Arduino教程 05 炫彩RGB LED「DFR0100」
【本篇课程内容于 2024年9月3日更新】>课程配套Arduino器材：Arduino入门套件 DFR0100项目 - 炫彩LED
这个项目介绍一种新的LED——RGB LED。 之所以叫RGB，是因为这个LED是由红（Red）、绿（Green）和蓝（Blue）三色组成。我们电脑的显示器也是由一个个小的红、绿、蓝点组成的。可以通过调整三个LED中每个灯的亮度就能产生不同的颜色。这个项目就是教你通过一个RGB小灯随机产生不同的炫彩颜色。找出所需元件，按下图连接硬件并输入代码。
元件清单
硬件连接
连接之前，先判别RGB是共阴还是共阳，如果不是很清楚的，可以先跳到这个项目的硬件部分介绍。连接时，还需注意一点，引脚的顺序，可参照左边的引脚图。
图 1 炫彩LED硬件连接图
示例代码样例代码：
//项目 – 炫彩RGB
int redPin = 9;
int greenPin = 10;
int bluePin = 11;
void setup(){
pinMode(redPin, OUTPUT);
pinMode(greenPin, OUTPUT);
pinMode(bluePin, OUTPUT);
}
void loop(){
colorRGB(random(0,255),random(0,255),random(0,255)); //R:0-255 G:0-255 B:0-255
delay(1000);
}
void colorRGB(int red, int green, int blue){
analogWrite(redPin,constrain(red,0,255));
analogWrite(greenPin,constrain(green,0,255));
analogWrite(bluePin,constrain(blue,0,255));
}
代码下载完成后，我们可以看到LED颜色呈现随机的变化，不只是单一的一种颜色。
代码回顾来分析一下，其实一个RGB灯，就是我们前面讲的单色LED的结合体，内部集成了三个LED，也就需要用三个数字PWM口来控制。在我们程序开头部分可以看到定义了三个引脚，并设置为输出模式。主函数中调用了一个自己创建的函数colorRGB()，函数有三个传递参数，用于写入Red、Green、Blue的值，也就是0~255的值。 使用函数的好处在于，之后我们想调到某个颜色的时候，只有直接给这三个参数赋值就可以了。不需要重复写analogWrite()函数，使程序变得冗长。
这段函数中，我们比较陌生的就是constrain()和random()这两个函数。
函数格式如下：
constrain()函数需要3个参数：x、a和b。这里x是一个被约束的数，a是最小值，b是最大值。如果值小于a，则返回a。如果大于b，则返回b。
回到我们的程序，red、green、blue值是被约束数，约束范围在0~255，也就是我们PWM值的范围。它们的值来源于random()函数随机产生。函数格式如下：
random()函数用于生成一个随机数，min是随机数的最小值，max是随机数的最大值。如果想知道random()函数的其他用法，可以参看手册。
硬件回顾
RGB灯
RGB灯有4个引脚，R、G、B三个引脚连接到信号传输口上，还有一个引脚是共用的正极（阳）或者共用的负极（阴）。我们这里选用的是共阴RGB。图2展示了三个LED如何华丽蜕变为一个RGB LED的过程，R、G、B其实就是三个 LED的正极，把它们的负极拉到一个公共引脚上了，它们公共引脚是负极，所以称之为共阴RGB。
RGB灯如何使用？如何实现变色？
RGB只是简单的把三个颜色的LED灯封装在一个LED中，只要当做三个灯使用就可以了。我们都知道红色、绿色、蓝色是三原色，Arduino通过PWM口对三种颜色明暗的调节，即analogWrite(value)语句，就能让RGB LED调出任何你想要的颜色。
图 2 三个LED蜕变成一个RGB的过程
图 3 混合RGB产生不同颜色
表1只是展示了几种典型的混合颜色，可调的色彩远多于下表所示的，使用PWM可以产生0~255之间的全部颜色，共16777216种颜色（256×256×256）。不妨可以动手尝试一下，设置三个LED的PWM值来随意切换颜色吧！
表 1 不同LED的PWM值所组合产生的颜色
共阳RGB与共阴RGB的区别
上面我们还遗留一个问题——共阴与共阳在使用上有什么区别？共阳RGB就是把正极拉到一个公共引脚上，其他三个端则是负极。下图是可以看出，外表上共阴共阳没有任何区别。然而在使用上是有区别的，区别分为以下两点：
（1）接线中的改变。共阳的话，共用端需要接5V，而不是GND，否则LED不能被点亮。
（2）第二点就是，在颜色的调配上，与共阴是完全相反的。
举个例子：共阴RGB显示红色为R-255，G-0，B-0。然而共阳则完全相反，RGB数值是R-0, G-255, B-255。
