Stduino小白练习第三弹--制作呼吸灯

Astilbe001

2019/11/29 星期五作者：Astilbe
问题：如何利用Stduino制作一个呼吸灯。

我们之前已经学习过如何制作闪烁灯了，原理就是让LED灯电平时高时低，就能形成闪烁的效果。
那么什么是呼吸灯呢？它与闪烁灯的实现方法有何区别？

呼吸灯大家其实都见过，看看大家的手机，上面是不是有一颗灯由亮到暗的逐渐变化，又由亮到暗，好像人在呼吸一样，因而被称为呼吸灯。
呼吸灯的原理我们可以从闪烁灯的原理类比推理一下：如果给灯加上一个随时间先增后减的电平，不就实现由亮到暗了么？反之亦然。
我们之前学习的时候，先用pinMode()初始化13号接口，再在loop()中写入高电平与低电平的切换，如下：

1. void setup() {
   
2.   // put your setup code here, to run once:
   
3. pinMode(13,OUTPUT);
   
4. }
   
5. 
   
6. void loop() {
   
7.   // put your main code here, to run repeatedly:
   
8.     digitalWrite(13,LOW);
   
9.     delay(1000);
   
10.     digitalWrite(13,HIGH);
    
11.     delay(1000);
    
12.    
    
13. }

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但是13引脚输出的电压只有高低两种（即1与0，因此被称为数字信号），不能实现灯的明暗过渡。这该怎么办？


我们先看一看Stduino这块板上有没有其他引脚。

大家仔细观察，可以发现其中有的孔边上的编号后面有波浪线，有的没有。这其实是划分了两种引脚：一类就是我们已经用过的数字引脚，可以输出数字信号，而另一类被称作模拟引脚，可以输出pwm模拟信号。模拟引脚正是我们需要的，因为模拟信号它随时间的变化规律就是正弦函数。
（数字信号，随时间只能输出有与没有两个信号）（图片来自网络）
（模拟信号，随时间呈正弦函数关系，先增加后降低，周期性变化）（图片来自网络）
模拟引脚的初始化，首先我们要选择一个模拟引脚，其次信号参数也变了。

1. void setup() {
   
2. // put your setup code here, to run once:
   
3. pinMode(2,OUTPUT_PMW);//13号引脚只能输出数字信号，我们需要选择一个带波浪线的，即2号引脚
   
4. }
   

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有同学发现OUTPUT参数后面跟了PWM，这是什么呢？
PMW是一种脉冲宽度调制的技术类型。单片机不能输出连续的正弦变化的信号，只能模拟,那么是如何做到的呢？
简单的说，比如你要控制手电筒的亮度，简单的办法就是串联一个电阻，改变电阻，灯的亮度就会改变。
还有没其他办法呢？
这种办法就是PWM调节。有一个非常流行的比喻。
假设在1秒内，有0.5秒的时间开关是打开的，0.5秒关闭，那么灯就亮0.5秒，灭0.5秒。现在实现了灯的闪烁。如果把频率调高一点，比如是0.010秒，0.005秒开，0.005秒灭，那么灯的闪烁频率就很高，而人眼是感觉不到的。这时你发现不了灯在闪烁，当时你会发现手电筒的灯光亮度一直保持在原来的一半亮度。你会觉得通电时间没有变化，手电筒的电压减到了原来的一半。同理，如果1毫秒内，0.1毫秒开，0.9毫秒灭，那么，灯的亮度就只有原来的10分之一，电压也会被认为减到了十分之一。
这就是PWM的基本原理。即通过改变开关接通时间等效改变用电器的电压。
而二极管的反应速度让它，能够让电压模拟出正弦变化。



那么我们可以怎么控制模拟引脚输出信号的大小呢？
通过analogWrite()。
其中，即0到255代表占空比。
那么呼吸灯也就很容易实现了。代码如下：

1. void setup() {
   
2.     // put your setup code here, to run once:
   
3.     pinMode(2,OUTPUT_PWM);
   
4. }
   
5. 
   
6. void loop() {
   
7.     // put your main code here, to run repeatedly:
   
8.     for(int i=0; i<256; i++) {//for循环语句，让亮度从0到255
   
9.         analogWrite(2,i);
   
10.         delay(15);//变化太快可能看不清
    
11.     }
    
12.     for(int i=255;i>-1;i--) {//for循环语句，让亮度从255到0
    
13.         analogWrite(2,i);
    
14.         delay(15);
    
15.     }
    
16. }

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代码部分结束了，接下来是动手搭接线路。
首先，我们这里使用的是发光二极管，因为发光二极管能够对快速变化的电流反应。发光二极管的引线长边为正，短边为负。
接下来，将发光二极管长边与D2~相接，短边与3.3V孔相接（Stduino提供3.3V与5V两种电压，红色发光二极管工作电压为1.8~2.4V。）
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