ESP32 MCPWM教程：特性、功能框图与PWM控制编程实例

“ ESP32-S3 的 MCPWM 是多功能 PWM 生成器，含两个单元，支持 12 路独立 PWM 输出。通过定时器、操作器等模块实现高精度控制，具备死区、载波调制功能，可检测故障并制动保护。灵活配置 GPIO 输出，广泛用于电机控制、数字电源等场景，为电力电子应用提供高效解决方案。”

01 MCPWM 简介

ESP32-S3 的 MCPWM（电机控制脉宽调制器）是一种多功能 PWM 生成器，广泛应用于电机控制、数字电源、LED 调光等场景。它通过多个定时器、操作器、比较器和生成器模块，实现高精度、高效率的 PWM 信号输出，并支持故障检测、同步控制和脉宽捕获等高级功能。

ESP-IDF 官方 MCPWM 文档

1. 特性

• 功能丰富： 支持多种电机控制模式，如电机的向前 / 向后驱动、断电刹车等。
• 高精度控制： 支持死区控制和外部信号捕获。
• 多通道输出： 每个 MCPWM 外设可以输出 6 路 PWM 信号，两个 MCPWM 外设合计可以输出 12 路 PWM 信号。
• 高级功能： 支持载波调制、故障检测和制动控制。
• 灵活配置： 每个 PWM 操作器可以使用任一 PWM 定时器的定时参考，不同 PWM 操作器可使用相同或不同 PWM 定时器的值来生成 PWM 信号。

2. 数量

ESP32-S3 包含两个 MCPWM 单元，每个单元有三对 PWM 输出。每个 MCPWM 单元包含一个时钟分频器、三个 PWM 定时器、三个 PWM 操作器和一个捕获模块。因此，两个 MCPWM 单元合计可以提供 12 个占空比独立可调的 PWM 输出。

3.IO 口要求

MCPWM 模块包含两个子模块（MCPWM0 和 MCPWM1），每个子模块可以配置多个操作器（OP0、OP1、OP2），每个操作器可以输出到不同的 GPIO 引脚。每个操作器支持两种输出通道（A 和 B），并且每个通道可以映射到多个 GPIO 引脚。例如，MCPWM0 模块的 OP0 操作器的 A 通道可以输出到 GPIO0、GPIO10 或 GPIO16。所有可用 IO 口如下表所示：

02 功能框图

Esp32-s3 的 MCPWM 模块中，生成带死区和载波调制的 PWM 信号的工作流程如下：

①时钟预分频器（ClockPrescaler）将输入的 CLK_160M 时钟信号进行分频，为定时器提供适当的时钟频率。接着，三个定时器（Timer0、Timer1、Timer2）根据预分频后的时钟信号进行计数，生成 PWM 信号的基础周期。

②操作器（Operator0、Operator1、Operator2）根据定时器的输出和配置参数生成 PWM 信号。操作器可以配置死区时间，以在两个 PWM 信号之间插入一个固定的时间间隔，防止两个信号同时导通。

③操作器还可以通过载波调制技术，将 PWM 信号与高频载波信号结合，生成高频 PWM 信号，以提高电机控制的精度和效率。最后，生成的 PWM 信号通过 GPIO 矩阵输出到相应的 GPIO 引脚，驱动外部设备。

④故障检测（FaultDetect）模块监控 MCPWM 的运行状态，捕获（Capture）模块用于捕获外部信号的上升沿或下降沿，以实现更复杂的控制逻辑。在下图的无刷直流电机 (BLDC) 方案中，可以使用捕获子模块来确认来自霍尔传感器的转子位置。

死区：

在电机控制中，死区是功率电路（如 H 桥、三相逆变器）设计中为防止上下桥臂功率器件同时导通而设置的安全时间间隔。当控制信号从一个桥臂切换到另一个桥臂时，由于器件的开关延迟特性，若没有死区，可能出现短暂的上下管同时导通状态，导致电源短路。死区通过在原始控制信号的上升沿和下降沿分别插入延迟时间（正边沿延迟和负边沿延迟），确保上管完全关断后下管才导通，或下管完全关断后上管才导通，从而避免桥臂短路风险，保护功率器件和电路系统的安全稳定运行。

