup()
ledcAttachPin()已移除。
現在改成：
ledcAttach(
pin,
frequency,
resolution
);而 ledcWrite() 也可以直接以 GPIO Pin 控制。
所以本章全部採用：
Arduino-ESP32 3.x 新版 API
九、ledcAttach()
新版基本格式：
ledcAttach(
pin,
frequency,
resolution
);例如：
ledcAttach(
18,
5000,
8
);代表：
GPIO = 18
Frequency = 5000 Hz
Resolution = 8-bit而且：
LEDC Channel 會自動選擇。
這是目前 Arduino-ESP32 官方 API 的正式行為。
十、ledcWrite()
設定完成後，可以使用：
ledcWrite(
pin,
duty
);例如：
ledcWrite(
18,
128
);在本章的 8-bit 設定中：
128 / 255大約相當於：
50% DutyArduino-ESP32 官方 API 定義 ledcWrite(pin, duty) 用於設定指定 LEDC Pin 的 Duty。
十一、本章準備材料
| 材料 | 數量 |
|---|---|
| ESP32 開發板 | 1 |
| 單色 LED | 1 |
| RGB LED | 1 |
| 220Ω～330Ω 電阻 | 4 |
| Passive Buzzer | 1 |
| 麵包板 | 1 |
| 杜邦線 | 若干 |
| USB 線 | 1 |
本章範例 GPIO：
單色 LED GPIO18
RGB Red GPIO25
RGB Green GPIO26
RGB Blue GPIO27
Passive Buzzer GPIO23若使用不同型號 ESP32 開發板，GPIO 配置應依該開發板實際 Pinout 調整。
十二、ESP32 LED 調光接線
單色 LED：
ESP32 GPIO18
│
220Ω
│
▼
LED 正極
│
LED 負極
│
▼
GND接線表：
| ESP32 | LED |
|---|---|
| GPIO18 | 220Ω～330Ω → LED 正極 |
| GND | LED 負極 |
限流電阻不可省略。
十三、第一個 ESP32 PWM LED 調光程式
先讓 LED 固定在約 50% Duty。
const uint8_t LED_PIN = 18;
const uint32_t PWM_FREQ = 5000;
const uint8_t PWM_RESOLUTION = 8;
void setup()
{
Serial.begin(115200);
if (!ledcAttach(
LED_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION))
{
Serial.println(
"LEDC initialization failed!"
);
while (true)
{
delay(1000);
}
}
ledcWrite(
LED_PIN,
128
);
}
void loop()
{
}這裡：
ledcWrite(
LED_PIN,
128
);就是控制 LED Duty。
目前官方 ledcAttach() 成功會回傳 true，失敗回傳 false；ledcWrite() 則負責設定 Pin 的 Duty。
十四、ESP32 LED 四段亮度
接著做：
0%
25%
50%
75%
100%完整程式：
const uint8_t LED_PIN = 18;
const uint32_t PWM_FREQ = 5000;
const uint8_t PWM_RESOLUTION = 8;
void setup()
{
Serial.begin(115200);
ledcAttach(
LED_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION
);
}
void loop()
{
// 0%
ledcWrite(
LED_PIN,
0
);
delay(1000);
// 25%
ledcWrite(
LED_PIN,
64
);
delay(1000);
// 50%
ledcWrite(
LED_PIN,
128
);
delay(1000);
// 75%
ledcWrite(
LED_PIN,
192
);
delay(1000);
// 100%
ledcWrite(
LED_PIN,
255
);
delay(1000);
}透過這個實驗，就能清楚看到：
Duty 越小 → LED 越暗
Duty 越大 → LED 越亮十五、ESP32 呼吸燈
接著讓 Duty：
0
↓
1
↓
2
↓
...
↓
255再：
255
↓
254
↓
...
↓
0LED 就會產生：
慢慢變亮
↓
慢慢變暗的呼吸效果。
十六、ESP32 呼吸燈完整程式
const uint8_t LED_PIN = 18;
const uint32_t PWM_FREQ = 5000;
const uint8_t PWM_RESOLUTION = 8;
const int MAX_DUTY = 255;
const int FADE_DELAY = 8;
void setup()
{
Serial.begin(115200);
if (!ledcAttach(
LED_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION))
{
Serial.println(
"LEDC initialization failed!"
