Arduino基础: 调节LED的亮度

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。

Originally published by Feb 5, 2020

目录

  1. 前言
  2. 数字不能调节亮度
  3. 使用数字输出改变LED亮度
  4. 通过PWM调节亮度
  5. 让LED逐渐闪烁
  6. 相关文章

前言

本文最初发布在deviceplus.jp网站上,而后被翻译成英语。

Device Plus网站中介绍了有关Arduino的各种应用和作品示例,但无论创作任何作品,基础知识都很重要!
在本文中,我们将通过使Arduino能够调节LED亮度,为您带来“关键”的Arduino基础知识。

我们曾介绍过,通过将LED连接到Arduino的数字输出引脚,并设置HIGH (5V) 和LOW (0V) ,可以轻松地切换LED的开和关。但是,由于数字输出只能输出两种状态,因此无法进行亮度调节等控制。
要想解决这个问题,您可以使用“PWM”输出。PWM可在HIGH和LOW状态之间反复切换输出,所以可以用来调节LED的亮度。
在本文中,我们将学习如何使用PWM来调节LED的亮度。我们还将学习如何编写使用PWM输出逐渐点亮LED的程序。

数字不能调节亮度

正如我们上次介绍过的,LED的亮度会随电流的变化而变化。比如,分别通过330Ω的电阻和10kΩ的电阻来调节连接到LED的电流量,并对它们的结果进行比较时,会发现连接330Ω小电阻时电流量更大,这会使LED更亮。或者,改变连接到LED的电源电压,也会使流过的电流量发生变化。

如果分别施加5V和3.3V的电压,施加5V电压时LED灯更亮。根据上一次介绍过的电阻和流过LED的电流之间的关系式,要想让LED更亮,要么“降低电阻”,要么“提高电压”。

logic behind creating larger current

然而,Arduino的数字输出只有HIGH (5V)或 LOW (0V)两种状态,这意味着直接连接并不能改变电压和电阻值,也就是说,无法调节LED的亮度。但是,虽然只有HIGH和LOW两种输出状态,通过一些努力还是可以改变LED亮度的。

使用数字输出改变LED亮度

让我们尝试一下只用数字输出来改变LED的亮度吧。亮度可以通过让LED闪烁来调节。我们按照步骤一步一步来实际操作,看看LED的亮度是如何变化的。将LED连接到Arduino的数字引脚5,如下图所示:

LED circuit

接下来,创建如下所示的程序并将其传送给Arduino。此时,LED应该会每隔1秒闪烁1次。

在程序中,通过第11行的“digitalWrite( LED_PIN, HIGH )”输出HIGH,使LED亮起,然后通过第12行的“delay (ON_TIME)”在指定的时间内保持亮灯。持续时间以毫秒为单位,如果指定1000,则LED将保持点亮1秒钟。

接下来,通过第14行的“digitalWrite( LED_PIN, LOW )”输出LOW,使LED熄灭,然后通过第15行的“delay( OFF_TIME )”在指定的时间内保持熄灭状态。通过反复执行该程序即可实现LED的闪烁。

下面,让我们尝试一下缩短点亮和熄灭的持续时间。可以使用第3行的“const int ON_TIME”来更改点亮状态的持续时间,使用第4行的“const int OFF_TIME”来更改熄灭状态的持续时间。将这两个值都更改为“500”并发送程序,然后确认LED的状态。可以看到闪烁速度增加。接着,当将值逐渐减小到“250”、“100”、“75”、“50”等数字时,闪烁速度变得更快。当值为“10”左右时,LED看起来像在保持点亮状态。这是因为如果它闪烁得太快,人眼就跟不上它的速度,从而使灯看起来就像一直亮着。

接下来,我们试着改变点亮和熄灭的持续时间。将“ON_TIME”和“OFF_TIME”都设置为“10”。然后,依次将“ON_TIME”的值更改为“9”、“8”、“7”……“1”,并确认LED的点亮状态。可以看到当减小该值时,LED会逐渐变暗。

high duration and brightness

这是因为持续亮灯时间缩短,发光量减少,从而使LED看起来变暗。也就是说,通过改变“点亮持续时间”也可以调节LED的亮度。使用该方法,可以实现用仅能控制开/关的Arduino数字输出功能来控制LED的亮度。