如何判断共阴还是共阳
其实非常简单，甚至都不需要编写程序来验证。前面讲过RGB LED其实是三个颜色的LED。共阴和共阳的电路图如下：
图 6 RGB LED共阴共阳对比图
测试方法如下：
1.在R、G、B三个引脚各串联一个220Ω电阻。2.首先将公共端接入负极（接地）。3.逐一尝试将R、G、B引脚接入正极（如3V电源）。4.观察LED是否亮起对应颜色：若某引脚接入正极时亮起相应颜色（红、绿、蓝），则该RGB LED为共阴极；若均不亮，则判定为共阳极。5.为确保准确性，可按相同方法测试共阳极情况（即公共端接正极，逐一测试R、G、B引脚接地）
课后练习1、基于我们上面的炫彩RGB项目，改变程序做一个沿着彩虹色变化的RGB灯，而不是我们这样随机产生颜色。这里比较困难的应该是颜色的调制，通过改变Red、Green、Blue的值0~255，组合出你想要的颜色。
提示：只要在原有代码基础上做修改就可以了，直接调用colorRGB()函数，将函数中3个参数写入所对应颜色的值即可。
2、在作业1的基础上，能否结合我们上面说的呼吸灯，将彩虹色以呼吸灯渐变形式变化。这样的变换会显得更加柔和。
3、Arduino是个开源的平台，从Arduino IDE中就可以加载一些别人已经写好了的库，不需要自己从头写，难度也比较大，所以我们只需调用别人写好的库，来达到我们想要的效果就可以了。
比如我们今天使用的RGB LED，就已经有现成的用户库了。下面就提供一个加载RGB LED库和使用库的案例。
图 7 工具->管理库
图 8 搜索rgbled->安装
图 9 安装成功
图 10 文件->示例->rgbled
图 11 验证和上传
下一篇教程：Arduino教程 06 报警器
DFRobot版权所有，欢迎转载。
转载请务必标注来源： DF创客社区+作者姓名+原文网址。 呼吸灯闪烁，课后作业代码：//analogWrite()函数支持以下引脚: 3, 5, 6, 9, 10, 11。
int r = 9;
int g = 11;
int b = 10;
void setup() {
pinMode(r,OUTPUT);
pinMode(g,OUTPUT);
pinMode(b,OUTPUT);
}
void loop() {
Serial.begin(9600);
colorRGB(random(0,255),random(0,255),random(0,255));
delay(1000);
}
void colorRGB(int red,int green,int blue){
fadeIn(1000,5,red,r);
fadeIn(1000,5,green,g);
fadeIn(1000,5,blue,b);
fadeOut(1000,5,red,r);
fadeOut(1000,5,green,g);
fadeOut(1000,5,blue,b);
}
void fadeIn(unsigned int time,int incnum,int color,int port){
for(byte i = 0; i< color; i+= incnum){
analogWrite(port,constrain(i,0,255));
delay(time/(255/5));
}
}
void fadeOut(unsigned int time,int incnum,int color,int port){
for(int i = color; i > 0; i-= incnum){
analogWrite(port,constrain(i,0,255));
delay(time/(255/5));
}
}
为什么一些 RGB 数值不能正常显示？
比如 rgb(193, 57, 49)
应该是深红色，但显示出来的是蓝色。
使用的是共阴 LED
我已多次确认接线和引脚号没有任何问题
但是，也有一些颜色可以正常显示
比如 rgb(0, 142, 156) Kaiii 发表于 2023-2-21 20:24
呼吸灯闪烁，课后作业代码：
有一点不好的就是 因为数值是增加上去的 所以 颜色的变化 也是 刚开始红橙青能看到明显的颜色变化 记录一下 :hug: lvyangyang1314 发表于 2014-6-10 16:37
希望有帮助 :) 很有帮助，嘿嘿，谢谢 lvyangyang1314 发表于 2014-6-11 11:12
很有帮助，嘿嘿，谢谢
不客气~:D 买的DFRobot Arduino套件 入门套件 里面附带的Project 5的印刷纸线路板接线是错的，元器件清单里面电阻的数量也是错的。 jamabc 发表于 2014-6-28 22:13
买的DFRobot Arduino套件 入门套件 里面附带的Project 5的印刷纸线路板接线是错的，元器件清单里面电阻的数 ...