);
while (true)
{
delay(1000);
}
}
}
void loop()
{
// 漸亮
for (
int duty = 0;
duty <= MAX_DUTY;
duty++
)
{
ledcWrite(
LED_PIN,
duty
);
delay(
FADE_DELAY
);
}
// 漸暗
for (
int duty = MAX_DUTY;
duty >= 0;
duty--
)
{
ledcWrite(
LED_PIN,
duty
);
delay(
FADE_DELAY
);
}
}修改：
FADE_DELAY就可以調整呼吸速度。
十七、ESP32 還有硬體 Fade
除了自己使用：
for()改變 Duty，目前 Arduino-ESP32 也提供：
ledcFade()格式：
ledcFade(
pin,
startDuty,
targetDuty,
fadeTime
);例如：
ledcFade(
LED_PIN,
0,
255,
2000
);可以讓 LED 在約 2000 ms 內由設定的起始 Duty 漸變到目標 Duty。Espressif 官方 LEDC 文件同時提供 ledcFade()、ledcFadeWithInterrupt() 等 API。
對初學者而言，本章先使用：
for()
+
ledcWrite()因為更容易理解 PWM Duty 如何變化。
十八、RGB LED 是什麼？
RGB LED 可以把三個 LED 顏色整合在同一顆元件裡：
R = Red
G = Green
B = Blue利用三個顏色不同的亮度比例，就能產生大量不同顏色。
例如概念上：
| R | G | B | 顏色 |
|---|---|---|---|
| 255 | 0 | 0 | 紅 |
| 0 | 255 | 0 | 綠 |
| 0 | 0 | 255 | 藍 |
| 255 | 255 | 0 | 黃 |
| 0 | 255 | 255 | 青 |
| 255 | 0 | 255 | 紫紅 |
| 255 | 255 | 255 | 白 |
因此只要讓 ESP32 同時產生：
3 組 PWM就可以分別控制：
Red
Green
Blue的亮度。
ESP32 LEDC 本身就是設計來提供多路 PWM 波形，官方文件也直接以 RGB LED 作為多 Channel PWM 的應用例子。
十九、RGB LED：共陰極與共陽極
常見 RGB LED 有兩種：
Common Cathode
共陰極：
R ──電阻── GPIO
G ──電阻── GPIO
B ──電阻── GPIO
Common
│
GND這種最直觀：
Duty 越大
↓
越亮本章程式主要以：
Common Cathode 共陰極 RGB LED
為例。
Common Anode
共陽極：
Common
│
3.3V這種控制邏輯相反。
概念上：
PWM Duty 越大並不直接等於 LED 越亮，因此程式通常需要做反相，例如在 8-bit 控制下：
255 - value購買 RGB LED 時應先確認是：
Common Cathode還是：
Common Anode二十、RGB LED 接線
本章使用：
Red → GPIO25
Green → GPIO26
Blue → GPIO27共陰極：
ESP32 GPIO25
│
220Ω
│
▼
RGB R
ESP32 GPIO26
│
220Ω
│
▼
RGB G
ESP32 GPIO27
│
220Ω
│
▼
RGB B
RGB Common Cathode
│
▼
GND三個顏色最好各自配置限流電阻。
二十一、RGB LED 初始化
需要三個 PWM 輸出：
const uint8_t RED_PIN = 25;
const uint8_t GREEN_PIN = 26;
const uint8_t BLUE_PIN = 27;初始化：
ledcAttach(
RED_PIN,
5000,
8
);
ledcAttach(
GREEN_PIN,
5000,
8
);
ledcAttach(
BLUE_PIN,
5000,
8
);新版 ledcAttach() 會自動選擇 LEDC Channel；多個符合相同 Frequency / Resolution 的通道也可以共用適合的 Timer，而各 Channel 仍可設定各自 Duty。
二十二、建立 setRGB() 函式
為了讓程式更容易閱讀，可以建立：
void setRGB(
uint8_t red,
uint8_t green,
uint8_t blue
)
{
ledcWrite(
RED_PIN,
red
);
ledcWrite(
GREEN_PIN,
green
);
ledcWrite(
BLUE_PIN,
blue
);
}這樣就能直接：
setRGB(
255,
0,
0
);顯示紅色。
二十三、ESP32 RGB LED 基本顏色測試
完整程式：
const uint8_t RED_PIN = 25;
const uint8_t GREEN_PIN = 26;
const uint8_t BLUE_PIN = 27;
const uint32_t PWM_FREQ = 5000;
const uint8_t PWM_RESOLUTION = 8;
void setRGB(
uint8_t red,
uint8_t green,
uint8_t blue
)
{
ledcWrite(
RED_PIN,
red
);
ledcWrite(
GREEN_PIN,
green
);
ledcWrite(
BLUE_PIN,
blue
);
}
void setup()
{
ledcAttach(
RED_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION
);
ledcAttach(
GREEN_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION
);
ledcAttach(
