物联网(IoT)开发入门教程:PWM操作

RGB-LED原理 RGB-LED灯一共有四个引脚。首先先看一下，RGB-LED的原理图。 我们可以看到，所谓RGB-LED，其实就是三个LED组装到一起，把所有的阴极或者阳极连在一起，本质上还是LED。（我这里是共阴的，也就是阴极都连在一起）。 关于RGB，我们能看到的所有颜色，都可以由RGB这三个颜色组成，比如说R+G可以形成黄色，R+B可以形成紫色，等等... 接下来我们先来写一个简单地程序，来不断地显示红、黄、绿、青、蓝、紫几种颜色，来认识一下RGB-LED的效果。 原理图： 面包板图： 按照上图的连线，用双母头的杜邦线把管脚接好(如果是共阳的RGB-LED，则没有GND极，只要把VCC接到电源就好了)，上传运行以下代码。 int rPin = 3; //D3接R管脚 int gPin = 5; //D5接G管脚 int bPin = 6; //D6接B管脚 /** * 根据r,g,b的值给相应管脚输出高低电平,并睡眠1s */ void outputColorAndDelay(int r, int g, int b){ digitalWrite(rPin, r ? HIGH : LOW); //根据r的值在D3输出高低电平 digitalWrite(gPin, g ? HIGH : LOW); //根据g的值在D5输出高低电平 digitalWrite(bPin, b ? HIGH : LOW); //根据b的值在D6输出高低电平 delay(1000); //MCU休眠1000ms } void setup() { pinMode(rPin, OUTPUT); pinMode(gPin, OUTPUT); pinMode(bPin, OUTPUT); } void loop() { outputColorAndDelay(1, 0, 0); //输出红色 outputColorAndDelay(1, 1, 0); //输出黄色 outputColorAndDelay(0, 1, 0); //输出绿色 outputColorAndDelay(0, 1, 1); //输出青色 outputColorAndDelay(0, 0, 1); //输出蓝色 outputColorAndDelay(1, 0, 1); //输出紫色 } 如果能看到红、黄、绿、青、蓝、紫几种颜色交替变换的效果，就说明成功了。 PWM原理 PWM的英文全称是"Pulse Width Modulation"，中文解释是“脉冲宽度调制”。以我的理解，就是可调占空比(duty)的方波。 如果不理解占空比，先看看百度百科上是怎么解释的：

占空比是指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。

具体如下图： 设置PWM时，首先需要设置上图中的T，也就是整个周期。一旦设置，一般这个T就先不改动了。之后，我们可以在任何时候设置t，从而实现可调占空比。 呼吸灯案例 首先说一下什么叫呼吸灯，具体来说就是，拿一个颜色的灯举例，灯的颜色逐渐变暗，然后再逐渐变亮，一明一灭，就像灯在呼吸似得。 实现方法：主要是利用人眼睛的分辨能力没有那么强，在一个足够短的时间（比如说1毫秒）内，如果输出一个指定占空比的方波时，占空比就相当于灯的亮度。因为占空比越大，高电平的时间也就越长，平均功率也就越大，自然更亮一些。所以，PWM可以实现调整灯的亮度的效果。（除此之外，舵机等也是通过PWM来调整角度的，有兴趣可以买一个舵机玩儿玩儿。） 我们先可以尝试模拟一下PWM波，把1毫秒分成一百份（每一份都是在loop函数占用10微秒），在执行前50个loop中输出高电平，在执行后50个loop中输出低电平，代码如下。 int pin = 3; //D3管脚,接R管脚 int T = 100; int t = 50; //占空比= t:T int count = 0; //计数器 void setup() { pinMode(pin, OUTPUT); } void loop() { if(count = T){ count = 0; } delayMicroseconds(10);//睡眠10微秒 } 编译上传以上脚本，我们可以看到，灯的颜色没有变化。但是相比之前只输出digitalWrite(pin, HIGH)的亮度有所下降。这里我们相当于在D3管脚模拟了一个占空比为百分之50，周期T为1毫秒的方波。读者可以尝试改变小写t变量的值，来观察灯亮度的变化。 其实输出PWM波arduino已经给了我们实现，我们使用arduino的analogWrite函数就可以。 int pin = 3; int t = 128; // int T = 255 隐藏大T为255, 占空比= t:T void setup() { pinMode(pin, OUTPUT); analogWrite(pin, t); } void loop() {} analogWrite其实相当于输出PWM的信号频率约为490赫兹，并且它的小t值是在0-255之间。 另外，需要说明的一点是，并不是所有数字管脚都可以使用analogWrite函数的，只有 3, 5, 6, 9, 10, 和 11可以使用，具体参考：http://www.arduino.org.cn/products/boards/arduino-nano (TECHNICAL SPECIFICS) 。 了解了基本的PWM，接下来要进行呼吸灯的案例了，我们只需要一个LED灯。我们假定最开始是灭的，然后缓缓变亮。然后当达到最亮时候，则开始缓缓变暗。我们用flag来控制是否逐渐变亮还是逐渐变暗，每5毫秒亮度有一点变化，代码如下： int pin = 3; int flag = 0; //flag = 0，暗变亮，flag=1，亮变暗 int duty = 0; //初始化为暗 void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(pin, OUTPUT); } void loop() { analogWrite(pin, duty); delay(5); if(flag == 0){ duty++; if(duty >= 255) flag = 1; }else{ duty--; if(duty <= 0) flag = 0; } } 七彩呼吸灯案例 这个案例是接着上一个案例之上创建的，我们要实现一个效果:从红色逐渐过渡到黄色(中间经过橙色)，从黄色逐渐过渡到绿色...，最后从紫色再逐渐过渡回到红色，形成所谓七彩的效果。 七彩呼吸灯的代码和呼吸灯的案例类似，主要说一下七彩的原理。 最开始，从红变黄，是红色的duty为满格，绿色的duty值从0开始增加到255，蓝色的duty值为0； 黄变绿，红色的duty逐渐减小到0； 绿变青，蓝色的duty逐渐增加到255； 青变蓝，绿色的duty逐渐减小到0； 蓝变紫，红色的duty逐渐增加到255； 紫变红，蓝色的duty逐渐减小到0。 变色的过程就是这样，直接上代码了。 int rPin = 3; int gPin = 5; int bPin = 6; int rDuty = 255; int gDuty = 0; int bDuty = 0 ; //flag = 0,红->黄 // = 1,黄->绿 // = 2,绿->青 // = 3,青->蓝 // = 4,蓝->紫 // = 5,紫->红 int flag = 0; void setup() { pinMode(rPin, OUTPUT); pinMode(gPin, OUTPUT); pinMode(bPin, OUTPUT); } void loop() { analogWrite(rPin, rDuty); analogWrite(gPin, gDuty); analogWrite(bPin, bDuty); delay(5); switch(flag){ case 0: gDuty++; if(gDuty >= 255) flag++; break; case 1: rDuty--; if(rDuty = 255) flag++; break; case 3: gDuty--; if(gDuty = 255) flag++; break; case 5: bDuty--; if(bDuty <= 0) flag = 0; break; } }

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