MCPWM 模块有以下外设：

时钟预分器频（ClockPrescaler）：

时钟预分频器用于将输入的时钟频率（CLK_160M）降低，以适应 PWM 生成的需求。它通过分频系数来调整时钟频率，为后续的定时器提供合适的时钟信号。

定时器（Timer）：

定时器是 MCPWM 的核心部分，用于生成定时信号。每个定时器可以独立配置，包括周期、比较值等。

操作器（Operator）：

操作器接收来自定时器的定时信号，并根据配置生成 PWM 信号。每个操作器可以配置为不同的 PWM 模式，如互补、桥接等。

故障检测（FaultDetect）：

故障检测模块用于监控 MCPWM 的运行状态，检测可能的故障情况，如过流、过压等。

捕获（Capture）：

捕获模块用于捕获外部信号的上升沿或下降沿，通常用于测量外部信号的周期或频率。

GPIO 矩阵：

GPIO 矩阵用于将 MCPWM 生成的 PWM 信号输出到指定的 GPIO 引脚。

03 MCPWM 各种模式使用方法

1. 经典 PWM 波形生成

编程流程 ：

创建定时器组，配置定时器的时钟源、分辨率、周期、计数模式等参数。

创建操作器，并将其与定时器绑定。

创建比较器，设置比较器的比较值。

创建生成器，配置生成器的 GPIO 引脚。

设置生成器在定时器事件和比较器事件上的动作，以生成所需的 PWM 波形。

#include"driver/mcpwm.h"
#include"esp_log.h"
#defineMCPWM_GROUP_ID0
#defineMCPWM_TIMER_ID0
#defineMCPWM_GEN_A_GPIO21
#defineMCPWM_GEN_B_GPIO22
voidapp_main(void){
// 创建定时器
mcpwm_timer_handle_ttimer=NULL;
mcpwm_timer_config_ttimer_config={
.group_id=MCPWM_GROUP_ID,
.clk_src=MCPWM_TIMER_CLK_SRC_DEFAULT,
.resolution_hz=1000000,//1MHz
.period_ticks=1000,//1ms 周期
.count_mode=MCPWM_TIMER_COUNT_MODE_UP,
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_timer(&timer_config,&timer));
// 创建操作器
mcpwm_oper_handle_toper=NULL;
mcpwm_operator_config_toper_config={.group_id=MCPWM_GROUP_ID,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_operator(&oper_config,&oper));
// 绑定定时器和操作器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_operator_connect_timer(oper,timer));
// 创建比较器 mcpwm_cmpr_handle_tcmpr_a=NULL;
mcpwm_comparator_config_tcmpr_config={.flags.update_cmp_on_tez=true,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_comparator(oper,&cmpr_config,&cmpr_a));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_comparator_set_compare_value(cmpr_a,500));//50% 占空比
// 创建生成器
mcpwm_gen_handle_tgen_a=NULL;
mcpwm_generator_config_tgen_config={.gen_gpio_num=MCPWM_GEN_A_GPIO,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_generator(oper,&gen_config,&gen_a));
// 设置生成器动作 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_timer_event(gen_a,MCPWM_GEN_TIMER_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,MCPWM_TIMER_EVENT_EMPTY,MCPWM_GEN_ACTION_HIGH)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_compare_event(gen_a,MCPWM_GEN_COMPARE_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,cmpr_a,MCPWM_GEN_ACTION_LOW)));
// 启动定时器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_enable(timer));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_start_stop(timer,MCPWM_TIMER_START_NO_STOP));
}