BLUE_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION
);
}
void loop()
{
// Red
setRGB(
255,
0,
0
);
delay(1000);
// Green
setRGB(
0,
255,
0
);
delay(1000);
// Blue
setRGB(
0,
0,
255
);
delay(1000);
// Yellow
setRGB(
255,
255,
0
);
delay(1000);
// Cyan
setRGB(
0,
255,
255
);
delay(1000);
// Magenta
setRGB(
255,
0,
255
);
delay(1000);
// White
setRGB(
255,
255,
255
);
delay(1000);
// OFF
setRGB(
0,
0,
0
);
delay(1000);
}二十四、RGB LED 漸變原理
如果直接：
Red
↓
Green
↓
Blue會變成突然切換。
要做出平滑漸變，可以讓兩個顏色同時改變。
例如：
Red → Green
Red 255 → 0
Green 0 → 255
Blue 0程式：
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
255 - i,
i,
0
);
delay(10);
}這樣就會產生：
紅
↓
橙
↓
黃
↓
黃綠
↓
綠的平滑變化。
二十五、RGB LED 三色循環漸變
我們可以設計：
Red
↓
Green
↓
Blue
↓
Red三個階段。
Red → Green（補充說明）
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
255 - i,
i,
0
);
delay(10);
}Green → Blue
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
0,
255 - i,
i
);
delay(10);
}Blue → Red
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
i,
0,
255 - i
);
delay(10);
}三段接起來，就形成一個循環 RGB 漸變效果。
二十六、ESP32 RGB LED 漸變完整程式
const uint8_t RED_PIN = 25;
const uint8_t GREEN_PIN = 26;
const uint8_t BLUE_PIN = 27;
const uint32_t PWM_FREQ = 5000;
const uint8_t PWM_RESOLUTION = 8;
const uint16_t COLOR_DELAY = 10;
void setRGB(
uint8_t red,
uint8_t green,
uint8_t blue
)
{
ledcWrite(
RED_PIN,
red
);
ledcWrite(
GREEN_PIN,
green
);
ledcWrite(
BLUE_PIN,
blue
);
}
void setup()
{
Serial.begin(115200);
ledcAttach(
RED_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION
);
ledcAttach(
GREEN_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION
);
ledcAttach(
BLUE_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION
);
}
void loop()
{
// Red -> Green
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
255 - i,
i,
0
);
delay(
COLOR_DELAY
);
}
// Green -> Blue
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
0,
255 - i,
i
);
delay(
COLOR_DELAY
);
}
// Blue -> Red
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
i,
0,
255 - i
);
delay(
COLOR_DELAY
);
}
}二十七、Passive Buzzer 是什麼？
除了 LED，PWM 還能拿來產生聲音。
本章使用：
Passive Buzzer
在常見教學用語中，Passive Buzzer 通常是指需要外部週期性訊號來驅動的發聲元件，而不是只接固定 DC 電壓就以內建振盪器產生固定音調。
例如壓電 Sounder 本身沒有內建驅動電路時，需要外部訊號驅動，而且輸入訊號 Frequency 改變時，產生的音調也會改變。Murata 對 Piezoelectric Sounder 與帶振盪電路的 Buzzer 也有類似區分。
因此：
Frequency
↓
決定音高這正好可以利用 ESP32 LEDC。
二十八、Active Buzzer 與 Passive Buzzer 差異
簡化理解：
| 項目 | Active Buzzer | Passive Buzzer |
|---|---|---|
| 內建振盪 | 通常有 | 通常沒有 |
| 接固定電壓 | 可發固定音 | 不適合作為多音階控制方式 |
| 改變音高 | 通常有限 | 可透過輸入 Frequency |
| ESP32 PWM | 不一定需要 | 很適合 |
| 音階實驗 | 不適合 | 適合 |
實際模組仍應以手上的 Buzzer / Sounder 規格書為準。
二十九、ESP32 ledcWriteTone()
