【ESP32教學】第八篇：PWM呼吸燈原理與LED燈光亮度調控實作

2026-08-25
發佈由管理員

23 3 月

一、實驗說明：什麼是 PWM 脈衝寬度調變？

在先前的教學中，我們學過數位輸出只有 HIGH（3.3V 全亮）和 LOW（0V 全滅）兩種狀態。但如果我們想讓 LED 燈維持在「半亮」的狀態，或是讓燈光像呼吸一樣滑順地由暗變亮、再由亮變暗，該怎麼做呢？

這時候就需要用到 PWM（Pulse Width Modulation，脈衝寬度調變） 技術！

PWM 是一種利用高頻率切換開關，來「模擬類比輸出」的技術。它透過極快的速度切換高低電位，藉由調整高電位在一個週期內所佔的時間比例（稱為佔空比 Duty Cycle），來改變輸出給元件的平均電壓。本實驗我們將利用 ESP32 的 PWM 功能，使用大家最熟悉的 analogWrite() 函式來實作最經典的 LED 呼吸燈 專案！

二、實驗材料準備清單

本篇實作呼吸燈專案所需的硬體元件如下：

ESP32 開發板
麵包板 (Breadboard)
LED 發光二極體
220Ω 或 330Ω 電阻
杜邦跳線
USB 傳輸線

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三、核心知識：用 analogWrite() 輕鬆搞定 PWM 亮度

1. 搞懂佔空比（Duty Cycle）與數值範圍

在使用 analogWrite(pin, value) 調控亮度時，value 代表 PWM 的數值：

預設範圍為 0 ~ 255（8-bit 解析度，共 256 個等級）。
數值 0：代表佔空比 0%（LED 完全熄滅）。
數值 127：代表佔空比 50%（LED 呈現柔和的半亮狀態）。
數值 255：代表佔空比 100%（LED 全亮）。

PWM 佔空比越長，輸出功率就越高。現在我們了解了這種關係，我們可以使用 PWM 來控制 LED 的亮度或直流馬達的速度等。

2. 腳位選擇極具彈性

與傳統 Arduino 固定只有幾個特定腳位支援 PWM 不同，ESP32 幾乎所有的通用 GPIO 腳位都可以直接套用 analogWrite() 輸出 PWM！

四、實作實驗程式碼：analogWrite() 呼吸燈調控

1.安裝 ESP32 AnalogWrite 程式庫

在 Arduino 整合環境功能表點選草稿碼 / 匯入程式庫 / 管理程式庫。
在右上方搜尋框輸入「ESP32 AnalogWrite」，下方會列出所有符合條件的程式庫，不同程式庫使用的程式碼並不相同。此處點選「ESP32 AnalogWrite」，該項目右下角會出現「安裝」鈕，按「安裝」鈕開始安裝。

2.請將以下程式碼複製到 Arduino IDE 中並上傳：

▼注意：假如使用下列程式碼發生編譯錯誤，則表示您目前安裝的ESP32函式庫較為新版，請務必將「#include <analogWrite.h>」這一行移除並重新編譯，則可編譯成功並正常運行。

程式：

#include <analogWrite.h>  
int ledpin=15; //ESP32 GPIO15

void setup() {
  pinMode(ledpin,OUTPUT);
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 255; i++) { //LED 從滅到亮
    analogWrite(ledpin,i); 
    delay(10); 
  } 
  for (int i = 255; i > -1; i--) { //LED 從亮到滅
    analogWrite(ledpin,i);
    delay(10);
  }
}

3. 燒錄與操作測試

點擊 Arduino IDE 的 [上傳 (Upload)] 按鈕。
上傳完畢後，觀察麵包板上的 LED 燈，你會發現它開始像呼吸一般，非常滑順地進行「由暗轉亮、再由亮轉暗」的循環，代表你的 analogWrite() 燈光亮度調控實驗成功了！

五、初學者常見卡關問題與排錯指南（Troubleshooting）

Q：程式上傳成功，但 LED 還是一閃一閃的，沒有滑順漸變的感覺？
- 延時調整：請檢查 for 迴圈中的 delay(5);。如果這個延時設定得太長（例如寫成 500ms），漸變過程就會變成明顯的階梯式閃爍；如果設定太短，呼吸速度則會快到肉眼難以察覺。
Q：為什麼可以在 ESP32 上直接使用 analogWrite()？
- ESP32 在較新版的 Arduino 函式庫中，官方已經將 analogWrite() 自動封裝並對接到內部的 LEDC 硬體模組，因此我們不需要像以前一樣寫繁瑣的通道設定，直接用最經典的 analogWrite() 即可！