2. 死区生成

编程流程：

创建死区模块，并将其与操作器绑定。

配置死区时间，包括上升沿死区时间和下降沿死区时间。

设置生成器在定时器事件和比较器事件上的动作，以生成带有死区的 PWM 波形。

#include"driver/mcpwm.h"
#include"esp_log.h"
#defineMCPWM_GROUP_ID0
#defineMCPWM_TIMER_ID0
#defineMCPWM_GEN_A_GPIO21
#defineMCPWM_GEN_B_GPIO22
voidapp_main(void){
// 创建定时器
mcpwm_timer_handle_ttimer=NULL;
mcpwm_timer_config_ttimer_config={
.group_id=MCPWM_GROUP_ID,
.clk_src=MCPWM_TIMER_CLK_SRC_DEFAULT,
.resolution_hz=1000000,//1MHz
.period_ticks=1000,//1ms 周期
.count_mode=MCPWM_TIMER_COUNT_MODE_UP,
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_timer(&timer_config,&timer));
// 创建操作器
mcpwm_oper_handle_toper=NULL;
mcpwm_operator_config_toper_config={.group_id=MCPWM_GROUP_ID,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_operator(&oper_config,&oper));
// 绑定定时器和操作器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_operator_connect_timer(oper,timer));
// 创建死区模块
mcpwm_deadtime_handle_tdeadtime=NULL;
mcpwm_deadtime_config_tdeadtime_config={
.update_on_tez=true,
.update_on_tep=true,
.update_on_sync=true,
.deadtime_ticks=10,//10us 死区时间
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_deadtime(oper,&deadtime_config,&deadtime));
// 创建比较器
mcpwm_cmpr_handle_tcmpr_a=NULL;
mcpwm_comparator_config_tcmpr_config={.flags.update_cmp_on_tez=true,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_comparator(oper,&cmpr_config,&cmpr_a));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_comparator_set_compare_value(cmpr_a,500));//50% 占空比
// 创建生成器
mcpwm_gen_handle_tgen_a=NULL;
mcpwm_generator_config_tgen_config={.gen_gpio_num=MCPWM_GEN_A_GPIO,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_generator(oper,&gen_config,&gen_a));
// 设置生成器动作 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_timer_event(gen_a,MCPWM_GEN_TIMER_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,MCPWM_TIMER_EVENT_EMPTY,MCPWM_GEN_ACTION_HIGH)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_compare_event(gen_a,MCPWM_GEN_COMPARE_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,cmpr_a,MCPWM_GEN_ACTION_LOW)));
// 启动定时器 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_enable(timer));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_start_stop(timer,MCPWM_TIMER_START_NO_STOP));
}

3. 载波调制

编程流程：

创建载波模块，并将其与操作器绑定。

配置载波频率、占空比等参数。

设置生成器在定时器事件和比较器事件上的动作，以生成载波调制的 PWM 波形。

#include"driver/mcpwm.h"
#include"esp_log.h"
#defineMCPWM_GROUP_ID0
#defineMCPWM_TIMER_ID0
#defineMCPWM_GEN_A_GPIO21
#defineMCPWM_GEN_B_GPIO22
voidapp_main(void){
// 创建定时器
mcpwm_timer_handle_ttimer=NULL;
mcpwm_timer_config_ttimer_config={
.group_id=MCPWM_GROUP_ID,
.clk_src=MCPWM_TIMER_CLK_SRC_DEFAULT,
.resolution_hz=1000000,//1MHz
.period_ticks=1000,//1ms 周期
.count_mode=MCPWM_TIMER_COUNT_MODE_UP,
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_timer(&timer_config,&timer));
// 创建操作器
mcpwm_oper_handle_toper=NULL;
mcpwm_operator_config_toper_config={.group_id=MCPWM_GROUP_ID,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_operator(&oper_config,&oper));
// 绑定定时器和操作器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_operator_connect_timer(oper,timer));
// 创建载波模块
mcpwm_carrier_handle_tcarrier=NULL;
mcpwm_carrier_config_tcarrier_config={
.carrier_freq_hz=20000,//20kHz 载波频率
.duty_cycle=50,//50% 载波占空比
.update_on_tez=true,
.update_on_tep=true,
.update_on_sync=true,
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_carrier(oper,&carrier_config,&carrier));
// 创建比较器
mcpwm_cmpr_handle_tcmpr_a=NULL;
mcpwm_comparator_config_tcmpr_config={.flags.update_cmp_on_tez=true,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_comparator(oper,&cmpr_config,&cmpr_a));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_comparator_set_compare_value(cmpr_a,500));//50% 占空比
// 创建生成器
mcpwm_gen_handle_tgen_a=NULL;
mcpwm_generator_config_tgen_config={.gen_gpio_num=MCPWM_GEN_A_GPIO,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_generator(oper,&gen_config,&gen_a));
// 设置生成器动作 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_timer_event(gen_a,MCPWM_GEN_TIMER_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,MCPWM_TIMER_EVENT_EMPTY,MCPWM_GEN_ACTION_HIGH)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_compare_event(gen_a,MCPWM_GEN_COMPARE_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,cmpr_a,MCPWM_GEN_ACTION_LOW)));
// 启动定时器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_enable(timer));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_start_stop(timer,MCPWM_TIMER_START_NO_STOP));
}