Arduino-ESP32 LEDC 提供非常方便的：
ledcWriteTone()格式：
ledcWriteTone(
pin,
frequency
);例如：
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
1000
);代表讓指定 LEDC Pin 產生：
1000 Hz的 50% Duty Tone。
如果 Frequency 設為：
0則停止 Tone 輸出。這是目前 Arduino-ESP32 官方 ledcWriteTone() 的定義。
三十、Passive Buzzer 接線
如果使用適合由 GPIO 訊號驅動的小型教學用壓電發聲元件，可依元件規格設計：
GPIO23
│
▼
Passive Buzzer
│
GND但實際 Buzzer 的：
工作電壓
輸入電流
驅動方式
額定頻率必須查閱所使用元件的 Datasheet。
如果負載需求超過 GPIO 適合直接驅動的範圍，應使用：
ESP32 GPIO
↓
Transistor / Driver
↓
Buzzer而不是直接由 GPIO 承擔負載。
三十一、ESP32 Passive Buzzer 基本程式
const uint8_t BUZZER_PIN = 23;
void setup()
{
Serial.begin(115200);
ledcAttach(
BUZZER_PIN,
2000,
8
);
}
void loop()
{
// 1000 Hz
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
1000
);
delay(500);
// Stop
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
0
);
delay(500);
// 2000 Hz
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
2000
);
delay(500);
// Stop
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
0
);
delay(1000);
}ledcWriteTone() 會設定 LEDC Pin 輸出指定 Frequency 的 50% Duty Tone。
三十二、使用不同 Frequency 改變音高
例如：
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
500
);ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
1000
);ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
2000
);外部驅動型 Piezo Sounder 的音調會跟著輸入訊號 Frequency 改變，但實際音量通常也會受到元件共振頻率與輸入電壓等因素影響。
三十三、本章實作：ESP32 呼吸燈 + RGB LED 漸變
現在把本章最重要的內容整合起來。
硬體：
ESP32
├── GPIO18 → 單色 LED
├── GPIO25 → RGB Red
├── GPIO26 → RGB Green
├── GPIO27 → RGB Blue
└── GPIO23 → Passive Buzzer執行流程：
ESP32 啟動
↓
蜂鳴器提示音
↓
LED 呼吸一次
↓
RGB Red → Green
↓
RGB Green → Blue
↓
RGB Blue → Red
↓
重新循環這個實驗一次練習：
PWM Frequency
Resolution
Duty Cycle
LEDC
LED 調光
RGB LED
Passive Buzzer三十四、完整接線表
| ESP32 | 元件 |
|---|---|
| GPIO18 | 220Ω → 單色 LED 正極 |
| GND | 單色 LED 負極 |
| GPIO25 | 電阻 → RGB Red |
| GPIO26 | 電阻 → RGB Green |
| GPIO27 | 電阻 → RGB Blue |
| GND | RGB Common Cathode |
| GPIO23 | Passive Buzzer Signal |
| GND | Passive Buzzer GND |
本例以：
Common Cathode RGB LED為基準。
如果使用 Common Anode RGB LED，需要修改輸出邏輯。
三十五、ESP32 呼吸燈 + RGB LED 漸變完整程式
/*
第 5 章
ESP32 PWM 完整教學
功能：
1. ESP32 LEDC PWM
2. 單色 LED 呼吸燈
3. RGB LED 三色漸變
4. Passive Buzzer 提示音
適用：
Arduino-ESP32 3.x
RGB LED：
Common Cathode
*/
// -----------------------------
// GPIO
// -----------------------------
const uint8_t LED_PIN = 18;
const uint8_t RED_PIN = 25;
const uint8_t GREEN_PIN = 26;
const uint8_t BLUE_PIN = 27;
const uint8_t BUZZER_PIN = 23;
// -----------------------------
// PWM
// -----------------------------
const uint32_t PWM_FREQ = 5000;
const uint8_t PWM_RESOLUTION = 8;
const int MAX_DUTY = 255;
// -----------------------------
// Speed
// -----------------------------