project5确实存在印刷失误，下次会修改的。如果有任何质量问题，可以和我们销售联系~ 如果不加constrain()效果一样吗 翻滚的魔方 发表于 2014-8-29 08:48
如果不加constrain()效果一样吗
你的代码是怎么改的呢？ Jane 发表于 2014-8-29 10:22
你的代码是怎么改的呢？
int l1=9,l2=10,l3=11;
void setup()
{
pinMode(l1,OUTPUT);
pinMode(12,OUTPUT);
pinMode(l3,OUTPUT);
}
void loop()
{
bian(random(0,256),random(0,256),random(0,256));
}
void bian(int a,int b,int c)
{
analogWrite(l1,a);
analogWrite(l2,b);
analogWrite(l3,c);
delay(50);
} 翻滚的魔方 发表于 2014-8-29 17:16
int l1=9,l2=10,l3=11;
void setup()
{
恩，这样应该是一样的 Jane 发表于 2014-8-29 17:54
恩，这样应该是一样的
但为什么我做出来灯只有一种颜色 翻滚的魔方 发表于 2014-8-29 20:47
但为什么我做出来灯只有一种颜色
不会啊，应该是随机变化的呀，你怎么连接的呀？ Jane 发表于 2014-9-1 10:21
不会啊，应该是随机变化的呀，你怎么连接的呀？
按照教程连接的 你好，这个程序好像也不是随机产生的，比如我每次给ARDUINO断电再上电（或者按复位按键），重新显示的颜色顺序总是和之前的一样（我的顺序是粉 蓝 紫罗兰 ......）,显示的颜色也只是有限的几种呢（并不是16777216种颜色），请问你知道是什么原因吗 Raiden 发表于 2014-11-15 00:34
你好，这个程序好像也不是随机产生的，比如我每次给ARDUINO断电再上电（或者按复位按键），重新显示的颜色 ...
颜色数量的话，理论上是这么多的，不过实际有些颜色区别不大，我们肉眼可能就无法区分了。 Raiden 发表于 2014-11-15 00:34
你好，这个程序好像也不是随机产生的，比如我每次给ARDUINO断电再上电（或者按复位按键），重新显示的颜色 ...
你说的那个随机数的问题，random()是个伪随机，所以是重复的。如果你想用随机的话，可以用randomSeed(seed)定义一个随机数种子。
具体用法：http://arduino.cc/en/Reference/RandomSeed Jane 发表于 2014-11-17 10:29
你说的那个随机数的问题，random()是个伪随机，所以是重复的。如果你想用随机的话，可以用randomSeed(see ...
谢谢你:) Jane 发表于 2014-11-17 10:10
颜色数量的话，理论上是这么多的，不过实际有些颜色区别不大，我们肉眼可能就无法区分了。 ...
嗯 因为我没有看到过灰色之类的颜色，所以我就疑惑了。谢谢你:) Raiden 发表于 2014-11-17 16:29
嗯 因为我没有看到过灰色之类的颜色，所以我就疑惑了。谢谢你
恩，灰色和白色估计是很接近了，所以不太能识别出。 void loop()
{
analogWrite(redLight,random(0,255));
analogWrite(greenLight,random(0,255));
analogWrite(blueLight,random(0,255));
delay(1000);
}