通过PWM调节亮度

如上所述,通过调整HIGH和LOW的比例,使LED以较短的周期闪烁,即可调节LED的亮度。但是,自己创建程序来控制闪烁持续时间并不现实。因为处理其他程序需要时间,而这会使闪烁间隔出现偏差,从而会使亮度发生变化。

Arduino可以使用PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)功能来周期性地输出HIGH和LOW。PWM是以指定的速率周期性地在HIGH和LOW之间切换的一种功能,可用于上述的LED亮度调节。

但是,需要注意的是,可用于PWM功能的引脚在Arduino中是固定的。只有数字旁边带有“〜”标记的引脚(即引脚3、5、6、9、10和11)可使用PWM功能,其他引脚不支持PWM输出。

pins that support PWM output

另外,由于PWM是通过Arduino的微控制器产生的功能,因此具有输出稳定、不影响程序运行的优点。
在这里,我们将LED连接到引脚5来试一下。用与前述电路相同的方式连接LED。
接下来,创建如下所示的程序并将其发送给Arduino,LED将会亮起,但是较暗。

通过PWM功能输出时,需要通过第6行的“pinMode()”将对象引脚设置为输出模式。实际输出时,使用第10行的“analogWrite()”。指定对象引脚编号,然后在0到255的范围内设置保持HIGH的比率。如果设置为“0”,将始终输出LOW,如果设置为“255”,则始终输出HIGH。如果设置为“127”,将会以各一半的比率输出HIGH和LOW。

在这个程序中,可以通过第3行的“const int DUTY”来指定PWM比率。更改该值可以确认亮度的变化情况。

让LED逐渐闪烁

我们使用PWM输出拓展了LED点亮的方法。现在,让我们逐渐改变PWM来尝试实现LED逐渐变亮的效果。

编写如下程序:

在上述程序中,将PWM比率存储在loop()函数中使用的“i”变量中,以使其可以逐渐增加该值,从而使LED逐渐变亮。

第14行的while处理以STEP指定的增量增加值,直到i达到 255。增加的值由第15行的analogWrite()输出,以使LED的亮度改变。此外,每次第16行的PWM输出改变时,将等待由WAITTIME指定的持续时间。

当PWM比率达到255时,它会逐渐减小该值直到0,以使LED逐渐变暗(第21到25行)。可以通过更改第3行的WAITTIME或第4行的STEP的值来调节闪烁速度。

此次我们学习了如何控制LED的亮度。下篇再见!

想了解更多关于Arduino的知识吗?欢迎查看相关的文章:

  1. 如何使用Arduino创建摩尔斯电码生成器
  2. 如何使用环境光传感器控制灯光
  3. 使用Arduino进行USB音量控制
DevicePlus 编辑团队
DevicePlus 编辑团队

设备升级版适用于所有热爱电子和机电一体化的人。

相关文章

  1. 在最后一刻停下来!用Arduino和距离传感器制作小鸡赛车!(第3篇•最终篇)

  2. 在最后一刻停下来!用Arduino和距离传感器制作小鸡赛车!(第2篇)

  3. 01

    在最后一刻停下来!用Arduino和距离传感器制作小鸡赛车!(第1篇)

  4. 通过Arduino使用ESP-WROOM-32(环境搭建和配置-LED闪烁篇)

  5. 通过Arduino使用ESP-WROOM-32(Bluetooth-BLE连接篇)

  6. 六种可以用于扩展物联网应用的DIY项目

  7. 使用Arduino的五大DIY无人机项目

  8. 从电动滑板到无人机:5个DIY项目来提升您的电子技能

  9. Arduino车库开启器和通用无线电接口

TECH INFO

  • 重点必看
  • 技术分享
  • Arduino入门指南

基础知识

  • Si功率元器件
  • IGBT功率元器件
  • 热设计
  • 仿真
  • 开关噪声-EMC
  • AC/DC
  • DC/DC
  • 电机
  • 传递函数

工程技巧


PICK UP!

  1. 刘铭
  2. ROHM开发出业界先进的第4代低导通电阻
PAGE TOP