const uint8_t BREATH_DELAY = 6;
const uint8_t COLOR_DELAY = 8;
// -----------------------------
// RGB Function
// -----------------------------
void setRGB(
uint8_t red,
uint8_t green,
uint8_t blue
)
{
ledcWrite(
RED_PIN,
red
);
ledcWrite(
GREEN_PIN,
green
);
ledcWrite(
BLUE_PIN,
blue
);
}
// -----------------------------
// Buzzer Beep
// -----------------------------
void beep(
uint32_t frequency,
uint16_t duration
)
{
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
frequency
);
delay(
duration
);
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
0
);
}
// -----------------------------
// Breathing LED
// -----------------------------
void breathingLED()
{
// Fade In
for (
int duty = 0;
duty <= MAX_DUTY;
duty++
)
{
ledcWrite(
LED_PIN,
duty
);
delay(
BREATH_DELAY
);
}
// Fade Out
for (
int duty = MAX_DUTY;
duty >= 0;
duty--
)
{
ledcWrite(
LED_PIN,
duty
);
delay(
BREATH_DELAY
);
}
}
// -----------------------------
// RGB Gradient
// -----------------------------
void rgbGradient()
{
// -------------------------
// Red -> Green
// -------------------------
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
255 - i,
i,
0
);
delay(
COLOR_DELAY
);
}
// -------------------------
// Green -> Blue
// -------------------------
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
0,
255 - i,
i
);
delay(
COLOR_DELAY
);
}
// -------------------------
// Blue -> Red
// -------------------------
for (
int i = 0;
i <= 255;
i++
)
{
setRGB(
i,
0,
255 - i
);
delay(
COLOR_DELAY
);
}
}
// -----------------------------
// setup()
// -----------------------------
void setup()
{
Serial.begin(115200);
delay(500);
Serial.println();
Serial.println(
"ESP32 PWM Demo"
);
// -------------------------
// Single LED
// -------------------------
if (!ledcAttach(
LED_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION))
{
Serial.println(
"LED PWM initialization failed!"
);
while (true)
{
delay(1000);
}
}
// -------------------------
// RGB Red
// -------------------------
if (!ledcAttach(
RED_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION))
{
Serial.println(
"RED PWM initialization failed!"
);
}
// -------------------------
// RGB Green
// -------------------------
if (!ledcAttach(
GREEN_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION))
{
Serial.println(
"GREEN PWM initialization failed!"
);
}
// -------------------------
// RGB Blue
// -------------------------
if (!ledcAttach(
BLUE_PIN,
PWM_FREQ,
PWM_RESOLUTION))
{
Serial.println(
"BLUE PWM initialization failed!"
);
}
// -------------------------
// Passive Buzzer
// 使用不同初始 Frequency
// -------------------------
