第（dì）2课 科创板-灯光呼吸（xī）

1、了（le）解PWM原理；

2、利用PWM控制灯亮度；

3、通过编程制作（zuò）呼吸灯。

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PWM原理——Science

PWM又（yòu）称（chēng）脉冲宽度调制，就是改变脉冲宽度来实现对对象（xiàng）的控制，达到预期的效果。

我们先来（lái）看三组不同的（de）脉（mò）冲信号（hào），如下图所示：

这是一个周期是10ms的波形图，但是在每个周期内，高低电平的脉（mò）冲宽度各不（bú）相同，这就是PWM的（de）本质。在这里（lǐ）大家要记住一个概念（niàn），叫做“占空比”，占（zhàn）空比是指在一个周期内，高电平的时间占整个周期的比例。比如第一部分（fèn）波形的占空比是40%，第二部分波（bō）形（xíng）占（zhàn）空比（bǐ）是60%，第三部分波形占空比是（shì）80%，这就是（shì）PWM原理。

那为何它能对模（mó）拟电路进行控制呢？在数字电路（lù）里，只有0和1两种状态，比（bǐ）如点亮LED灯的程序，当我们在（zài）控制程序里面写“1”时，灯就会点亮（liàng），写“0”时，灯就会灭掉。我们让“1”和“0”间隔运行，灯就会闪（shǎn）烁。如（rú）果我们把这个间隔（gé）不断（duàn）的减小，减小到我们的肉眼分辨不出来，这时候（hòu）灯表（biǎo）现出来的现（xiàn）象就是保持亮的状态，但亮度又（yòu）没有“1”时（shí）的亮度（dù）高。明白了这个原理，那么我们就可以通（tōng）过调（diào）节灯亮的时间与（yǔ）整个周期（qī）的比例来调节灯的亮度了。

二、试验与科学（xué）——Technology and Math

1、利用（yòng）PWM控制（zhì）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）表示的是一个特定（dìng）的数字。

认识“赋值”代（dài）码块

“赋值（zhí）”代码块位于“变量”模块（kuài）中，它的作（zuò）用（yòng）是定（dìng）义一个变量，并（bìng）给这个（gè）变量一（yī）个特定（dìng）值。

设置（zhì）一个变量“i”，i的取值（zhí）空（kōng）间是0到10，周期为10。

i/10就是它的占空比，将i依次从0到（dào）10写入程序并（bìng）下（xià）载到科创（chuàng）板，体验下不同占空比时LED灯的亮（liàng）度变化。

大家已经做完试（shì）验（yàn）了，想必大家会有这（zhè）样的疑问，当i=0时，管脚27为高电（diàn）平，0秒后（hòu）为低（dī）电平，10毫秒（miǎo）后再变为高电（diàn）平（píng），如此循环，理（lǐ）论上等应该是灭的，为（wéi）什么还稍微有点暗红色（sè）呢？

这是因为处理器在执行程序时（shí）本来就需（xū）要时（shí）间的，在执行这段代码（mǎ）时首先执行了管脚27高电平（红灯亮），延（yán）时0毫（háo）秒，再执行管（guǎn）脚27低电平（红灯灭），这个（gè）过（guò）程需要（yào）执行（háng）3个程（chéng）序块，另外在硬件电路里往往有震荡出现（xiàn），电流（liú）不是马上消失（shī）的。

2、初尝呼吸灯

认识“对（duì）“range”中的每个项目”代码块（For循环）

“对“range”中的每个项目”代码块位于（yú）“控制（zhì）”模块分类中，表示从（cóng）起始数到终（zhōng）止（zhǐ）数中取出固定（dìng）步长的（de）变量，并执行接口（kǒu）中的程序。

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

让灯光从暗到亮的（de）逐渐变化过（guò）程，可以转化成高（gāo）电平持（chí）续时间（jiān）在固定（dìng）周期中的比例（lì）逐渐升高的过程，即（jí）占空比从0~1的过程。

上图所（suǒ）示程序中， “range”模块执行完（wán）要（yào）100次，执行一次（cì）周期（qī）10000微（wēi）秒，即10毫秒（miǎo）。执（zhí）行完整个“range”模块（kuài）需（xū）要100*10毫秒（miǎo），即1秒（miǎo）。此为占（zhàn）空（kōng）比从0/10000~10000/10000的（de）LED灯。

我们已经实现了LED灯由暗到亮的逐渐变化过（guò）程，同理可（kě）以写出LED灯由亮（liàng）到按的（de）逐渐（jiàn）变化过程。将两个程序块放到一起，就（jiù）可（kě）以组成一（yī）个完整的呼吸灯了。

3、优化呼吸灯

认识“初始化PWM模拟输出”代码块以及“PWM模拟输（shū）出赋值”代码块

两个代（dài）码（mǎ）块均（jun1）位于“输入\输出”模块中。其（qí）中（zhōng）“初始化（huà）PWM模拟输出（chū）”代码块作用为初始化指定管脚的PWM模拟（nǐ）输出值； “PWM模拟输出赋值”代码块作用为将指定PWM管脚（jiǎo）赋（fù）值为特定值（0或1）。

此前PWM的（de）原（yuán）理以及应用，我们（men）已经学会（huì）了。但是我（wǒ）们还有更简单的程序应用，那就是用我（wǒ）们科（kē）创（chuàng）板（bǎn）自带的PWM模块。

科创板（bǎn）自带PWM的（de）赋（fù）值范（fàn）围为0~1023，即占空比（bǐ）从0到1。

板载PWM呼吸灯程序：

执（zhí）行以上程序，就可以点亮板载四个绿色呼吸灯（dēng）了。

三、延伸与扩展——Arts

想一想，能不能设计一款流水（shuǐ）呼吸灯（dēng）呢，怎样（yàng）去实（shí）现？

请（qǐng）以小组（zǔ）的形式进行合（hé）作，尝试（shì）让多（duō）彩LED灯的三色灯光轮流完（wán）成（chéng）一个呼吸灯流程。

设计要求：

（能够让多彩LED灯交依次完成一（yī）个呼吸（xī）灯流程；

（保（bǎo）证控制方式安全可靠。