4. 故障检测

编程流程：

创建故障检测模块，并将其与操作器绑定。

配置故障检测的 GPIO 引脚和故障信号极性。

设置生成器在故障事件上的动作，以实现故障保护。

#include"driver/mcpwm.h"
#include"esp_log.h"
#defineMCPWM_GROUP_ID0
#defineMCPWM_TIMER_ID0
#defineMCPWM_GEN_A_GPIO21
#defineMCPWM_GEN_B_GPIO22
#defineMCPWM_FAULT_GPIO23
voidapp_main(void){
// 创建定时器
mcpwm_timer_handle_ttimer=NULL;
mcpwm_timer_config_ttimer_config={
.group_id=MCPWM_GROUP_ID,
.clk_src=MCPWM_TIMER_CLK_SRC_DEFAULT,
.resolution_hz=1000000,//1MHz
.period_ticks=1000,//1ms 周期
.count_mode=MCPWM_TIMER_COUNT_MODE_UP,
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_timer(&timer_config,&timer));
// 创建操作器
mcpwm_oper_handle_toper=NULL;
mcpwm_operator_config_toper_config={.group_id=MCPWM_GROUP_ID,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_operator(&oper_config,&oper));
// 绑定定时器和操作器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_operator_connect_timer(oper,timer));
// 创建故障检测模块
mcpwm_fault_handle_tfault=NULL;
mcpwm_fault_config_tfault_config={
.fault_gpio_num=MCPWM_FAULT_GPIO,
.fault_signal_polarity=MCPWM_FAULT_SIGNAL_POLARITY_LOW,
.fault_debounce_ticks=10,//10us 消抖时间
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_fault(oper,&fault_config,&fault));
// 创建比较器
mcpwm_cmpr_handle_tcmpr_a=NULL;
mcpwm_comparator_config_tcmpr_config={.flags.update_cmp_on_tez=true,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_comparator(oper,&cmpr_config,&cmpr_a));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_comparator_set_compare_value(cmpr_a,500));//50% 占空比
// 创建生成器
mcpwm_gen_handle_tgen_a=NULL;
mcpwm_generator_config_tgen_config={.gen_gpio_num=MCPWM_GEN_A_GPIO,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_generator(oper,&gen_config,&gen_a));
// 设置生成器动作 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_timer_event(gen_a,MCPWM_GEN_TIMER_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,MCPWM_TIMER_EVENT_EMPTY,MCPWM_GEN_ACTION_HIGH)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_compare_event(gen_a,MCPWM_GEN_COMPARE_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,cmpr_a,MCPWM_GEN_ACTION_LOW)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_fault_event(gen_a,MCPWM_GEN_FAULT_EVENT_ACTION(fault,MCPWM_GEN_ACTION_LOW)));
// 启动定时器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_enable(timer));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_start_stop(timer,MCPWM_TIMER_START_NO_STOP));
}

5. 同步模块

编程流程：

创建同步模块，并将其与操作器绑定。

配置同步信号的来源和同步事件的触发条件。

设置生成器在同步事件上的动作，以实现多 PWM 信号的同步。

#include"driver/mcpwm.h"
#include"esp_log.h"
#defineMCPWM_GROUP_ID0
#defineMCPWM_TIMER_ID0
#defineMCPWM_GEN_A_GPIO21
#defineMCPWM_GEN_B_GPIO22
voidapp_main(void){
// 创建定时器
mcpwm_timer_handle_ttimer=NULL;
mcpwm_timer_config_ttimer_config={
.group_id=MCPWM_GROUP_ID,
.clk_src=MCPWM_TIMER_CLK_SRC_DEFAULT,
.resolution_hz=1000000,//1MHz
.period_ticks=1000,//1ms 周期
.count_mode=MCPWM_TIMER_COUNT_MODE_UP,
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_timer(&timer_config,&timer));
// 创建操作器
mcpwm_oper_handle_toper=NULL;
mcpwm_operator_config_toper_config={.group_id=MCPWM_GROUP_ID,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_operator(&oper_config,&oper));
// 绑定定时器和操作器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_operator_connect_timer(oper,timer));
// 创建同步模块
mcpwm_sync_handle_tsync=NULL;
mcpwm_sync_config_tsync_config={.sync_src=MCPWM_SYNC_SRC_TEZ,// 同步信号来源为定时器溢出事件};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_sync(oper,&sync_config,&sync));
// 创建比较器
mcpwm_cmpr_handle_tcmpr_a=NULL;
mcpwm_comparator_config_tcmpr_config={.flags.update_cmp_on_tez=true,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_comparator(oper,&cmpr_config,&cmpr_a));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_comparator_set_compare_value(cmpr_a,500));//50% 占空比
// 创建生成器
mcpwm_gen_handle_tgen_a=NULL;
mcpwm_generator_config_tgen_config={.gen_gpio_num=MCPWM_GEN_A_GPIO,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_generator(oper,&gen_config,&gen_a));
// 设置生成器动作 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_timer_event(gen_a,MCPWM_GEN_TIMER_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,MCPWM_TIMER_EVENT_EMPTY,MCPWM_GEN_ACTION_HIGH)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_compare_event(gen_a,MCPWM_GEN_COMPARE_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,cmpr_a,MCPWM_GEN_ACTION_LOW)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_sync_event(gen_a,MCPWM_GEN_SYNC_EVENT_ACTION(sync,MCPWM_GEN_ACTION_HIGH)));
// 启动定时器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_enable(timer));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_start_stop(timer,MCPWM_TIMER_START_NO_STOP));
}