if (!ledcAttach(
BUZZER_PIN,
2000,
PWM_RESOLUTION))
{
Serial.println(
"Buzzer LEDC initialization failed!"
);
}
// Turn everything off
ledcWrite(
LED_PIN,
0
);
setRGB(
0,
0,
0
);
Serial.println(
"PWM Ready"
);
// Startup Beep
beep(
1500,
150
);
delay(100);
beep(
2200,
150
);
}
// -----------------------------
// loop()
// -----------------------------
void loop()
{
Serial.println(
"Breathing LED"
);
breathingLED();
delay(300);
Serial.println(
"RGB Gradient"
);
rgbGradient();
delay(300);
// End Beep
beep(
1800,
100
);
delay(500);
}這支程式使用的是目前 Arduino-ESP32 的 Pin-based LEDC API：ledcAttach() 自動分配 Channel，ledcWrite() 設定 Duty，ledcWriteTone() 則可以產生指定 Frequency 的 50% Duty Tone。
三十六、完整程式流程解析
開機：
setup()
↓
初始化 Serial
↓
初始化單色 LED PWM
↓
初始化 RGB R / G / B PWM
↓
初始化 Passive Buzzer
↓
蜂鳴兩聲接著：
loop()執行：
breathingLED()產生：
LED 漸亮
↓
LED 最亮
↓
LED 漸暗
↓
LED 熄滅然後：
rgbGradient()執行：
Red
↓
Green
↓
Blue
↓
Red最後蜂鳴器發出提示音，再重新循環。
三十七、為什麼 RGB LED 需要三路 PWM？
因為：
R
G
B必須分別控制亮度。
例如：
R = 255
G = 128
B = 0與：
R = 128
G = 0
B = 255會產生完全不同的混色結果。
因此架構就是：
ESP32 LEDC
├── PWM 1 → Red
├── PWM 2 → Green
└── PWM 3 → BlueLEDC 的多 Channel 設計正適合這類 RGB LED 控制。
三十八、如何控制 RGB 漸變速度？
本章設定：
const uint8_t COLOR_DELAY = 8;如果改：
COLOR_DELAY = 2;顏色變化會更快。
如果：
COLOR_DELAY = 20;漸變會變慢。
呼吸燈則由：
BREATH_DELAY控制。
因此可以分別調整：
BREATH_DELAY
↓
呼吸速度
COLOR_DELAY
↓
RGB 漸變速度三十九、如果 RGB LED 是 Common Anode 怎麼辦？
如果你的 RGB LED 是：
Common Anode（補充說明）
可以把 setRGB() 改成：
void setRGB(
uint8_t red,
uint8_t green,
uint8_t blue
)
{
ledcWrite(
RED_PIN,
255 - red
);
ledcWrite(
GREEN_PIN,
255 - green
);
ledcWrite(
BLUE_PIN,
255 - blue
);
}也就是將：
0 ～ 255反相成：
255 ～ 0其他 RGB 漸變程式就不需要大幅修改。
四十、PWM Frequency 越高越好嗎？
不是。
ESP32 PWM 應依用途選擇：
Frequency
+
Resolution兩者存在硬體上的取捨。
Espressif 官方文件明確指出 Frequency 與 Duty Resolution 是相互關聯的；要求更高 Frequency 時，通常可用的 Resolution 會降低。
因此本章：
5000 Hz
8-bit只是方便 LED 與 RGB LED 教學的一組設定，並不是所有 PWM 應用的唯一最佳設定。
四十一、ESP32 analogWrite() 可以使用嗎？
可以。
目前 Arduino-ESP32 官方也提供：
analogWrite(
pin,
value
);而且預設可使用：
0 ～ 255另外還有：
analogWriteResolution()以及：
analogWriteFrequency()可以調整 Resolution 與 Frequency。
所以簡單 LED 調光可以寫：
analogWrite(
LED_PIN,
128
);但是本章仍建議學會：
LEDC因為後續要理解：
Frequency
Resolution
Duty
RGB
Tone
Fade時，LEDC 會更加完整。
四十二、常見錯誤：ledcSetup 找不到
如果看到：
'ledcSetup' was not declared in this scope或：
'ledcAttachPin' was not declared in this scope而目前安裝的是 Arduino-ESP32 3.x，原因通常是教學使用了舊 API。
舊版：
ledcSetup(
channel,
frequency,
resolution
);
ledcAttachPin(
pin,
channel
);新版：
ledcAttach(
pin,
frequency,
resolution
);Espressif 的 2.x → 3.0 Migration Guide 已明確列出 ledcSetup()、ledcAttachPin() 被移除，並由 ledcAttach() 整合設定。
四十三、常見錯誤：RGB LED 顏色完全不對
先檢查：
RGB Pin 腳排列不要假設每一顆 RGB LED 都是：
R
Common
G
