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[入门] 【呼吸灯】基于Mind+ Ardunio入门教程04

本帖最后由 DFEDU 于 2019-11-29 10:01 编辑

在前面几章中，我们知道了如何通过程序来控制LED亮灭。但Arduino还有个很强大的功能，通过程序来控制LED的明亮度。Arduino UNO板上，数字引脚中有六个引脚标有“~”，分别是3、5、6、9、10、11，这个符号就说明该口具有PWM功能。我们动手做一下，在做的过程中体会PWM的神奇力量！下面就介绍一个呼吸灯，所谓呼吸灯，就是让灯有一个由亮到暗，再到亮的逐渐变化的过程，感觉像是在均匀的呼吸。

所需元件

￭ 1× 5mm LED灯

￭ 1× 220欧电阻

硬件连接

这个项目的硬件连接与项目一、二是完全相同的。如有不明白，可以回看项目一，或参照图4-1。

图4-1 呼吸灯连接示意图

图形化编程

连接主板和电脑，打开Mind+载入扩展库，输入样例程序4-1所示程序。本项目中将用到一个新的循环，指令学习和代码学习中会有详细的讲解。

样例程序4-1：

代码下载完成后，我们可以看到LED会有个逐渐由亮到灭的一个缓慢过程，而不是直接的亮灭，如同呼吸一般，均匀变化。

图形化指令学习

代码学习

[mw_shl_code=c,true]// 动态变量
volatile float mind_n_value;
// 函数声明
void DF_fadeOff();
void DF_fadeOn();

// 主程序开始
void setup() {

}
void loop() {
      DF_fadeOff();
      DF_fadeOn();
}

// 自定义函数
void DF_fadeOff() {
      mind_n_value = 255;
      while (!(mind_n_value<=0)) {
            analogWrite(10, mind_n_value);
            delay(20);
            mind_n_value -= 5;
      }
}
void DF_fadeOn() {
      mind_n_value = 0;
      while (!(mind_n_value>=255)) {
            analogWrite(10, mind_n_value);
            delay(20);
            mind_n_value += 5;
      }
}[/mw_shl_code]

大部分代码我们已经很熟悉了，比如初始化变量声明、引脚设置、以及函数调用。

在主函数中，只有两个调用函数fadeOff和fadeOn。前者是让LED逐渐变暗，后者是逐渐变亮，以此来实现呼吸灯的效果。这两个函数的内容基本一致，在数值设置上存在一些差别，故先行学习其中一个。

[mw_shl_code=applescript,true]void DF_fadeOff() {
      mind_n_value = 255;
      while (!(mind_n_value<=0)) {
            analogWrite(10, mind_n_value);
            delay(20);
            mind_n_value -= 5;
      }
}[/mw_shl_code]

fadeOff函数中出现了一个新的语句while，while语句通常在程序用作条件循环。

While（）{}

函数格式如下：

对应指令为：

while语句中涉及了一个新函数：

￭ analogWrite( 10 ,mind_n_value );

如何发送一个模拟值到一个数字引脚呢？就要用到该函数，使用这个函数是要具备特定条件的——该数字引脚需具有PWM功能。观察一下Arduino板，查看数字引脚，你会发现其中6个引脚（3、5、6、9、10、11）旁标有“~”，这些引脚不同于其他引脚，因为它们可以输出PWM信号。

analogWrite()函数用于给PWM口写入一个0~255的模拟值。特别注意的是，analogWrite()函数只能写入具有PWM功能的数字引脚。

PWM

PWM是一项通过数字方法来获得模拟量的技术。数字控制来形成一个方波，方波信号只有开关两种状态（也就是我们数字引脚的高低）。通过控制开与关所持续时间的比值就能模拟到一个0到5V之间变化的电压。开（学术上称为高电平）所占用的时间就叫做脉冲宽度，所以PWM也叫做脉冲宽度调制。

通过下面五个方波来更形象的了解一下PWM。

上图绿色竖线代表方波的一个周期。每个analogWrite(value)中写入的value都能对应一个百分比，这个百分比也称为占空比(Duty Cycle)，指的是一个周期内高电平持续时间比一个周期时间得到的百分比。图中，从上往下，第一个方波，占空比为0%，对应的value为0。LED亮度最低，也就是灭的状态。高电平持续时间越长，也就越亮。所以，最后一个占空比为100%的对应value是255，LED最亮。50%就是最亮的一半了，25%则相对更暗。

PWM比较多的用于调节LED灯的亮度。或者是电机的转动速度，电机带动的车轮速度也就能很容易控制了，在玩一些Arduino小车时，更能体现PWM的好处。

课后作业

1. 同前两个项目，本课的第一条作业依旧是手动输入项目的代码，旨在养成这一习惯、勤加操练，为之后的项目打好必要的输入代码、编译后自行纠错debug能力的基础。

*如果遇到其他的编译报错可以登录DF创客社区查看或发帖询问。

2. 用LED能否做个火焰的效果，通过PWM使LED产生随机的亮度变化，来模拟一个火焰闪烁的效果。找个浅色罩子盖住效果更佳，可以放在家中作为小夜灯。

主要材料：一个红色LED、两个黄色LED以及220欧电阻。在这个实验中，有个函数会比较好用——random()，Mind+中对应的指令为