6. 制动控制

编程流程：

配置生成器在故障事件上的制动动作，例如立即关闭或逐周期调节。

设置故障检测模块的故障信号来源和极性。

启动定时器并运行 PWM 信号，故障发生时生成器将执行制动动作。

#include"driver/mcpwm.h"
#include"esp_log.h"
#defineMCPWM_GROUP_ID0
#defineMCPWM_TIMER_ID0
#defineMCPWM_GEN_A_GPIO21
#defineMCPWM_GEN_B_GPIO22
#defineMCPWM_FAULT_GPIO23
voidapp_main(void){
// 创建定时器
mcpwm_timer_handle_ttimer=NULL;
mcpwm_timer_config_ttimer_config={
.group_id=MCPWM_GROUP_ID,
.clk_src=MCPWM_TIMER_CLK_SRC_DEFAULT,
.resolution_hz=1000000,//1MHz
.period_ticks=1000,//1ms 周期
.count_mode=MCPWM_TIMER_COUNT_MODE_UP,
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_timer(&timer_config,&timer));
// 创建操作器
mcpwm_oper_handle_toper=NULL;
mcpwm_operator_config_toper_config={.group_id=MCPWM_GROUP_ID,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_operator(&oper_config,&oper));
// 绑定定时器和操作器
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_operator_connect_timer(oper,timer));
// 创建故障检测模块
mcpwm_fault_handle_tfault=NULL;
mcpwm_fault_config_tfault_config={
.fault_gpio_num=MCPWM_FAULT_GPIO,
.fault_signal_polarity=MCPWM_FAULT_SIGNAL_POLARITY_LOW,
.fault_debounce_ticks=10,//10us 消抖时间
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_fault(oper,&fault_config,&fault));
// 创建比较器
mcpwm_cmpr_handle_tcmpr_a=NULL;
mcpwm_comparator_config_tcmpr_config={.flags.update_cmp_on_tez=true,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_comparator(oper,&cmpr_config,&cmpr_a));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_comparator_set_compare_value(cmpr_a,500));//50% 占空比
// 创建生成器
mcpwm_gen_handle_tgen_a=NULL;
mcpwm_generator_config_tgen_config={.gen_gpio_num=MCPWM_GEN_A_GPIO,};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_generator(oper,&gen_config,&gen_a));
// 设置生成器动作 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_timer_event(gen_a,MCPWM_GEN_TIMER_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,MCPWM_TIMER_EVENT_EMPTY,MCPWM_GEN_ACTION_HIGH)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_compare_event(gen_a,MCPWM_GEN_COMPARE_EVENT_ACTION(MCPWM_TIMER_DIRECTION_UP,cmpr_a,MCPWM_GEN_ACTION_LOW)));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_action_on_fault_event(gen_a,MCPWM_GEN_FAULT_EVENT_ACTION(fault,MCPWM_GEN_ACTION_LOW)));
// 配置制动控制 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_generator_set_brake_action(gen_a,MCPWM_GEN_BRAKE_ACTION_LOW));
// 启动定时器 ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_enable(timer));
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_timer_start_stop(timer,MCPWM_TIMER_START_NO_STOP));
}