B實際排列應依產品 Datasheet 或實際量測確認。
另外還要確認：
Common Cathode還是：
Common Anode如果類型弄反，PWM 控制結果也會反過來。
四十四、常見錯誤：RGB 三色需要幾顆電阻？
建議：
Red → 一顆限流電阻
Green → 一顆限流電阻
Blue → 一顆限流電阻也就是：
三顆
而不是只在 RGB LED Common 端共用一顆電阻。
這樣才能比較合理地分別控制三個 LED Die 的電流。
四十五、常見錯誤：Passive Buzzer 沒有聲音
先確認買到的是：
Passive / External-drive還是：
Active / Built-in oscillator兩者驅動概念不同。
也要檢查：
Pin 接線
GND
工作電壓
驅動需求
Frequency外部驅動型 Piezo Sounder 需要輸入週期性訊號，而實際最響的 Frequency 通常與元件本身的共振特性有關。
四十六、常見錯誤：蜂鳴器直接接 GPIO
不能只看它叫：
Buzzer就假設一定可以直接由 ESP32 GPIO 驅動。
應先查看：
Datasheet確認：
工作電壓
電流
輸入方式需要較大驅動能力時，使用：
GPIO
↓
Transistor / MOSFET / Driver
↓
Buzzer會比較合理。
四十七、ESP32 PWM 可以應用在哪裡？
掌握本章後，可以繼續發展：
LED 調光
RGB Mood Light
RGB 狀態燈
呼吸燈
蜂鳴器警報
電子門鈴
音階
DC Motor Speed
Fan Speed
MOSFET Lighting Control
IoT Smart Light所以：
PWM 是 ESP32 從基本 GPIO 控制進入實際控制系統的重要技術。
四十八、FAQ：ESP32 PWM 常見問題
Q1：ESP32 支援 PWM 嗎？
支援。
ESP32 提供 LEDC 周邊來產生 PWM，官方定位除了 LED 亮度控制，也可用於其他 PWM 應用。
Q2：ESP32 LEDC 是什麼？
LEDC：
LED Control是 ESP32 用來產生 PWM 的硬體周邊之一，可設定 Frequency、Resolution 與 Duty。
Q3：ESP32 LED 亮度如何控制？
可以改變：
PWM Duty Cycle例如在 8-bit PWM：
0 ～ 255中：
0代表最低輸出，
而：
255代表最高 Duty。
Q4：ESP32 RGB LED 為什麼需要 PWM？
因為 RGB LED 必須分別控制：
Red
Green
Blue三個亮度，才能進行混色與漸變。
Q5：ESP32 可以做呼吸燈嗎？
可以。
最基本的方法是使用：
ledcWrite()逐步改變：
Duty也可以使用目前官方提供的：
ledcFade()進行 Fade。
Q6：ESP32 可以控制 Passive Buzzer 嗎？
可以利用 PWM / Tone 訊號驅動適合的外部驅動型發聲元件。
Arduino-ESP32 提供：
ledcWriteTone(
pin,
frequency
);可產生指定 Frequency、50% Duty 的 Tone。
Q7：如何停止 ledcWriteTone()？
使用：
ledcWriteTone(
BUZZER_PIN,
0
);Frequency 為 0 時，官方 API 會將 Duty 設為 0。
Q8：為什麼 ledcSetup() 無法編譯？
因為 Arduino-ESP32 3.x 已移除：
ledcSetup()
ledcAttachPin()新版改用：
ledcAttach()而且 LEDC Channel 可以自動配置。
四十九、本章學習重點
本章最重要的第一個觀念：
PWM不是直接輸出真正連續變化的類比電壓，而是：
HIGH / LOW
快速切換
↓
改變 Duty
↓
產生平均輸出效果第二個重點：
PWM
├── Frequency
├── Resolution
└── Duty Cycle第三個重點：
ESP32 透過：
LEDC來進行完整 PWM 控制。
目前 Arduino-ESP32 3.x 的基本寫法：
ledcAttach(
pin,
frequency,
resolution
);
ledcWrite(
pin,
duty
);ledcAttach() 會自動配置 Channel。
第四個重點：
RGB LED其實就是：
Red PWM
+
Green PWM
+
Blue PWM三路亮度組合。
第五個重點：
Passive Buzzer可以透過改變輸入 Frequency 產生不同音高，而 Arduino-ESP32 可以利用：
ledcWriteTone()方便地產生 Tone。
五十、本章總結
在第 5 章中，我們從 ESP32 最基本的：
PWM一路完成：
PWM 原理
↓
Frequency
↓
Resolution
↓
Duty Cycle
↓
LEDC
↓
LED 調光
↓
呼吸燈
↓
RGB LED
↓
RGB 漸變
↓
Passive Buzzer並完成完整實作：
ESP32 呼吸燈 + RGB LED 漸變（補充說明）
其中最重要的 Arduino-ESP32 3.x API 包括：
ledcAttach()
ledcWrite()
ledcWriteTone()另外還可以進一步使用：
ledcRead()
ledcReadFreq()
ledcChangeFrequency()
ledcFade()目前 Arduino-ESP32 官方已經將 LEDC 改為較直觀的 Pin-based API，並由 ledcAttach() 自動配置 Channel；舊版 ledcSetup() 與 ledcAttachPin() 已在 3.x API 移除。
學完本章後，就已經不只是會讓 ESP32 的 LED：
ON
OFF而是能夠控制：
亮度
顏色
漸變
呼吸效果
聲音頻率這也是後續學習：
RGB 智慧燈
蜂鳴器音階
馬達速度控制
風扇調速
MOSFET 功率控制
智慧家庭照明
IoT 警報器的重要基礎。