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[Arduino机器人课程] Arduino机器人第3课：创意LED

《创意LED》是第一章《LED》的第三个专题。通过前两个专题的学习，学生已经具备一定的编程能力，熟悉了Arduino的基本语法，掌握了变量、选择结构以及digitalWrite()和digitalRead()函数。本专题通过增加传感器使学生掌握analogWrite()、analogRead()函数、循环结构等内容。但是学习这些的最终目的是让学生有足够的技术基础设计有创意的LED作品。

本文主要对本次课的重难点、主要教学设计的设计意图以及学生上课的反应做部分说明。

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1.理解PWM

PWM——脉冲宽度调制，可以将数字信号转换成模拟信号。Arduino板子上有6个引脚支持PWM信号，分别是3、5、6、9、10、11。通过数字口的PWM输出analogWrite（）函数可以改变LED的亮度。analogWrite（pin,vlaue）——pin 接引脚（3、5、6、9、10、11） value值为0~255。

2.按钮控制LED明暗

这个部分，我们主要是和学生一起完成按下按钮，led慢慢亮，延迟一段时间，led慢慢暗的任务。这个时候我们就需要用到循环结构了，循环结构有两种，一种是while，一种是for，两种都可以实现，这次我们用while结构来实现。

程序如下：

[mw_shl_code=applescript,true]int b;  int i=0;
void setup()
{
  pinMode(3,OUTPUT);
  pinMode(5,INPUT);
}
void loop()
{
  b=digitalRead(5);
  if(i==LOW)
{
while(i<255)
{
analogWrite(3,i);
  i=i+1;
}
delay(3000);//延时时间
   while(i>0)
{
analogWrite(3,i);
i=i-1;
}
}
}[/mw_shl_code]

在上面的程序中，可以看到我们在每个while（）函数里面都加了delay（10），这里的延时是很重要的，如果去掉延时，很多情况下，我们都看不到灯光渐变的效果，这是因为loop()循环的非常快，有时候肉眼看不出来灯光的明暗变化，加了延时，就相当于将led渐变拉成慢镜头，从而呼吸灯的效果也就非常明显了。

3. 光控LED亮灭

在这一部分，我们引导学生使用光线传感器控制LED的亮灭，我们用analogRead（pin）函数了。该函数可以读取模拟口的输入值，pin是模拟输入口的编号。在讲解完光控LED亮灭,进一步启发学生通过光线传感器控制灯光暗灭时，有个学生自己写出了如下程序：

[mw_shl_code=applescript,true]int a;
void setup()
{
pinMode(6 , OUTPUT);//LED接数字口6
}
void loop()
{
a = analogRead(A0) ;//读取传感器值
analogWrite( 3 , a);/
} [/mw_shl_code]

光线传感器读取到外界的值是0-1023的，我们那天上课的时候光线传感器读出来的值大约在1000左右，但是我们知道PWM的值是0到255，所以学生产生了疑问，为什么analogWrite( 3 , a)中a是1000多，我们的led灯还是有明暗变化的，0到1023和0到255又有什么对应转化关系。值得高兴的是，我们的这个同学在经过多次尝试以后，发现了两者之间的周期性关系。虽然是一个很小的探索，但是学生的这种求知和实践还是很让人高兴的。我们以后在上课的时候，也可以提一提两者之间的转换关系，正好这个知识点与下面的map()函数的教学相对应，也过度自然。

最后一个光控LED明暗小实验中，因为analogRead()函数读出来的值是0~1023之间的值；而PWM值为0~255，这两者之间就需要用到转换。在这里我们使用map（）函数。

map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh)，在这里value指要转换的值，fromLow指值现在的下界，romHigh指值现在的上界，toLow指值目标范围的上界，oHigh指值目标范围的上界。因为我们要完成的是0-1023到0-255的转换，所以map（a,0,1023,0,255）是可以理解的,但是我们给的程序显示的是map（a,800,1023,0,255）,在这里，需

[mw_shl_code=applescript,true]要让学生自己测试两个写法的不同效果，进而总结出把0改成800的原因，代码如下：
int b;
int i;
void setup() {
pinMode(3,OUTPUT);
pinMode(0,INPUT);
}
void loop() {
  b=analogRead(0);
  i=map(b,800,1023,0,255);
  analogWrite(3,i);
}[/mw_shl_code]

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