7. 捕获模块

编程流程：

创建捕获模块，并配置捕获通道的 GPIO 引脚。

配置捕获事件的触发条件，例如上升沿或下降沿。

启用捕获中断，并在中断处理函数中读取捕获到的脉宽值。

#include"driver/mcpwm.h"
#include"esp_log.h"
#include"driver/gpio.h"
#defineMCPWM_GROUP_ID0
#defineMCPWM_CAPTURE_GPIO21
staticvoidIRAM_ATTRmcpwm_capture_intr_handler(void*arg){mcpwm_capture_handle_tcapture=(mcpwm_capture_handle_t)arg;
uint32_tcap_val=0;
mcpwm_capture_get_input_signal_value(capture,&cap_val);
ESP_LOGI("MCPWM","Capturedvalue:%u",cap_val);
}
voidapp_main(void){
// 创建捕获模块
mcpwm_capture_handle_tcapture=NULL;
mcpwm_capture_config_tcapture_config={
.group_id=MCPWM_GROUP_ID,
.capture_signal=MCPWM_CAPTURE_SIGNAL_A,
.input_signal=MCPWM_CAPTURE_INPUT_SIG_GPIO,
.input_gpio_num=MCPWM_CAPTURE_GPIO,
.capture_edge=MCPWM_CAPTURE_EDGE_RISING,
};
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_new_capture(&capture_config,&capture));
// 启用捕获中断
mcpwm_capture_enable_intr(capture);
mcpwm_capture_register_intr_handler(capture,mcpwm_capture_intr_handler,capture);
// 启动捕获模块
ESP_ERROR_CHECK(mcpwm_capture_enable(capture));
}

04 MCPWM 常用的 API 函数

mcpwm_new_timer()

用于创建并初始化 MCPWM 定时器句柄，作为所有 MCPWM 功能的时间基准。关键参数包括 MCPWM 组 ID（group_id）、时钟源（clk_src）、定时器分辨率（resolution_hz）、计数模式（count_mode）和周期计数值（period_ticks）。它是生成 PWM 信号的基础，为后续子模块提供统一的周期时基，适用于所有需要 PWM 输出的场景。

mcpwm_new_operator()

用于创建 MCPWM 操作器句柄，作为协调定时器、比较器、生成器等子模块的逻辑控制中枢。参数需指定组 ID（group_id）、定时器归零是否更新生成器动作（update_gen_action_on_tez）及中断优先级（intr_priority）。操作器需与定时器绑定后才能工作，是实现 PWM 波形生成的核心控制单元。

mcpwm_operator_connect_timer()

用于将操作器与定时器绑定，确保操作器能以定时器为时间基准调度子模块。参数为操作器句柄（oper）和定时器句柄（timer），且两者必须属于同一组。这是操作器正常工作的必要步骤，否则无法生成 PWM 信号。

mcpwm_new_comparator()

用于创建比较器句柄，用于设置 PWM 占空比的翻转阈值。需传入所属操作器句柄（oper）及比较值更新时机配置（如 update_cmp_on_tez 表示定时器归零时更新）。比较器通过对比定时器计数值与阈值触发电平翻转，是定义 PWM 占空比的关键模块。

mcpwm_new_generator()

用于创建生成器句柄，负责将 PWM 信号输出到指定 GPIO 引脚。参数包括所属操作器句柄（oper）、输出 GPIO 号（gen_gpio_num）、信号是否反相（invert_pwm）及上下拉配置（pull_up/pull_down）。生成器接收定时器和比较器事件并执行电平动作，是 PWM 信号的最终输出单元。

mcpwm_del_timer()

用于释放定时器资源，参数为定时器句柄。需按“生成器→比较器→操作器→定时器”的逆序释放，避免资源冲突，确保系统资源正确回收。

mcpwm_del_operator()

用于释放操作器资源，参数为操作器句柄。作为资源清理步骤之一，需在释放定时器前执行，防止资源占用导致的冲突。

mcpwm_del_comparator()

用于释放比较器资源，参数为比较器句柄。需在释放操作器前执行，确保比较器占用的硬件资源被正确回收。

mcpwm_del_generator()

用于释放生成器资源，参数为生成器句柄。作为资源清理的第一步，需优先释放，避免影响其他模块的资源回收流程。

mcpwm_comparator_set_compare_value()

设置比较器的阈值，动态调整 PWM 占空比。参数为比较器句柄（cmpr）和阈值（value），且阈值需≤定时器周期值。占空比计算公式为“阈值 / 周期值”，适用于电机调速等需要实时调整占空比的场景。

mcpwm_generator_set_action_on_timer_event()

