第2课 科（kē）创板-灯光呼吸

1、了解PWM原理；

2、利（lì）用PWM控制（zhì）灯亮（liàng）度；

3、通过编程（chéng）制作呼（hū）吸灯。

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PWM原理——Science

PWM又称（chēng）脉冲宽度调制，就是改变脉（mò）冲宽度（dù）来（lái）实现对对象的控制，达到预期的效果。

我们先（xiān）来看三（sān）组不同（tóng）的脉冲信（xìn）号（hào），如下（xià）图（tú）所示：

这是一个周期是（shì）10ms的波形图，但是在每个（gè）周期（qī）内，高低电平的脉（mò）冲宽度（dù）各不相同（tóng），这就是PWM的本质。在这里大家要记（jì）住一个（gè）概念，叫做“占（zhàn）空比”，占（zhàn）空（kōng）比是（shì）指（zhǐ）在（zài）一个周（zhōu）期内，高电平的时间占整个周期（qī）的（de）比例。比如第一部分波（bō）形的（de）占空（kōng）比是40%，第二部分波形占空比是60%，第三部（bù）分波形占空比是80%，这就（jiù）是PWM原（yuán）理（lǐ）。

那为何它能对模（mó）拟电路（lù）进行控（kòng）制呢？在数字电路里，只有（yǒu）0和1两种状态，比如点亮LED灯的程序，当我们在控制程序里（lǐ）面（miàn）写“1”时（shí），灯就会点亮，写“0”时，灯（dēng）就会灭（miè）掉（diào）。我们让（ràng）“1”和“0”间隔（gé）运行，灯（dēng）就会闪烁（shuò）。如（rú）果我们把（bǎ）这个间隔不断的减小，减（jiǎn）小到我们的肉眼分辨不出来（lái），这时候（hòu）灯表现出来的现象就是保持亮的状（zhuàng）态，但亮度又没（méi）有“1”时的（de）亮（liàng）度高。明白（bái）了（le）这个（gè）原理，那么我们就可以（yǐ）通过（guò）调节灯（dēng）亮的时间与整个周期的比例来调（diào）节（jiē）灯的亮度了。

二、试验与科学（xué）——Technology and Math

1、利用（yòng）PWM控（kòng）制灯的亮度

认识“数字”代码块

“数字”代码块位于（yú）“数学”模块（kuài）中，它表示的是一个特定的数字。

认识（shí）“赋值”代码（mǎ）块

“赋值”代码块位（wèi）于“变量”模（mó）块中，它的作用（yòng）是定义（yì）一个变量，并给这（zhè）个（gè）变量一个特（tè）定值。

设置一个变量“i”，i的取值空间（jiān）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（xù）并（bìng）下（xià）载到科创板，体验下不同占空比时LED灯的亮度变（biàn）化。

大家（jiā）已经做完（wán）试（shì）验了，想必大家会有这样（yàng）的疑问，当i=0时，管脚（jiǎo）27为高（gāo）电平，0秒后为低电（diàn）平，10毫秒后再变为高电平，如此循（xún）环（huán），理论上等应该（gāi）是（shì）灭（miè）的，为什么还稍（shāo）微有点暗红色呢（ne）？

这是因为处理器在执行程序时本来就需（xū）要时间的，在（zài）执行这段代码时首先执（zhí）行了管脚27高电平（红（hóng）灯亮（liàng）），延时0毫秒，再（zài）执行管脚（jiǎo）27低电平（红灯灭），这（zhè）个过程需要执（zhí）行3个程序块，另（lìng）外在（zài）硬件电路里往（wǎng）往有震荡（dàng）出现（xiàn），电流不是马上消失的（de）。

2、初（chū）尝呼吸灯

认识（shí）“对“range”中的每（měi）个项（xiàng）目”代（dài）码（mǎ）块（For循（xún）环）

“对“range”中（zhōng）的每个项目”代码块位于“控（kòng）制”模块分（fèn）类中，表示从起（qǐ）始数到终止数中取出（chū）固（gù）定步长（zhǎng）的（de）变量，并执行接口中的程序。

呼吸灯（dēng）是指灯光在控制下完成由（yóu）暗到亮，再由亮到暗（àn）的逐渐（jiàn）变化（huà），感觉好像（xiàng）是人在呼吸。

让灯光从暗到亮（liàng）的逐渐变化（huà）过程，可以转化成高电平持续时间在固定周（zhōu）期中（zhōng）的比例逐渐升高（gāo）的过程，即（jí）占空（kōng）比从0~1的（de）过程。

上图所示程序中（zhōng）， “range”模块（kuài）执行完要100次（cì），执行一次周期10000微秒，即10毫秒。执行完整个“range”模（mó）块（kuài）需要100*10毫（háo）秒（miǎo），即1秒。此（cǐ）为占（zhàn）空（kōng）比从0/10000~10000/10000的LED灯。

我们已经实（shí）现了LED灯由暗到亮的逐渐变化过程，同理（lǐ）可以写（xiě）出LED灯由亮到按（àn）的（de）逐渐变化过程。将两个（gè）程序块放到一起（qǐ），就可以组成一个完整的呼吸灯（dēng）了。

3、优化（huà）呼吸灯

认识“初始化PWM模拟输（shū）出”代码（mǎ）块以及“PWM模（mó）拟输出赋值（zhí）”代码块

两个代码（mǎ）块均位于“输入\输出”模块中。其（qí）中“初始化（huà）PWM模拟输（shū）出”代码块作用（yòng）为（wéi）初始（shǐ）化指（zhǐ）定管脚的PWM模拟输出值； “PWM模拟输出赋值”代（dài）码块作（zuò）用为（wéi）将指定PWM管脚赋值为特定值（0或1）。

此前PWM的原理（lǐ）以及应用，我们已经（jīng）学会了。但是我们还有更简单的程序应用，那就是用我们科创板自带的PWM模块。

科创板自带PWM的赋（fù）值范围为0~1023，即占空（kōng）比从0到1。

板载PWM呼吸灯程序（xù）：

执行以上程（chéng）序，就可以点亮板载四个绿色呼（hū）吸灯了。

三（sān）、延（yán）伸与扩展——Arts

想（xiǎng）一想，能不（bú）能（néng）设计（jì）一款流水（shuǐ）呼（hū）吸灯呢，怎样去实现？

请以小组的（de）形式进行合作，尝试让多彩LED灯的三色灯光轮（lún）流完成一个呼吸灯流程。

设计要求：

（能够（gòu）让多彩LED灯交依次完成一个呼（hū）吸灯流（liú）程（chéng）；

（保证控制方（fāng）式安全可（kě）靠。