第（dì）2课 科创板（bǎn）-灯光呼（hū）吸（xī）

1、了解PWM原（yuán）理；

2、利用PWM控（kòng）制灯亮度；

3、通过编程制作呼（hū）吸灯（dēng）。

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PWM原理——Science

PWM又称脉冲宽度（dù）调制，就（jiù）是改变脉冲（chōng）宽度来实现对对象的控制（zhì），达到预期的效果（guǒ）。

我们先（xiān）来看三组不同的脉冲信号，如（rú）下（xià）图所示：

这是一个周期是10ms的波形图，但是在（zài）每（měi）个周期内，高低电平的脉冲宽度各不相同，这就是PWM的本质。在这里大家要（yào）记住一个概念（niàn），叫（jiào）做“占空比”，占空（kōng）比是指在一个周期内，高电平的（de）时间占（zhàn）整（zhěng）个周期的比例。比如第一部分波形的占空比是（shì）40%，第二部分（fèn）波形占空（kōng）比（bǐ）是（shì）60%，第三部分波形占空比（bǐ）是80%，这就是PWM原理。

那为何它能对模（mó）拟电路进行控制（zhì）呢？在数（shù）字电路里，只有0和1两种状态，比如点亮LED灯的程（chéng）序，当我（wǒ）们（men）在（zài）控制程序里面写“1”时，灯就会点亮（liàng），写（xiě）“0”时（shí），灯就会灭掉（diào）。我们让“1”和“0”间隔运行，灯（dēng）就会闪烁（shuò）。如（rú）果我（wǒ）们把这（zhè）个间隔不断的减小，减小到我们（men）的肉（ròu）眼分辨不出来，这时候灯表现出来的现象就是保（bǎo）持亮（liàng）的（de）状态，但亮度又没有（yǒu）“1”时的亮（liàng）度高。明白（bái）了这个（gè）原理，那么我们就可（kě）以通过调节灯亮的（de）时间与（yǔ）整个周期的比例来调节灯的亮度了。

二、试（shì）验（yàn）与科（kē）学（xué）——Technology and Math

1、利用PWM控制灯的亮度

认识“数（shù）字”代码块

“数字（zì）”代码块位于“数学”模块中，它（tā）表示的是（shì）一个特定（dìng）的数字。

认识“赋值”代码块

“赋值”代码块位（wèi）于“变量”模块中（zhōng），它的作用（yòng）是定义一个（gè）变量，并（bìng）给这个变量一个特（tè）定值。

设置一个变量（liàng）“i”，i的取值空间是0到10，周期（qī）为10。

i/10就是它的占空（kōng）比，将（jiāng）i依次从0到（dào）10写入程序（xù）并下（xià）载到科创板（bǎn），体验下不同占空比时LED灯的亮度变（biàn）化。

大家已经做完试（shì）验了，想必大家会（huì）有这样的疑问（wèn），当i=0时，管脚27为（wéi）高电平，0秒（miǎo）后为低电平，10毫（háo）秒后再（zài）变为高电平，如（rú）此循环，理论上等应（yīng）该是灭的，为什么还（hái）稍（shāo）微有点（diǎn）暗红色呢？

这是因为处理（lǐ）器在执行程序时（shí）本（běn）来就需要（yào）时间的，在执（zhí）行这段（duàn）代码时首先执行了管脚27高电（diàn）平（红灯（dēng）亮），延时0毫（háo）秒（miǎo），再执（zhí）行（háng）管脚（jiǎo）27低电（diàn）平（红灯灭），这个过（guò）程需要执行3个程序块，另外在硬件电路（lù）里往往有震荡出（chū）现，电流不是马上消失的。

2、初（chū）尝呼吸灯

认（rèn）识“对（duì）“range”中的每个项目”代码块（For循环）

“对“range”中的每个项目”代码块（kuài）位于（yú）“控制（zhì）”模块分类中，表示从起始数到终止数中取出（chū）固定步长的变量，并执行接口中（zhōng）的程序。

呼吸（xī）灯是指灯光在（zài）控制（zhì）下（xià）完成由暗到亮，再由亮到暗的逐渐变化，感（gǎn）觉好像是人在呼吸。

让灯光从暗到亮的逐渐（jiàn）变化过程，可以转化成高电平持续时（shí）间在（zài）固定（dìng）周期中的比例逐（zhú）渐升（shēng）高的过（guò）程，即占空比从0~1的过程。

上图（tú）所示程序中， “range”模块执行完要100次，执行一次周（zhōu）期（qī）10000微（wēi）秒，即10毫秒。执（zhí）行完整个“range”模块需要（yào）100*10毫（háo）秒，即1秒。此为占空（kōng）比从（cóng）0/10000~10000/10000的LED灯。

我们（men）已（yǐ）经实现了LED灯由暗到（dào）亮的（de）逐渐（jiàn）变化过程，同理（lǐ）可以写出LED灯由亮到按的逐渐变化过程。将两个程（chéng）序块放到一起，就可以组成一个完整的（de）呼吸灯了。

3、优化呼吸灯

认（rèn）识“初（chū）始化（huà）PWM模拟输出”代（dài）码块以及“PWM模（mó）拟输（shū）出赋值（zhí）”代码（mǎ）块

两个（gè）代码块（kuài）均位（wèi）于“输（shū）入（rù）\输出”模（mó）块中。其中（zhōng）“初始（shǐ）化PWM模（mó）拟输出”代码块作用为初始化指定管脚的PWM模拟（nǐ）输出（chū）值； “PWM模拟输出赋值”代（dài）码（mǎ）块作用为将指定PWM管脚（jiǎo）赋值为特定（dìng）值（0或1）。

此前PWM的原理以及应用，我们已（yǐ）经学会（huì）了（le）。但是我们还有更简单（dān）的（de）程（chéng）序应用（yòng），那就是用我们科（kē）创板自带（dài）的PWM模块。

科（kē）创（chuàng）板自带PWM的赋值范围为0~1023，即占空比从0到（dào）1。

板载PWM呼吸灯（dēng）程（chéng）序：

执行以上程（chéng）序，就可以点（diǎn）亮板载四（sì）个绿色呼吸灯了。

三、延伸与扩展——Arts

想（xiǎng）一想（xiǎng），能（néng）不能设计一款流水呼吸灯（dēng）呢，怎（zěn）样去实现？

请（qǐng）以小（xiǎo）组的形式进行合作，尝（cháng）试让（ràng）多彩（cǎi）LED灯（dēng）的三色灯光轮流完成一个呼吸灯流程。

设计要（yào）求：

（能（néng）够让多彩LED灯交依（yī）次完成一个呼吸灯流程（chéng）；

（保证（zhèng）控制方（fāng）式（shì）安全（quán）可靠。