配置生成器在定时器事件（如计数归零、达峰值）时的电平动作。参数包括生成器句柄（gen）及事件 – 动作配置（含计数方向、事件类型、动作如置高 / 置低 / 翻转）。例如可设置定时器归零时输出置高，定义 PWM 周期起点的电平状态。

mcpwm_generator_set_action_on_compare_event()

定义生成器在比较器事件（计数值 = 阈值）时的动作。需传入生成器句柄（gen）及包含计数方向、比较器句柄、动作的配置。通过该函数可设置比较值匹配时电平翻转，从而定义 PWM 占空比的结束点，实现特定占空比的 PWM 波形。

mcpwm_generator_set_dead_time()

为 PWM 信号配置死区时间，防止 H 桥、三相逆变器等功率电路中同一桥臂上下管同时导通。参数包括原始生成器（in_gen）、输出生成器（out_gen）、上升沿延迟（posedge_delay_ticks）、下降沿延迟（negedge_delay_ticks）及输出是否反相（invert_output）。适用于需要互补 PWM 信号的功率控制场景。

mcpwm_timer_enable()

启用定时器，使其开始计数并为子模块提供时基。参数为定时器句柄，启用后定时器按配置模式运行，触发后续比较器、生成器等模块的事件响应，是激活 MCPWM 功能的关键步骤。

mcpwm_timer_start_stop()

控制定时器计数的启动或停止，参数为定时器句柄和命令（MCPWM_TIMER_START 启动，MCPWM_TIMER_STOP 停止）。可用于临时暂停 PWM 输出，如电机急停等需要快速启停控制的场景。

mcpwm_new_gpio_fault()

创建 GPIO 故障检测句柄，监测外部故障信号（如过流、过压）。参数包括故障 GPIO 号（gpio_num）和有效电平（active_level）。通过检测指定 GPIO 的有效电平触发保护动作，适用于需要硬件故障保护的系统。

mcpwm_operator_set_brake_on_fault()

配置操作器在故障发生时的制动模式，参数为操作器句柄（oper）、故障句柄及制动模式（CBC 逐周期保护或 OST 一次性停机）。CBC 模式在故障消失后自动恢复，OST 需手动恢复，用于故障时保护系统安全。

mcpwm_timer_register_event_callbacks()

注册定时器事件回调函数，响应周期结束、计数归零等事件。参数为定时器句柄、回调结构体（含 on_full/on_empty 等回调）及用户数据（user_data）。可用于周期结束时更新参数（如动态调占空比）或记录运行状态，增强系统的实时控制能力。

FAQ

1、ESP32 的 MCPWM 模块支持多少路 PWM 输出？

ESP32 包含两个 MCPWM 单元，每个单元有三对 PWM 输出，共 12 路独立 PWM 信号，可用于电机控制和电力电子应用。

2、MCPWM 的死区控制有什么作用？

死区用于防止功率器件上下桥臂同时导通，避免电源短路，确保电机控制电路安全稳定运行。

3、如何在 ESP32 上实现 PWM 载波调制？

通过 MCPWM 的载波模块配置载波频率和占空比，并与操作器绑定，即可生成载波调制的 PWM 波形，提高电机控制的精度。

4、MCPWM 的 GPIO 引脚可以自由映射吗？

是的，ESP32 的 MCPWM 输入输出引脚支持 GPIO 矩阵配置，用户可以将 PWM 输出、捕获输入、故障信号等映射到任意可用的 GPIO 引脚上。

5、MCPWM 的故障检测和制动功能怎么用？

MCPWM 支持通过 GPIO 输入故障信号，在检测到过流或过压时自动关闭 PWM 输出，实现紧急制动，保障电机与电路的安全。

6、ESP32 MCPWM 适合哪些应用场景？

MCPWM 常用于无刷直流电机（BLDC）控制、步进电机驱动、逆变器、开关电源以及电力电子控制等需要高精度 PWM 的场景。

7、如何通过 ESP-IDF 配置 MCPWM 输出 PWM 信号？

开发者可以使用 ESP-IDF 的 mcpwm_new_timer()、mcpwm_new_operator()、mcpwm_new_comparator() 等 API 创建定时器、操作器和比较器，并绑定输出通道，即可生成所需的 PWM 信号。